變電站智能巡檢系統(tǒng)的研究

國網(wǎng)青島供電公司 于海龍 劉曉偉 李志戈 肖文軍 李旭平

1 引言

變電站日常設備巡視是保證變電站安全運行的一項重要的管理制度。截止目前，常規(guī)人工巡視方法由于存在勞動強度大、安全系數(shù)低、人工成本高等缺點，智能巡檢機器人系統(tǒng)已經(jīng)在變電站巡視管理中嶄露頭角[1]。

變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)，是國網(wǎng)公司為適應智能化變電站及無人值守變電站發(fā)展需求，全面提高變電站智能化水平而研制開發(fā)的，擁有安全自主產(chǎn)權和發(fā)明專利，整體技術水平處于國際領先水平。該系統(tǒng)以智能巡檢機器人為核心，整合機器人技術、電力設備非接觸檢測技術、多傳感器融合技術、模式識別技術、導航定位技術以及物聯(lián)網(wǎng)技術等[2]，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站全天候、全方位智能巡檢和監(jiān)控，提高正常巡檢作業(yè)和管理的自動化和智能化水平，為智能化變電站和無人值守變電站提供創(chuàng)新型的技術檢測手段和安全保障，更快的推進變電站無人值守的進程。變電站機器人巡視現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 機器人巡視實例

本文以某220kV智能化變電站機器人巡檢系統(tǒng)為例，對機器人運行原理、系統(tǒng)功能和巡視路線設計進行研究，采用機器人技術進行巡檢，是智能變電站和無人值守變電站巡檢技術的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景。

2 機器人巡檢系統(tǒng)

變電站設備巡檢機器人系統(tǒng)采用分層控制結(jié)構，分為上下兩層：基站和移動站控制系統(tǒng)層、系統(tǒng)層。變電站巡檢機器人主要用于戶外變電站代替巡邏人員巡邏檢查。機器人可以攜帶紅外熱像儀電站設備檢測裝置[3]，可見光CCD等[4]，自主和遙控的方式，代替室外高壓設備的監(jiān)測，以檢測電力設備的內(nèi)部熱缺陷，外部如機械或電氣問題：異物，損傷，發(fā)熱，漏等，對操作人員診斷電力設備運行和故障事故先兆提供相關數(shù)據(jù)。機器人系統(tǒng)能夠在正確的時間代替人的檢查工作，并能生成報表，如機器人不能方便值班時間巡邏人員（如在00:00和03:00）或惡劣的天氣條件下，在沒有監(jiān)督人員的前提下，可根據(jù)檢查的固定路線，并能自動返回出發(fā)點。

3 機器人運行的基本原理

機器人依靠前端的磁傳感識別事先設計的巡行軌道，通過識別埋設的RFID點來執(zhí)行?？课恢玫母鞣N命令[5]，包括轉(zhuǎn)彎、檢測、停車、充電、開門等等。通過磁軌道的導航與停靠點的命令組合來完成既定的巡檢任務。機器人任務的啟動主要有兩種方式，一種為定時啟動，主要是在機器人調(diào)試完畢情況下無需人為操作的自主運行任務。另一種為人為控制啟動模式，主要是在有參觀要求與特殊緊急情況下的啟動方法。

圖2 智能巡檢機器人結(jié)構示意圖

機器人充電主要有自動（推薦）與手動（當機器人電量已經(jīng)不能滿足啟動時采用），自動充電即讓機器人能夠采集到充電的RFID點，這樣機器人便會執(zhí)行充電命令，同樣如果要實現(xiàn)機器人自動開啟充電小屋的門禁也是讓機器人采集到開門點的RFID點。所以針對午山站要完成一次人為控制的自動充電即把機器人斷電推到離開門?？奎c不遠的機器人軌道上，然后上電，待后臺與機器人通訊正常以后，啟動任務。機器人便會首先順著軌道行進到開門點，執(zhí)行開門動作，然后進屋充電等等。圖2為智能巡檢機器人結(jié)構示意圖。

4 系統(tǒng)功能及巡視路線設計

變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)分為基站和移動站機器人本體兩部分。依據(jù)現(xiàn)場工作要求，研制的機器人系統(tǒng)主要系統(tǒng)功能如下：

（1）方便用戶對機器人系統(tǒng)進行配置，根據(jù)配置定時下發(fā)自動規(guī)劃任務；根據(jù)用戶配置，自動采集和存儲可見光圖像和紅外圖像，并經(jīng)行分析和處理，動態(tài)顯示機器人當前采集的可見光圖像和紅外圖像如圖3所示。

圖3 機器人巡檢數(shù)據(jù)采集界面

（2）手動控制機器人的運動和機器人云臺的動作，實時顯示機器人當前的方位和運動狀態(tài)，顯示機器人的當前位置和速度的數(shù)據(jù)信息如圖4所示。

圖4 機器人操控系統(tǒng)平臺

（3）顯示機器人的電源狀態(tài)，并進行分析和異常報警，顯示機器人外圍傳感器的信號狀態(tài)，并進行報警，查詢機器人現(xiàn)場采集的歷史數(shù)據(jù)，并進行對比分析。

智能巡檢機器人采用磁導航方式，該導航方式具有抗干擾能力強、可靠性高、不受雨雪天氣影響等優(yōu)點，是目前室外移動機器人最可靠和成熟的導航方式。

定位點為機器人在全局路徑規(guī)劃中提供定位和任務信息，包括位置坐標、設備間隔、任務內(nèi)容等。根據(jù)變電站具體設備分布圖，本變電站機器人巡檢路線圖如圖5所示。

圖5 機器人巡視路線圖

5 結(jié)論

采用機器人技術進行變電站巡檢，既具有人工巡檢的靈活性、智能性，同時也克服了人工巡檢存在的一些缺陷和不足，更適應智能變電站和無人值守變電站發(fā)展的實際需求，具有巨大的優(yōu)越性。本文闡述了機器人及智能巡檢系統(tǒng)的基本原理，并結(jié)合某220kV智能化變電站重點介紹了智能巡檢系統(tǒng)的功能和巡視路線設計，充分體現(xiàn)了變電站智能巡檢系統(tǒng)在變電站日常巡視管理中的廣闊發(fā)展空間和應用前景。

[1]魯守銀,蘇建軍.機器人在變電站巡檢中的應用[J].機器人技術與應用,2007,25(1):485-493.

[2]矯德余.基于嵌入式系統(tǒng)的智能巡檢機器人研制[D].中國石油大學(華東),2010.

[3]肖鵬,王海鵬,等.變電站智能巡檢機器人云臺控制系統(tǒng)設計[J].制造業(yè)自動化,2007,5(1):33-36.

[4]李云紅,李軍華,李培.紅外熱成像技術在電廠的應用[J].現(xiàn)代電子技術,2008,31(6):180-184.

[5]王建元,陳永輝.基于圖論的電力巡檢機器人智能尋跡方案[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,35(19):85-88.