基于變電站狀態評價的集配型巡檢機器人應用研究

江賢康,王少博,薛 松,高 上,韓 雙

(國網河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 05000)

基于變電站狀態評價的集配型巡檢機器人應用研究

江賢康,王少博,薛 松,高 上,韓 雙

(國網河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 05000)

為解決多座變電站共用1臺機器人的問題,提出基于變電站狀態評價動態設置集配型機器人巡檢模式。介紹變電站智能機器人巡檢系統的結構、機器人的性能需求,分析變電站狀態評價標準、變電站狀態巡檢、機器人巡檢模式。通過實際應用對比證明：基于所研究的方法進行應用不僅保證機器人能完成變電站設備巡檢任務,還能減輕變電站運維人員的勞動強度、提高工作效率、提升設備檢測水平等。

變電站巡檢機器人;集中配置;狀態評價;動態設置;巡檢模式

隨著國家電網“三集五大”的推進,變電站都已實現無人值守,變電站的值班模式也由傳統有人值班轉換為無人值班模式,依據“大檢修”的要求對變電站的實行運維一體化管理模式,即變電站運維人員需承擔巡視、操作以及相當部分設備的檢修工作,新生產模式與過去發生了較大的變化。

傳統的變電站巡檢工作是依靠運行人員每天按制訂的變電站巡檢計劃要求到所轄變電站進行巡檢,并記錄相關設備運行數據,這種巡檢方式給運維人員帶來了相當大的困難。目前運維人員管轄變電站較多,對應的一次設備數量巨大,每天都要進行重復性的巡檢任務,不僅容易產生厭煩心理無法保證巡視質量,而且造成其他工作被迫延遲或取消,這對變電站巡檢工作帶來很大的挑戰,也對電網的安全穩定運行造成重大的安全隱患[1 4]。

為了解決這種矛盾,根據電力的實際情況,結合傳統的巡檢方式同時兼顧變電站實際的工作和智能機器人技術應用的發展,由智能巡檢機器人替代變電站運維人員進行設備巡檢將成為必然趨勢。目前巡檢機器人在500 k V及以上變電站已經廣泛應用,都是一座變電站配置1臺機器人或者2臺機器人,而地區電網的變電運維班組所管轄變電站較多,無法保證每個變電站均配置1臺巡檢機器人。通過對變電站巡檢要求及巡檢機器人的特性進行了相應的研究,提出基于變電站狀態評價動態設置集配型機器人巡檢模式,實現多站共用機器人,不僅能保證完成變電站設備巡檢任務,還能提高巡檢工作的安全性和可靠性,實現變電站設備和電力系統安全穩定運行。

1 變電站智能機器人巡檢系統

整個變電站智能機器人巡檢系統包含六大部分:智能巡檢機器人(包括手持遙控器)、機器人充電房、微氣象信息采集、網絡通信系統、機器人遠程集控和本地監控后臺。機器人系統的架構見圖1。

圖1 系統架構示意

1.1 智能巡檢機器人的功能

為滿足變電站設備巡檢要求,智能巡檢機器人具備以下主要功能[5]:

a.紅外測溫。紅外測溫是利用巡檢機器人的紅外測溫功能,在預設的測溫點對有關設備進行測溫,并對測溫數值按照設定的判斷條件進行自動計算,判斷條件包括設備絕對溫度、溫差。

b.儀表讀取。巡檢機器人在對表計進行讀取時,除了保存表計圖像外,還能自動將各個表計的實際值轉換為數字量。轉換值與實際值比較,誤差在±5%以內。同時轉換值與設定的報警值進行對比,超出的列為不合格數據。另外表計值具備曲線查詢功能,以反映參數變化趨勢。

c.設備狀態識別。巡檢機器人可利用圖形識別比對技術,對斷路器、隔離開關等設備的分合狀態進行判斷,自動識別設備處于斷開或運行狀態。

d.數據分析。巡檢機器人獲取的數據與設定的報警限值進行對比,超出限值的為不合格數據并在管理后臺的“報警信息”欄中顯示,同時發出報警聲響,在巡檢報告“異常告警數據”中列出。

