智能巡檢機(jī)器人在變電站中的應(yīng)用分析

呂棹辰

（國(guó)網(wǎng)大同供電公司，山西 大同 037008）

0 引 言

變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著輸電、配電以及轉(zhuǎn)換電能的關(guān)鍵任務(wù)。然而，由于變電站通常處于復(fù)雜的環(huán)境，其設(shè)備眾多且分布廣泛，使用傳統(tǒng)的人工巡檢方式存在較多問題。智能巡檢機(jī)器人的出現(xiàn)為解決變電站人工巡檢的問題提供了新的思路和技術(shù)手段。智能巡檢機(jī)器人具備自主感知、定位導(dǎo)航、數(shù)據(jù)處理與分析等功能，可以在變電站中代替人工執(zhí)行巡檢任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警等功能。智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用可以提高巡檢效率，降低人力成本，提升巡檢的安全性和可靠性。

1 變電站智能巡檢機(jī)器人概述

隨著科技的不斷發(fā)展，智能巡檢機(jī)器人在變電站中的應(yīng)用逐漸成為現(xiàn)實(shí)。智能巡檢機(jī)器人是一種具備自主感知、定位導(dǎo)航、數(shù)據(jù)處理與分析等功能的先進(jìn)機(jī)器人，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工巡檢方式，提高巡檢效率和準(zhǔn)確性[1]。

在變電站中，智能巡檢機(jī)器人具有廣泛的應(yīng)用前景。它可以完成設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警任務(wù)。通過搭載各種傳感器，如紅外測(cè)溫傳感器、聲音傳感器等，智能巡檢機(jī)器人可以對(duì)變電站內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并發(fā)出警報(bào)，從而避免因設(shè)備故障而引發(fā)的事故，并提前采取維修措施，保證變電站運(yùn)行的安全穩(wěn)定。此外，智能巡檢機(jī)器人還可以進(jìn)行工作環(huán)境安全監(jiān)測(cè)。在變電站中可能存在有毒氣體泄漏或火災(zāi)等危險(xiǎn)情況，威脅工作人員的生命安全。通過搭載相應(yīng)的傳感器和監(jiān)測(cè)裝置，智能巡檢機(jī)器人可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中的有毒氣體濃度和溫度變化，并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，保障工作人員的安全。

2 智能巡檢機(jī)器人的主要功能

2.1 智能巡檢

智能巡檢機(jī)器人通過搭載各種傳感器和攝像頭，可以對(duì)變電站內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行全面、高效的巡檢工作。在智能巡檢過程中，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)導(dǎo)航到指定位置，并利用視覺識(shí)別技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和定位[2]。同時(shí)，它可以使用紅外測(cè)溫技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備表面溫度，或者使用聲音傳感器監(jiān)測(cè)設(shè)備產(chǎn)生的聲音。通過這些功能，智能巡檢機(jī)器人可以快速準(zhǔn)確地獲取設(shè)備的狀態(tài)信息，并將數(shù)據(jù)上傳至后臺(tái)管理系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。

2.2 紅外測(cè)溫

紅外測(cè)溫是智能巡檢機(jī)器人的一項(xiàng)重要功能。通過搭載紅外熱像儀，智能巡檢機(jī)器人可以進(jìn)行非接觸式的溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)變電站內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。紅外測(cè)溫技術(shù)基于物體發(fā)射紅外輻射的原理，可以準(zhǔn)確地獲取設(shè)備表面的溫度信息。

2.3 智能表計(jì)識(shí)別

智能巡檢機(jī)器人的另一個(gè)重要功能是智能表計(jì)識(shí)別。通過搭載圖像處理和識(shí)別算法，智能巡檢機(jī)器人可以自動(dòng)識(shí)別變電站中各種類型的表計(jì)，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。智能表計(jì)識(shí)別技術(shù)基于圖像處理和模式識(shí)別算法，通過對(duì)表計(jì)外觀特征進(jìn)行分析和比對(duì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的識(shí)別過程。

3 智能巡檢機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 傳感技術(shù)

3.1.1 視覺傳感技術(shù)

視覺傳感技術(shù)是智能巡檢機(jī)器人中最常用的一種傳感技術(shù)。通過搭載攝像頭和圖像處理算法，智能巡檢機(jī)器人可以進(jìn)行圖像識(shí)別和目標(biāo)跟蹤等操作。例如，在智能表計(jì)識(shí)別任務(wù)中，視覺傳感技術(shù)可以幫助機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別不同類型的表計(jì)，并提取出相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

