智能機器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的應用

摘 要：現(xiàn)如今，我國的社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，科學技術也發(fā)展的越來越迅猛，各行各業(yè)都已經(jīng)逐漸在實際的生產(chǎn)以及經(jīng)營過程中采用智能機器人來進行實際運作，而智能機器人的巡檢系統(tǒng)在變電站當中的科學合理應用，不僅能夠打破傳統(tǒng)人工巡檢的局限性，而且能夠取得良好的應用效果，文章對智能機器人的巡檢系統(tǒng)在變電站當中實際應用進行詳細的分析。

關鍵詞：智能機器人；巡檢系統(tǒng)；變電站；應用

當前，在計算機網(wǎng)絡的迅猛發(fā)展影響下，各行各業(yè)的智能化已經(jīng)逐漸普遍起來，特別是現(xiàn)代化的一些超高壓、特高壓輸變電系統(tǒng)工程已經(jīng)逐漸向多元化的方向發(fā)展，而對于這些新技術，傳統(tǒng)的運行模式以及維護操作方法都不能夠滿足其自身的需求，并且傳統(tǒng)的操作方式在面臨當前現(xiàn)代化的設備和操作的時候，其自身也面臨著相對應的挑戰(zhàn)。比如設備部件的數(shù)量比較多、其中相互交聯(lián)的關系比較復雜，而在這種形勢下，如何有效的運行高壓電網(wǎng)等等，而利用新型的技術和方式不僅能夠有效的提高輸電效率，而且能夠減少變電站工作人員對其進行維護的負擔，能夠切實有效的保證設備的正常安全運行。傳統(tǒng)的變電站巡檢方式已經(jīng)逐漸“過時”，而智能機器人的巡檢系統(tǒng)應用，不僅能夠降低人工巡檢的局限性和誤差，而且能夠通過智能機器人的一系列技術，詳細的對變電站進行嚴格的檢查和監(jiān)督，從而保證變電站的長期穩(wěn)定發(fā)展。

1 國內(nèi)外變電站巡檢技術分析

傳統(tǒng)的變電站巡檢一般都是通過人工來完成的，利用工作人員的感官器官以及配備一些比較精密的儀器等等，來對變電設備進行詳細的檢查和巡視，這種傳統(tǒng)的巡檢方式不僅導致工作人員的勞動強度過大，而且對質(zhì)量的檢測很容易出現(xiàn)分散的情況，找不到準確出現(xiàn)問題的原因。而現(xiàn)如今，在科學技術以及網(wǎng)絡社會不斷發(fā)展的影響下，計算機技術以及微機監(jiān)控技術在變電站當中越來越被廣泛的利用，特別是巡檢機器人利用其自身獨有的系統(tǒng)以及特點，不僅不會受到天氣以及環(huán)境的一些外在因素影響，而且能夠縮減值班人數(shù)，對其進行設定之后，機器人就會自己執(zhí)行巡檢任務，這樣能夠有效保證設備的安全運行，并且最大限度的減少設備的事故發(fā)生率。而在變電站當中使用的智能機器人，一般都屬于特種的機器人，在對其進行研究的過程中，可以發(fā)現(xiàn)，國際上對這種特種機器人已經(jīng)形成了獨有的研究領域，機器人在電力系統(tǒng)當中的實際應用，主要集中在電力設備方面，其中包括一些線路、變壓器以及發(fā)電設備等等，對這些設備進行日常了檢測、維護以及檢修工作。在對機器人研究的過程中，不難發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對機器人的研究以及實際投入到使用當中的機器人主要包括變電站的設備巡檢機器人、高壓帶電作業(yè)的機器人、核電站作業(yè)的機器人等等，而在對其進行不斷的探索和研究的過程中，我國的變電站機器人巡檢已經(jīng)逐漸取得了很有效的研究成果，在變電站的應用中也取得了非常良好的效果[1]。

2 變電站巡檢機器人的系統(tǒng)設計以及功能

機器人在實際的巡檢系統(tǒng)應用過程中，一般都是采用分層式的控制結(jié)構(gòu)，主要分成兩層結(jié)構(gòu)，其中包括基站的控制系統(tǒng)層以及移動站系統(tǒng)層，其具體如圖1所示。

2.1 基站控制系統(tǒng)層

2.1.1 機器人遙控。在機器人的實際應用過程中，可以利用遙控來對機器人進行遠程的控制，對于機器人的行駛或者是攝像機調(diào)焦等一系列的操作，都可以利用機器人遙控來實現(xiàn)，主要是利用鍵盤或者是鼠標來完成。

2.1.2 自動巡視。智能機器人的巡檢系統(tǒng)在實際的運用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的自動巡視，操作人員可以設定相對應的巡視時間，機器人便會自動的開始巡視任務，在自動巡視的過程中，機器人主要執(zhí)行的任務包括自動云臺動作、自動攝像機調(diào)焦、自動紅外熱像儀的操作以及自主充電和紅外數(shù)據(jù)的采集等等[2]。