1.2 智能巡檢機器人的性能

各個變電站的巡視環境有所不同,巡檢機器人的性能要滿足現場條件。機器人主要由驅動部分、承載底盤、充電部分和外殼等幾部分組成,行走速度為0～1 m/s,結構為防護等級55的高強度全金屬材質,能連續巡檢時間可達到10 h,有低電壓報警功能,并在電壓達到返回充電等級時,自動返回充電房進行充電。機器人的驅動部分為輪式結構,前面的兩輪為驅動輪,后面的兩輪為萬向隨動輪,該結構能實現機器人以兩驅動輪中心點為原點做原地轉彎運動,爬坡能力不小于15°,涉水深度為110 mm,越障能力為60 mm,緊急停車距離小于0.15 m。機器人配有1 080 P、30倍變焦可見光相機、紅外熱成像儀,云臺水平360°連續旋轉,俯仰(-90°)～(+90)°,這些硬件設備能夠保證機器人滿足變電站巡檢的要求。

2 變電站狀態評價

2.1 設備缺陷定性

設備缺陷按照對電網運行的影響程度,分為危急、嚴重和一般三類。

危急缺陷是指設備或輔助設施發生了直接威脅安全運行并需立即處理的缺陷,否則,隨時可能造成設備損壞、人身傷亡、大面積停電、火災等事故。

嚴重缺陷是指對人身或設備有重要威脅,暫時尚能堅持運行,不及時處理有可能造成事故理的缺陷。

一般缺陷是指除了危急、嚴重缺陷以外的設備缺陷,指設備缺陷性質一般,情況較輕,對安全運行影響不大、尚能堅持運行的缺陷。

2.2 變電站狀態評價標準

變電站狀態評價值以設備缺陷發生評測值及設備紅外測溫情況進行評分,基準分為100分。設備缺陷評分標準如表1所示。

表1 設備缺陷評分標準

設備測溫按照測溫特征值進行對比并結合現場實際經驗,溫度特征值包括設備相間溫差、測溫點溫度,其溫度規定值如表2所示[6]。

表2 溫度特征值

a.良好狀態。同時滿足以下條件,評定為良好狀態:變電站狀態評測值在80分及以上;變電站內設備、生產設施不存在影響設備安全運行的隱患;變電站周邊環境良好,無影響設備安全運行的因素。

b.不屬于良好狀態的變電站,評定為一般狀態。

c.關注狀態。滿足以下條件之一時,即轉為關注狀態:變電站當月發生缺陷總扣分值達到10分及以上;3天內主變負荷經常出現超過80%及以上的情況;變電站內設備、生產設施存在影響設備安全運行的隱患;變電站周邊環境不滿足要求;其他需要特殊巡視的情況。

2.2 變電站狀態巡檢

變電站狀態巡檢以設備狀態評價結果為基礎,輔以變電站內設備(生產設施)現存隱患影響安全運行程度、變電站周邊環境對設備的影響程度等進行綜合分析與評價,將變電站評定為“良好”、“一般”和“關注”3種狀態,制定不同的例行巡檢方案,巡視周期如表3所示。

表3 變電站巡檢周期

3 機器人巡檢模式

為保證機器人完成變電站巡檢工作,首先依據變電站的分類及變電站狀態評價的原則對變電站巡檢周期進行設置。機器人按照制訂的計劃進行巡視,并開展變電站狀態動態評價,發現影響變電站安全運行的因素,確認變電站的狀態時,修訂例行巡視周期。

按照變電站狀態評價的方法對石家莊地區韓化運維班所轄無人值守變電站的狀態巡視周期進行設置,如表4所示。

表4 韓化運維班無人值守變電站狀態巡檢周期表

遇有特殊情況時,變電站立即轉入關注狀態,利用機器人做到實時動態巡視,確保巡視的可控、在控、能控。

4 集配型巡檢機器人的應用

4.1 應用情況

目前韓化運維班負責13座變電站的運維工作,配置有2臺集配型智能巡檢機器人,2座220 k V變電站共用1臺機器人,5座110 k V變電站共用1臺機器人,依據變電站狀態評價結果制定巡視計劃,220 k V變電站每次巡檢需6 h,110 k V變電站每次巡檢需4 h,惡劣天氣、保電等特殊時期,根據要求對重要設備進行特巡。