3.1.2 溫度傳感技術(shù)

溫度傳感技術(shù)是智能巡檢機(jī)器人中一個(gè)重要的傳感技術(shù)。通過搭載紅外熱像儀或接觸式溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備表面的溫度變化[3]。例如，在紅外測(cè)溫功能中，溫度傳感技術(shù)可以幫助機(jī)器人快速準(zhǔn)確地獲取設(shè)備的溫度信息，從而判斷是否存在異常情況。

3.1.3 聲音傳感技術(shù)

“找媒人上門求親？他老公提了一把菜刀跑到秀姐的娘家，問嫁不嫁？秀姐說(shuō)不嫁。真的不嫁。只見寒光一閃，他男人的小手指蹦出老遠(yuǎn)，血像自來(lái)水一樣竄出來(lái)。嚇得秀姐半晌說(shuō)不出話來(lái)。后來(lái)秀就真的嫁給了這個(gè)男人?！?/p>

聲音傳感技術(shù)在智能巡檢機(jī)器人中也具有重要的作用。通過搭載麥克風(fēng)和聲音處理算法，可以對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的聲音進(jìn)行分析和識(shí)別。例如，在振動(dòng)和噪聲監(jiān)測(cè)中，聲音傳感技術(shù)可以幫助機(jī)器人判斷設(shè)備是否存在異常情況，如接觸不良或松動(dòng)導(dǎo)致的振動(dòng)和噪聲。

3.2 定位與導(dǎo)航技術(shù)

3.2.1 GPS定位技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）是一種利用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行位置測(cè)量的定位技術(shù)。通過搭載GPS接收器，智能巡檢機(jī)器人可以獲取自身的經(jīng)緯度信息，并在室外環(huán)境下實(shí)現(xiàn)精確定位。例如，在大型變電站中，GPS定位技術(shù)可以幫助機(jī)器人快速找到目標(biāo)設(shè)備，并規(guī)劃最優(yōu)路徑進(jìn)行巡檢。

3.2.2 慣性導(dǎo)航技術(shù)

慣性導(dǎo)航技術(shù)是一種基于加速度計(jì)和陀螺儀等慣性傳感器進(jìn)行位置估計(jì)的導(dǎo)航方法。通過對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測(cè)和積分計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)精確的室內(nèi)定位。例如，在變電站內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境中，慣性導(dǎo)航技術(shù)可以幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位和路徑規(guī)劃。

3.2.3 SLAM算法

同步定位與地圖構(gòu)建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）算法是一種同時(shí)進(jìn)行定位和地圖構(gòu)建的技術(shù)。通過搭載激光雷達(dá)等傳感器，智能巡檢機(jī)器人可以實(shí)時(shí)獲取周圍環(huán)境的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并結(jié)合自身運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行定位和地圖更新。例如，在未知環(huán)境中，SLAM算法可以幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主探索、建立地圖以及規(guī)劃路徑。

3.3 數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)

3.3.1 圖像處理與識(shí)別算法

3.3.2 數(shù)據(jù)挖掘與故障診斷算法

數(shù)據(jù)挖掘與故障診斷算法通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，可以發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和異常情況，實(shí)現(xiàn)故障預(yù)警和診斷。例如，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)挖掘與故障診斷算法可以幫助機(jī)器人判斷設(shè)備是否存在異常狀態(tài)，并提供相應(yīng)的維修建議。這些數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)的應(yīng)用使智能巡檢機(jī)器人能夠從大量的數(shù)據(jù)中提取有用信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)和診斷。通過對(duì)圖像、聲音、溫度等多種傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和異常情況，并采取相應(yīng)措施，確保變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 智能巡檢機(jī)器人在變電站中的具體應(yīng)用案例分析

4.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警系統(tǒng)