2.1.3 實時圖像數(shù)據(jù)監(jiān)控。智能機器人的巡檢系統(tǒng)當中可以對可見光攝像機以及紅外熱像儀進行實時的視頻顯示，主要是為了能夠更好的配合遙控以及自動巡檢的功能，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)操作人員在后臺對其進行巡視和監(jiān)督，方便檢測數(shù)據(jù)的詳細記錄。

2.1.4 機器人狀態(tài)信息顯示。在實際的應用過程中，可以實時的對機器人的內(nèi)部狀態(tài)信息進行有效的后臺顯示和監(jiān)督，能夠通過這些信息的反饋，及時的了解到機器人的實際運行狀態(tài)，不僅能夠方便對機器人的巡檢控制，而且能夠通過電子地圖上的位置顯示，輕而易舉的找到機器人的實際位置所在點。

2.1.5 數(shù)據(jù)儲存與分析。在機器人的實際運行過程中，通過電子地圖信息、任務管理信息以及工作系統(tǒng)當中的信息等等，詳細的數(shù)據(jù)都記錄在數(shù)據(jù)庫當中，機器人在實際運行過程中產(chǎn)生的一些巡視進行詳細的記錄和數(shù)據(jù)分析，這樣不僅能夠方便日后的查詢，而且能夠?qū)θ蘸蟮臄?shù)據(jù)分析提供良好的支持。

2.1.6 設備歷史溫度分析。在變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)的實際應用過程中，設備的歷史溫度變化趨勢能夠發(fā)生一定的變化，可以與其他同類型的機器人進行溫度的比較，特別是對于設備的負荷或者是設備的溫度等等，都能夠?qū)ζ溥M行詳細的分析，為日后的設備檢修和維護提供一定的數(shù)據(jù)支持。

2.2 移動站系統(tǒng)層

2.2.1 主控計算機系統(tǒng)。在智能機器人的實際應用過程中，少不了主控計算機系統(tǒng)的應用，主控計算機系統(tǒng)程度主要是采用WinCE嵌入式對其實時全方位、多功能的操作，由C++面向?qū)ο髞磉M行語言的開發(fā)編程，其自身的主要目的是為了能夠負責導航的定位信息的采集以及處理等等。而在實際的操作過程中，根據(jù)監(jiān)控主站下達的控制命令，不僅能夠?qū)C器人的詳細運動軌跡形成一種良好的控制，而且能夠有效的控制和檢測機器人的傳感器，這樣能夠方便其自身對數(shù)據(jù)進行檢測、采集以及上傳等等，并且能夠?qū)C器人自身的狀態(tài)信息也一并上傳記錄[3]。

2.2.2 導航定位系統(tǒng)。導航定位系統(tǒng)主要是由導航傳感器和定位傳感器兩個部分兩組成的，導航傳感器主要是磁導航傳感器，能夠切實有效的跟蹤地面之前鋪設的相關磁導航運行軌跡，來最終實現(xiàn)導航的定位；而定位傳感器主要是采用RFID的定位傳感器來進行實際的操作，能夠切實有效的為機器人提供定位、停靠以及其他的位置信息。

2.2.3 運動控制系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)是移動站系統(tǒng)層當中必不可少的一部分，可以直接對機器人的行駛機構(gòu)、驅(qū)動電機以及運動控制器等等設備形成切實有效的控制，從而掌握和實現(xiàn)對機器人的運動控制。

2.2.4 動力系統(tǒng)。動力系統(tǒng)主要包括電池、電源管理器等等，主要是為了能夠長久的為機器人提供能夠運行的基礎能力，而動力系統(tǒng)主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)電池的合理分配和管理等等。

2.2.5 檢測采集系統(tǒng)。在移動站系統(tǒng)層當中的檢測采集系統(tǒng)主要是為了能夠給攝像機或者是紅外熱像儀等設備提供一定的數(shù)據(jù)采集以及傳輸，而在實際的操作過程中，通過基站系統(tǒng)的監(jiān)控計算機以及移動站系統(tǒng)的主控計算機，兩者之間相互配合和協(xié)調(diào)，能夠?qū)υ婆_、攝像機等等設備進行實際的控制，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集和傳輸?shù)鹊萚4]。

3 智能機器人巡檢系統(tǒng)的實際應用

為了能夠從根本上促進電力系統(tǒng)變電站的巡檢工作，從根本上減輕工作人員的工作壓力，現(xiàn)如今，不僅越來越多的嘗試利用智能機器人來實行巡檢的工作，而且相配和的融入了一些全新的技術，相互配合，能夠最大限度的保證變電站的巡檢工作取得最大的成效。

3.1 三維電子地圖技術

在智能機器人的巡檢系統(tǒng)應用過程中，還融入了其他的全新技術來配合使用，利用三維虛擬現(xiàn)實技術，能夠?qū)ψ冸娬具M行實際規(guī)模的建造，三維電子地圖技術的應用，能夠有效的代替二維平面地圖的局限性，不僅能夠讓后臺操作人員有身臨其境的感覺，而且能夠更加確切的對巡檢的位置加以確定，其實際的應用效果如圖2所示。