2016年8月1日至8月31日期間,運維人員依據變電站狀態評價的結果制訂的巡視任務,應用巡檢機器人執行日常巡檢任務24次、特殊巡檢任務4次、累計運行時間140多小時、收集紅外圖譜26 670張、設備狀態照片1 402張、讀取儀表數據7 665項。在一個月的周期內,機器人共發現設備紅外缺陷3項。

以220 k V韓通站巡視點設置為例,韓通站共有表計111塊,機器人已實現95塊表計的自動巡檢和數值讀取,并能將巡檢數據進行分析形成曲線和報表,具備自動報警等功能。經與人工巡視數據比較,機器人表計讀取誤差在5%之內,滿足巡檢工作要求。韓通站紅外測溫檢測點設置了541處,覆蓋了所有一次設備,與人工相比具有定位準確、檢測精度高、標準統一、圖譜自動保存等優點。紅外測溫數據對比實例如表5所示。

表5 紅外測溫數據

4.2 應用效果

4.2.1 經濟效益

應用集配型智能機器人巡檢系統可減少以下工作量:每座變電站每月一次的紅外測溫工作,減少2小時;設備現場巡視記錄數據工作,每周減少10小時;當危及人身且安全風險較大時,機器人可代替人工對特殊設備進行檢測,減少2小時/月。

巡檢機器人應用以來先后多次檢測到設備缺陷并及時報警,避免了重大事故的發生。如果按照每年發現一次嚴重發熱缺陷,預防一次設備損壞故障計算,直接節約資金約400余萬元。

4.2.2 安全效益

變電站智能機器人巡檢系統采用模式識別技術、數據分析等技術,完成變電站內設備溫度測量、設備外觀異物識別,實現全站設備監控。機器人投運以來,已發現9起缺陷,避免了事故的發生,為安全供電提供了有力保障。

5 結束語

通過對集配型智能巡檢機器人應用的研究,實現了基于變電站狀態評價方法動態設置巡檢機器人巡檢周期,能有效保證變電站的巡視范圍、巡視標準和巡視質量。對比通過運維班利用機器人巡檢與人工巡檢效果,機器人巡檢具備檢測效率高、智能性強、結果客觀、無人身安全風險等優點,有效地提升了變電站巡檢效率和效益,減輕了班組員工的工作負擔。

[1] 魯守銀,錢慶林,張 斌,等.變電站設備巡檢機器人的研制[J].電力系統自動化,2006,30(13):94-98.

[2] 趙家慶.220 k V無人值班變電站遠方監控系統建設[J].電力系統自動化,2003,27(8):78-80.

[3] 孫國凱,韓 剛.變電站巡檢方式對比及智能巡檢機器人[J].農村電氣化,2008,04(24):30-33.

[4] 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,2007,(05):33-36.

[5] 周立輝,張永生,孫 勇,等.智能變電站巡檢機器人研制及應用[J].電力系統自動化,2011,35(19):85-88.

[6] DLT 664-2008,帶電設備紅外診斷應用規范[J].

本文責任編輯：楊秀敏

Application Research of Centralized Patrol Robot Based on Substation State Evaluation

Jiang Xiankang,Wang Shaobo,Xue Song,Gao Shang,Han Shuang
(State Grid Hebei Electric Power Company Shijiazhuang Electric Power Supply Branch,Shijiazhuang 050051,China)

At present,the number of substations in the regional power grid is more,and the substation is equipped with centralized intelligent patrol robot.This paper introduces the structure of intelligent robot inspection system and the performance requirements of robot,analyzes the substation state evaluation standard,substation state patrol,robot patrol mode.Through the practical application proved:method research based on not only to ensure that the robot can complete substation patrol tasks, but also can reduce the maintenance personnel's labor intensity,improve work efficiency,lifting equipment detection level.

substation patrol robot;centralize equip;state evaluation;dynamic set;patrol mode

TM764.2

B

10019898(2017)02001603

20161117

江賢康(1987-),男,工程師,主要從事變電站運維工作。