4.1.1 溫度異常監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)案例分析

智能巡檢機(jī)器人搭載紅外熱像儀，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站內(nèi)各種設(shè)備的表面溫度。以某臺(tái)變壓器為例，通過定期巡檢并記錄溫度數(shù)據(jù)，建立歷史溫度數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)挖掘與故障診斷算法對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并建立溫度異常模型。當(dāng)智能巡檢機(jī)器人再次巡檢該變壓器時(shí)，會(huì)自動(dòng)獲取當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比[4]。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前溫度超過正常范圍或者存在異常波動(dòng)，機(jī)器人會(huì)立即給運(yùn)維人員發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)在后臺(tái)管理系統(tǒng)中生成相應(yīng)的報(bào)告和趨勢(shì)圖作為參考。通過這種方式，智能巡檢機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行維修，避免設(shè)備損壞和停電事故的發(fā)生。

4.1.2 聲音異常監(jiān)測(cè)與預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)案例分析

智能巡檢機(jī)器人搭載麥克風(fēng)和聲音處理算法，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的聲音。以某臺(tái)斷路器為例，通過訓(xùn)練模型識(shí)別正常工作狀態(tài)下的聲音特征，建立聲音異常模型。當(dāng)智能巡檢機(jī)器人巡檢該斷路器時(shí)，它會(huì)自動(dòng)獲取當(dāng)前聲音數(shù)據(jù)，并與正常工作狀態(tài)下的聲音特征進(jìn)行對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前聲音與正常狀態(tài)的聲音存在明顯差異或者超過了閾值范圍，機(jī)器人會(huì)立即給運(yùn)維人員發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)在后臺(tái)管理系統(tǒng)中生成相應(yīng)的報(bào)告和趨勢(shì)圖作為參考。通過這種方式，智能巡檢機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器聲音的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，盡早發(fā)現(xiàn)可能存在的故障情況，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行維修，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

4.2 工作環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.2.1 有毒氣體檢測(cè)與報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)案例分析

智能巡檢機(jī)器人搭載的氣體傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站內(nèi)空氣中的有毒氣體。以某臺(tái)開關(guān)柜為例，通過定期巡檢并記錄氣體濃度數(shù)據(jù)，建立歷史氣體數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)挖掘與故障診斷算法對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并建立有毒氣體異常模型。當(dāng)智能巡檢機(jī)器人再次巡檢該開關(guān)柜時(shí)，它會(huì)自動(dòng)獲取當(dāng)前氣體濃度數(shù)據(jù)，并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前氣體濃度超過正常范圍或者存在異常波動(dòng)，機(jī)器人會(huì)立即給運(yùn)維人員發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)在后臺(tái)管理系統(tǒng)中生成相應(yīng)的報(bào)告和趨勢(shì)圖[5]。通過這種方式，智能巡檢機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)對(duì)有毒氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的危險(xiǎn)情況，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，保障工作人員的安全。

4.2.2 火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)案例分析

除了有毒氣體檢測(cè)，智能巡檢機(jī)器人還可以應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。通過搭載紅外熱像儀等傳感器，機(jī)器人可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站內(nèi)部的溫度變化，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)發(fā)出火災(zāi)預(yù)警。以某變電站為例，該變電站使用1臺(tái)智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行火災(zāi)監(jiān)測(cè)與報(bào)警。該機(jī)器人配備了高分辨率的紅外熱像儀，可以精確測(cè)量變電站內(nèi)部各個(gè)設(shè)備的溫度。在實(shí)際運(yùn)行過程中，該機(jī)器人每隔5 min對(duì)變電站內(nèi)部的設(shè)備進(jìn)行一次紅外測(cè)溫，并將數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，智能巡檢機(jī)器人可以通過設(shè)定的閾值進(jìn)行判斷和報(bào)警。例如，在該案例中，當(dāng)變壓器溫度超過50 ℃或開關(guān)柜溫度超過37 ℃時(shí)，機(jī)器人會(huì)立即發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并將報(bào)警信息發(fā)送至相關(guān)工作人員的手機(jī)上，以便及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。

5 結(jié) 論

智能巡檢機(jī)器人在變電站中的應(yīng)用具有重要的意義和廣闊的前景。智能巡檢機(jī)器人具有紅外測(cè)溫、聲音異常監(jiān)測(cè)等功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與評(píng)估，為變電站提供精準(zhǔn)的故障預(yù)警。同時(shí)，智能巡檢機(jī)器人可以檢測(cè)有毒氣體和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，有效保障變電站內(nèi)部空氣質(zhì)量和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的控制。未來(lái)，隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，智能巡檢機(jī)器人在變電站中的應(yīng)用將會(huì)得到更加廣泛的推廣，為電力行業(yè)的安全運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。