3.2 實時數(shù)據(jù)曲線分析技術

在實際的操作過程中，設備的溫度會在其自身的負荷變化下而產(chǎn)生相對應的變化和影響，單純的溫度變化趨勢不僅不能夠切實有效的體現(xiàn)設備由于老化或者是一些缺陷的問題，而如果與設備的實際運行負荷有一定的關聯(lián)，則需要通過兩跳曲線的變化來對其進行詳細的分析，這樣就能夠明顯的對其進行深入的判斷，判斷是否是負荷的變化從而引起溫度的變化，或者是由于設備自身的老化或者是設備的一些缺陷問題而造成的。所以在機器人的實際巡檢過程中，其自身巡檢測溫報告，要與變電站的運行管理MIS系統(tǒng)進行有效的關聯(lián)，這樣能夠在保證機器人的實際巡檢過程中，通過便點運行管理系統(tǒng)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異常現(xiàn)象以及實現(xiàn)查詢功能的最大化作用等等，這樣能夠從根本上提高巡檢數(shù)據(jù)的質(zhì)量和水平，從而有效的提高變電站的整體巡檢管理水平。

3.3 模式識別技術

在實際的操作過程中，機器人不可能實現(xiàn)每一次都準確無誤的對準目標，而能夠造成這種現(xiàn)象的原因有很多，其中包括運動控制的精度、導航停靠精度的限制等等；不僅如此，由于觀測距離的不同，導致在實際的檢測過程中，一次檢測可能會檢測到多個設備，對于檢測結(jié)果就會產(chǎn)生直接的影響，導致數(shù)據(jù)的不準確。而在這種形勢下，通過模式識別的算法，在配合機器人的檢測位置，不僅能夠有效的對目標設備進行分辨和定位，而且能夠從根本上保證檢測數(shù)據(jù)的準確性和可用性，這樣能夠方便及時的對設備的實際運行狀況提供良好的數(shù)據(jù)支持和信息支持。

4 智能機器人巡檢系統(tǒng)的優(yōu)缺點分析

4.1 優(yōu)點

在智能機器人巡檢系統(tǒng)在變電站的實際應用之后，特別是在一些高溫或者是特殊雷雨天氣，巡視任務尤其的復雜和繁重，而利用智能機器人不僅能夠最大限度的減輕巡視人員自身的勞動強度，而且能夠讓其在比較惡劣的天氣代替人工來進行和完成巡視巡檢的工作。另外，電力系統(tǒng)設備的缺陷檢修以及設備的日常檢查等等，現(xiàn)如今仍然采用的是人工化的巡檢方式，對一些能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)安全產(chǎn)生影響的因素，其中包括一些電力線路的缺陷、斷路器的氣體泄露等等，都需要巡檢人員進行詳細的檢查并且進行主觀的描述和記錄，而由于檢測人員的變化導致記錄的方式和語言也大有不同，對故障的實際分類以及分析都造成了一定的阻礙影響，而采用機器人來對其進行巡檢，就能夠切實有效的實現(xiàn)標準化、統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)處理和分析方式，從而提升變電站的整體巡檢水平。

4.2 缺點

變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)的實際應用，還仍然存在很多需要深入研究和開發(fā)的地方，特別是在導航的方式上，雖然當前大多數(shù)都會采用磁軌道導航，但是這樣就會導致機器人的巡檢路徑被規(guī)劃，限制了機器人的巡檢軌跡，導致實際的被檢測目標沒有辦法對其進行全面有效的檢測。機器人的巡檢系統(tǒng)在開發(fā)應用的過程中，需要不斷的探索一種全新的方式，能夠為變電站提供一定的設備運行和維護方式，這樣不僅能夠有效的減輕運行人員自身的勞動強度，而且能夠有效的代替人工巡檢來進行巡檢任務，所以智能機器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的應用仍然還有許多方面有待開發(fā)。

5 結(jié)束語

電力系統(tǒng)不僅其自身的結(jié)構(gòu)非常復雜，而且其自身的安全合理運行能夠直接對人們的日常生活產(chǎn)生一定影響，所以在這種形勢下，智能機器人的應用，不僅能夠優(yōu)化傳統(tǒng)的變電站巡檢任務，而且能夠利用現(xiàn)代技術對實際的設備以及現(xiàn)場進行詳細的檢測和控制，機器人的合理應用，能夠最大限度的減少人為勞動力，而且能夠?qū)崿F(xiàn)變電站巡檢任務的統(tǒng)一化和標準化。

參考文獻

[1]王海亭，俞發(fā)暉.750kV官亭變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場檢驗探析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010（01）.

[2]魯守銀，蘇建軍.機器人在變電站設備巡檢中的應用[J].機器人技術與應用，2010（05）.

[3]魯守銀，等.變電站設備巡檢機器人的研制[J].電力系統(tǒng)自動化，2010（30）.

[4]沈洋，等.無人值班變中站遠方監(jiān)控系統(tǒng)的設計和應用[J].電力系統(tǒng)自動化，2010（28）.

作者簡介：艾春雨（1976-），男，河南許昌，本科，許繼電氣股份有限公司，工程師。