南網(wǎng)設備領域智能技術應用推進探析

中國南方電網(wǎng)有限責任公司 李志強 喇元 劉旭 王頌 張欣

1 實施背景

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)和矛盾，不斷增長的電網(wǎng)規(guī)模和相對緊缺的人力資源存在矛盾，電力供應高可靠性要求和電力設備定期停電檢修之間存在矛盾。依靠簡單加大資金、人力投入的發(fā)展模式難以滿足新形勢下國家對電力行業(yè)的要求。因此，積極利用機器人、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術手段，發(fā)展智能作業(yè)，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，提升供電可靠性，降低成本是未來10年公司的發(fā)展方向。

結合國家《中國制造2025》的戰(zhàn)略規(guī)劃和南方電網(wǎng)公司的實際情況，在變電設備運維領域開展智能作業(yè)是較為理想的選擇。一是，變電設備運維領域的先進技術應用較為集中，設備自動化水平、人員素質相對較高，外部環(huán)境基本穩(wěn)定可控，開展智能作業(yè)的條件較好；二是，變電站運行、檢修、試驗等專業(yè)運維人員約占公司總人數(shù)的20%左右，主要從事定期巡視、倒閘操作、設備檢修等現(xiàn)場作業(yè)，是加班加點最為頻繁的群體，在此領域開展智能作業(yè)可以有效提升勞動生產(chǎn)率，降低人員勞動強度，具備開展智能作業(yè)的現(xiàn)實需求。

在各項智能化作業(yè)手段推廣和研究的同時，還需要開展智能化作業(yè)關鍵基礎研究和智能化裝備的研究，來適應作業(yè)方式的改變，為數(shù)據(jù)信息的良好交互與集成以及智能化作業(yè)應用奠定實踐基礎，搭建智能化作業(yè)平臺，實現(xiàn)業(yè)務的有效集成，為智能決策分析、業(yè)務連續(xù)性保障、數(shù)據(jù)資源全面管理與利用提供有力支持。

2 智能化作業(yè)技術現(xiàn)狀分析

2.1 智能化作業(yè)技術現(xiàn)狀

廣義來講，凡是能夠輔助人工進行電力作業(yè)（運行、維護、操作、檢修、試驗）并應用了信息化或智能化器件的技術都是電力行業(yè)智能化作業(yè)技術。目前在電力行業(yè)應用的智能化作業(yè)技術主要包含電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術（EMS）、狀態(tài)監(jiān)測技術、智能變電站技術、機器人技術、智能穿戴技術、變電站駕駛艙技術等。

其中，機器人目前在電力行業(yè)的應用主要有：核電站檢測機器人、輸電線路檢測與作業(yè)機器人（無人機巡線）、變電站巡檢機器人、電動汽車換電池機器人、配電線路帶電作業(yè)機器人、地下電纜檢測機器人等，而應用最廣泛也最成熟的是變電站巡檢機器人。

變電站巡檢機器人用于智能變電站、無人或少人值守變電站，代替或輔助人工全自主進行設備巡檢，為變電站狀態(tài)檢測提供創(chuàng)新型技術手段。在國內，自從國家電網(wǎng)在2005年期間完成了國家863項目交付的樣機（不具備現(xiàn)場作業(yè)能力）之后，變電站巡檢機器人技術就開始迅速發(fā)展。截至目前，前變電站巡檢機器人已經(jīng)經(jīng)歷了5代產(chǎn)品，技術相對趨于成熟。在導航方式上，由磁軌導航（有軌）方式發(fā)展到2D激光SLAM導航（無軌）方式，實現(xiàn)了無軌自由巡檢，并開始3D激光導航方式的研發(fā)；在任務規(guī)劃上，由通過到達定點讀取RFID標記獲得任務繼而進行數(shù)據(jù)采集，不具備任務規(guī)劃能力發(fā)展到具備任務規(guī)劃能力，無需通過RFID標記獲取任務，實現(xiàn)任務自由化；在環(huán)境感知與控制上，在2D激光導航基礎上加裝了防跌落傳感器提高了環(huán)境感知能力；在數(shù)據(jù)采集上，主要以可見光和紅外為主，基本無變化，但在分辨率、智能算法和紅外溫度歷史比對等方面進行了全面優(yōu)化，并提高了數(shù)據(jù)采集的精度；同時在其他功能上，逐步加入了電源管理模塊、雙向對講、近距離超聲避障、音頻采集等功能。

