智能機器人在變電站三維實景巡檢系統中的應用

邱曼曼 石瑋佳 王娣

【摘 要】提出了一種基于智能機器人的變電站三維實景巡檢系統，將虛擬現實技術（VR）和變電站智能機器人巡檢系統高度融合在一起，利用變電站現有的輔助監控系統、SCADA系統，構建了交互性好、沉浸式、多視野的變電站三維實景智能機器人平臺。該系統的應用，可以提高變電站監控效率、減輕運維人員負擔，克服各系統數據條塊分割、人工關聯的弊端，符合國家電網公司“三集五大”體系建設的要求。

【關鍵詞】智能巡檢機器人 三維實景 變電站

【Abateact】The application of intelligent robot on real three-dimensional platform for substation was proposed in this paper，the technology of virtual reality （VR） and intelligent substation inspection robot system was highly integrated，which wassupplemented by integration of existing auxiliary monitoring system and SCADA system.A well interactive， immersive， multi perspective substation real three-dimensional intelligent robot platform was built.The efficiency of substation monitoring can be reduced and personnel burden based on application of the system，also overcoming the various systems of data fragmentation and the drawbacks associated with artificial load，which meet the requirements of the State Grid Corporation.

【Key words】Intelligent robot，real three-dimensional，substation

1 引言

變電站智能機器人巡檢系統是為適應智能化變電站以及無人值守變電站發展需求，全面提高變電站智能化水平發展而來。它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、導航定位技術以及物聯網技術等，能夠實現變電站全天候、全方位、全自主智能巡檢和監控[1]。

在變電站運行中，單一智能機器人巡檢系統的應用確實給變電站巡檢工作帶來了一些實際便利，同時也存在一些缺陷和不足， 主要表現在：系統相對孤立、難以實現全覆蓋、極端環境適應能力不強、難以開展較復雜工作[2]。

本文提出了一種基于智能機器人的變電站三維實景巡檢系統，通過3D實景監控平臺融合智能機器人巡檢系統，消除機器人巡檢系統孤立運行的歷史，可實現與安防視頻、火災報警、PMIS系統等實現數據關聯和共享，實現多系統的異常聯動的功能[3]，如圖1。

2 技術方案

2.1硬件構成

基于機器人的變電站三維實景巡檢系統為網絡分布式架構，整體分為三層，分別為集控層、基站層和終端層。集控層可以對多個變電站的三維實景機器人巡檢系統實現遠程監控，包括三維實景監控平臺；基站層由機器人后臺、智能管理機、控制和分析軟件系統組成；終端層包括智能巡檢機器人、固定點熱紅外攝像機、固定點可見光攝像機、在線監測設備、紅外傳感器等。

2.2 系統策略

通過3D平臺還原變電站現場的真實場景，將機器人巡檢的路徑在三維平臺系統中真實展示并進行標注；在3D場景中實時展示機器人巡檢位置移動，實現對機器人現場巡檢情況的直觀真實反映。

智能機器人結合3D實景平臺針對重點巡檢點設定巡檢預置位，確定巡檢預置位與3D實景電氣設備對應關系。

針對機器人無法巡檢到的區域，借助于3D平臺融合的其他系統如SCADA系統、輔助監控系統等進行填補。

設定所需巡檢的設備點以及關注的數據量、視頻圖像外觀、熱紅外成像等必要的巡檢信息，系統自動生成巡檢路徑，巡視人員通過平臺隨機或定時進行遠程巡檢，當進入已設定的巡檢設備點時，系統將相關的設備相關在線監測數據，進行集中展示，并對實時巡檢的結果、過去時間短的變化趨勢等進行正常與否進行巡視、判定，形成遠程綜合分析巡檢結果記錄，如圖2。

3 應用范圍

針對500kV變電站，越來越多的綜合監控、監測系統帶來地運行新課題，提出的了基于VR（虛擬現實）技術，構建交互性好、沉浸式、多視野的統一監控平臺，可以無縫融合智能機器人巡檢系統、SCADA、視頻圖像監控系統、各種在線監測系統等等，從變電站實際指揮、運行診斷、檢修操作等實際使用的角度出發，實現變電運行設備數據準確及時的采集，電氣設備、各種監控裝置等真實位置場景及實時狀態以及歷史運行記錄、歷史變化趨勢等進行直觀、立體、逼真的集中再現，形成真正的良好交互性的沉浸式統一智能監控平臺，提高監控效率，減輕監控人員的監控負擔，克服過去各系統數據條塊分割、人工關聯的弊端，完全契合國網公司“大運行、大檢修”的體系建設理念。

該平臺提出了全新的巡視方法，優化了電力現有巡檢方法，通過優化目前傳統的現場巡檢模式，通過在該平臺上設定巡檢路線、巡檢設備、巡檢數據量、設備外觀等不同巡檢內容，巡視人員在定時或隨機通過該平臺上進行遠程巡檢，當進入巡檢設備點時，系統將相關的設備相關在線監測數據，進行集中展示，并對實時巡檢的結果、過去時間短的變化趨勢等進行正常與否進行巡視、判定，形成綜合分析結果記錄，能遠程、高效進行電氣設備多系統、跨平臺巡測，減少現場巡檢頻次，形成和現場巡檢的高度互補、統一。