目前的主流機型均搭載紅外熱成像及可見光傳感器，可對變電站設備開展紅外測溫、進行表計讀取等日常巡檢，輔以鏡子、固定攝像機等方式，提高了變電站設備巡檢覆蓋率。紅外測溫方面，機器人基本可以取代人工測溫；表計讀取方面，非指針式和安裝角度不佳油表油位讀數(shù)仍然難以解決，而針對一般表計，在表盤無積污、拍攝角度無反光的情況下，準確率能達到90%以上；外觀缺陷檢查方面，仍然無法做到全自動分析判斷，一般是人工事后復核并進行判斷記錄，系統(tǒng)可在此基礎上自動出具報表。通過機器人巡視和測溫，一能提高巡視和測溫的質量，二能延長人工巡視和測溫的周期。

除此之外，工作組對目前主要的智能化作業(yè)技術做了初步評價分析，以確定公司未來的推廣應用路線。

2.2 智能化作業(yè)技術成熟度分析

表1 智能化作業(yè)技術初步分析與評價

3 智能技術推進工作要求及目標

3.1 推進原則

推進工作總體通過按照對“技術成熟、需求迫切”的技術推廣應用；對“理論基礎成熟、應用后成效明顯”的技術重點研究；對有“一定理論基礎，科技前沿技術”的技術前瞻性研究的分階段實施方式，實現(xiàn)檢修和試驗工作的智能化。

表2 智能化技術推進工作推進要求

接上表

3.2 階段性目標

1. 2016年底，完成智能作業(yè)領域的戰(zhàn)略規(guī)劃；完成變電站巡視機器人、輔助操作機器人等可以推廣應用的智能化作業(yè)手段的引進消化工作；對表2中重點研究課題進行立項研究；初步建立智能作業(yè)專業(yè)組織機構和人員隊伍。

2. 2018年底，實現(xiàn)變電站設備軌道式巡視機器人覆蓋全網(wǎng) 220kV及以上電壓等級變電站；各分子公司完成“機器代替人”智能化作業(yè)示范變電站建設，可自主選擇至少一座220kV及以上電壓等級變電站進行建設，建設內容包括：變電站各區(qū)域間智能巡檢擺渡軌道、變電站無軌導航專業(yè)巡檢機器人、變電站機構箱等箱體自動化改造、變電站敞開式刀閘智能化、電動化改造、工業(yè)機器人變電站輔助作業(yè)應用及智能頭盔等智能化穿戴設備的應用；各分子公司電科院至少配備一套變電設備智能化綜合試驗平臺；重點研究課題至少完成關鍵技術研究任務的60%；對表2中前瞻性研究的課題開展需求分析、前期調研工作，以實現(xiàn)原理突破，形成可行性研究報告。

3. 2020年底，實現(xiàn)變電站設備軌道式巡視機器人全網(wǎng)110kV及以上電壓等級變電站全覆蓋，初步達到對變電站內50%的一次設備、80%的二次設備和80%的變電站設施開展日常巡視；將“機器代替人”智能化作業(yè)示范變電站推廣至全網(wǎng)500kV變電站及220kV樞紐變電站，預計可降低全網(wǎng)變電站專業(yè)巡視工作量的30%以上，降低專業(yè)巡視人力資源成本的45%以上；實現(xiàn)變電設備智能化綜合試驗平臺覆蓋至各基層高壓試驗班組，提高預防性試驗作業(yè)效率60%以上，減少現(xiàn)場作業(yè)人員50%以上；重點研究課題完成工程樣機制備并開展試點應用；前瞻性研究課題完成相關技術的理論儲備和技術分析，部分具備試制條件的課題可以開展原理樣機或者工程樣機的制備。

3.3 總體目標

2018年，完成示范變電站建設，實現(xiàn)示范變電站日常巡視和倒閘操作的無人化；全網(wǎng)智能化作業(yè)應用率達到20%以上；現(xiàn)場作業(yè)綜合勞動生產(chǎn)率提升20%以上，電網(wǎng)主設備管理智能化達到國內先進水平。

2020年，實現(xiàn)全網(wǎng)110kV-500kV變電站日常巡視、專業(yè)巡視和倒閘操作無人化技術的推廣應用；對已推廣應用的智能化作業(yè)手段形成完整的技術標準體系；通過重點研究形成的智能裝備達到現(xiàn)場實用水平；形成一批具有高端智能裝備研制能力的專業(yè)人才隊伍；全網(wǎng)智能化作業(yè)應用率達到50%以上；現(xiàn)場作業(yè)綜合勞動生產(chǎn)率提升50%以上；電網(wǎng)主設備管理智能化達到國際先進水平。