3.1 遠程巡檢

設定所需巡檢的設備點以及關注的數據量、視頻圖像外觀、熱紅外成像等必要的巡檢信息，系統自動生成巡檢路徑，巡視人員通過平臺隨機或定時進行遠程巡檢，當進入已設定的巡檢設備點時，系統將相關的設備相關在線監測數據，進行集中展示，并對實時巡檢的結果、過去時間短的變化趨勢等進行正常與否進行巡視、判定，形成遠程綜合分析巡檢結果記錄。

（1）按照規劃路線，設定巡視的興趣點設備、興趣點內容，進行遠程自動巡視。

（2）采集在線巡檢系統中的每次巡檢數據，然后將數據和設備模型綁定，方便檢索和規范巡檢作業記錄，并且可以將自己關注的設備信息設置成常用巡檢點進行自動巡檢。

（3）自動巡檢，規劃路線，選擇要巡檢的設備，如主變、PT、開關，設置設備停留時間。

（4）場景內手動平視巡檢。

（5）通過場景中的設備，直觀檢索在線巡檢系統中的歷次巡檢數據。

3.2 智能機器人室外巡檢

智能巡檢機器人主要應用于室外設備巡檢，巡檢內容包括主變、開關、刀閘、母線、PT、CT、避雷器、電抗器、電容器、站用變等一次設備及其附件的外觀檢測；儀表數據讀取；主變、高抗等設備聲音采集；所有電壓及電流致熱型設備的紅外精確測溫等。

在變電站運行中，智能機器人的應用確實給變電站巡檢工作帶來了一些實際便利，同時也存在一些缺陷和不足， 主要表現在：系統相對孤立、難以實現全覆蓋、極端環境適應能力不強、難以開展較復雜工作。

本次項目通過3D實景監控平臺融合智能機器人巡檢系統，消除機器人巡檢系統孤立運行的歷史，可實現與安防視頻、火災報警、PMIS系統等實現數據關聯和共享，實現多系統的異常聯動的功能。

具體功能實現如下：

（1）通過3D平臺還原變電站現場的真實場景，將機器人巡檢的路徑在三維平臺系統中真實展示并進行標注；

（2）在3D場景中實時展示機器人巡檢位置移動，實現對機器人現場巡檢情況的直觀真實反映，如圖3；

（3）在3D實景平臺中反應機器人的自主巡檢工作計劃，實時反饋報警信息，并將巡檢的結果進行分類保存，方便后續查詢，如圖4；

（4）在3D實景平臺中嵌入機器人行走系統和檢測系統等的控制權，通過3D實景平臺上的操作來遠程遙控機器人對特定設備進行特檢；

（5）針對機器人無法巡檢到的區域，借助于3D平臺融合的其他系統如SCADA系統、輔助監控系統等進行填補。

3.3開關柜內等隱蔽區域巡檢

針對日常巡檢工作，可能無法掌握開關柜、環網柜內、電纜溝內等隱蔽區域的具體情況，通過在變電站內各個重要柜體內、電纜溝內部署集成紅外傳感器、LED燈的智能小巧網絡攝像機，傳感器來彌補這方面的不足。

作為工作人員現場巡檢、機器人現場巡檢無法巡檢到的隱蔽區域，我們通過在3D實景平臺巡檢功能設置將這些日常很難巡檢到的興趣點加入到巡檢計劃當中，最終達到對變電站進行全方位的巡檢的目的。

3.4智能告警

在整個三維場景中，每個設備模型會隨著實時采集來的數據，智能判斷設備工作狀態是否正常。對于出現異常的，三維場景會自動將設備渲染成紅色告警模式并定位，不斷提示操作人員及時排除故障；

整個三維場景中，每個設備模型會隨著實時采集來的數據，智能判斷設備工作狀態是否正常。對于出現異常的，三維場景會自動將設備渲染成告警模式并定位，不斷提示操作人員及4 結語

本平臺提出了全新的運行、監控方法和思路，提高了運行人員的業務水平和運檢效率，促進了安全生產運行管理工作，保障設備健康運行，提高供電可靠性，為智能電力的電力智能物聯網奠定堅實的平臺基礎。

參考文獻：

[1]孫國凱，韓剛.《變電站巡檢方式對比及其智能巡檢機器人的研究與設計》.《電氣時代》，2008年07期.

[2]謝偉杰.《智能巡檢系統在變電站中的應用》.《黑龍江科技信息》，2014年25期.

[3]張垚.《500kV變電站實行無人值守運行管理模式》.《通訊世界》，2014年17期.

作者簡介：

邱曼曼（1987—），女，安徽太和人，學士學位，助理工程師，主要研究電力系統變電運維；石瑋佳（1992—），女，安徽滁州人，學士學位，助理工程師，主要研究電力系統變電運維；王娣（1985—），女，安徽淮北人，學士學位，工程師，主要研究電力系統變電運維。