電力巡檢機器人在智能配電站室內創新性應用分析

陸巍

摘 要 配電網設備體量巨大，人工巡檢受到各種因素的制約，難以跟上時代的發展。隨著科技的進步和信息化水平的大幅提高，機器人被應用于人們生活中各行各業，其中電力智能巡檢機器人擔負著輔助或替代人工對電網設備巡檢的職責。智能巡檢機器人融合局放、紅外、視覺等多種高精度傳感技術，采集配網設備的運行狀態，應用可視化技術，綜合診斷設備的健康水平。智能巡檢機器人為設備的狀態檢修和全壽命周期管理工作提供了可靠的依據。

關鍵詞 機器人；人工巡檢；狀態檢修；全壽命周期管理；局放檢測

前言

我國配電網具有“點多面廣”的特點，而且配電設備的體量快速增長，現有的人工巡檢難以滿足周期要求。人工巡檢受到人員素質、設備水平影響較大，巡檢結果不具有一致性。另外，人工巡檢屬于被動巡檢，設備故障隱患發現不夠及時，不能及時消缺，易造成故障擴大的同時，威脅著巡檢人員的安全。目前，國家電網公司綜合電改的因素，投資由之前的粗放型向精細化轉變，設備的“狀態檢修”被提及上來，是延長設備使用壽命的重要手段。因此，隨著機電一體化和傳感技術的發展，機器人巡檢被應用到配網建設中來，它能夠實時反映設備的運行狀態，提前發現隱患，保障設備正常運行，較少故障率，提高客戶的滿意度和供電可靠性。

1 機器人發展情況

1.1 國外發展概況

日本具有國際上最先進的機器人技術，就全世界范圍來看，全球工業機器人約有4成在日本。不論在技術方面，還是在市場規模方面，日本可以稱得上是“機器人大國”。日本在2004年5月發布的“新產業發展戰略”中所指出的7個產業領域，機器人產業也是其中之一。

美國是機器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業機器人，比起號稱機器人王國的日本起步至少要早五六年。經過40多年的發展，美國現已成為世界上的機器人強國之一，基礎雄厚，技術先進。目前，美國工業機器人供應商有Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation等公司。

德國引進機器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰爭所導致的勞動力短缺，國民的技術水平較高等社會環境，卻為工業機器人的發展、應用提供了有利條件。此外，20世紀70年代中后期，德國政府采用的積極行政手段也為工業機器人的推廣開辟了道路。“改善勞動條件計劃”為機器人的應用開拓了廣泛的市場，并推動了工業機器人技術的發展。據統計，截止到2009年底，德國運行的工業機器人為14.58萬臺。目前，德國工業機器人供應商有KUKA、CLOOS等。

國際上一些大的工業機器人制造廠家和品牌主要分成兩大體系，以日本為代表的日韓系，以德國為代表的歐系，其中ABB、安川、發那科三大品牌占據了全球51%的市場，KUKA、OTC、川崎、松下等幾大品牌占市場份額的40%以上。

1.2 國內發展概況

我國的工業機器人研究開發工作始于20世紀70年代初，前10年處于研究單位自行開展研究的狀態，發展比較緩慢。1985年后開始列入國家有關計劃，發展比較快。我國近幾年工業機器人自動化生產線不斷出現，并給用戶帶來顯著效益。機器人自動化生產線裝備的市場剛剛起步，而國內裝備制造業正處于由傳統裝備向先進制造裝備轉型的時期這就給機器人自動化生產線研究開發者帶來巨大商機。目前正在逐步建立上海、沈陽、北京、昆山、唐山、成都、徐州等工業機器人產業基地，開發出一批有市場前景的，具有自主知識產權的工業機器人及其自動化生產線產品。

2 機器人電力設備巡檢

在電力行業，最新開展的是變電站的戶外機器人的巡檢，隨著電網由變電向配電的注重傾向，配電站室機器人巡檢逐漸嶄露出來，從2015年開始，國內在站室內巡檢機器人市場占有是以科大智能為首的幾家專業做機器人的公司。至目前，配電站室機器人已應用于北京、天津、上海、山東、安徽、浙江、海南等省市。

機器人應用于配電站室內主要基于機電一體化和光電傳感技術來替代運維人員“看”配電設備的運行狀態。包括斷路器、接地刀、信號燈、轉換開關、儀表等狀態，開關柜體內部的局放水平以及設備的溫升情況[1]。

3 應用描述

針對開閉所或者配電房，圍設備關間隔架設軌道，巡檢機器人運動于軌道上，空間上多維度檢測設備，采集數據匯總分析，實現站內環境、設備運行情況的全面監測。

3.1 系統構成

配電站室機器人通過一個自主運行的機動平臺，搭載多組高性能監測儀器，對開關柜及變壓器設備進行全天候監控。溫濕度傳感器以及視頻監控等輔控系統的應用實現站內的全局環境的可視化。在降低綜合運營成本的同時，提高先進運營水平。系統架構如下：

該電力巡檢機器人系統，主要由三大部分組成：探測器主機、站內終端、和遠程終端。其中主機用于執行設定任務，監測設備狀態并反饋相關信息，站內終端用于儲存信息并進行信息通訊與執行反饋，遠程終端進行集中監控設備狀態并及時傳達。

3.2 功能概述

（1）檢測功能

利用紅外熱成像對一次設備的熱缺陷進行檢測，透過特制的紅外玻璃，可檢測設備內部溫度。檢測內容涉及電纜接頭、電纜表面、銅排及搭接處紅外測溫；

利用可見光視頻監控檢查設備的運行情況，工業相機視覺識別設備面板上各種數顯表、指針表、信號燈以及轉換開關等的狀態信息；

（2）局放檢測功能

采用超聲波+TEV暫態地電壓兩種方法去檢測每個設備間隔中的局放水平。其中超聲波采用非接觸式測量，TEV采用接觸設備面板縫隙處測量。

采集A、B、C、D四個點位置的局放值，選取最大值作為此間隔的局放水平值。

（3）分析報警功能

系統智能分析設備故障或缺陷，診斷故障，針對異常情況自動預警；自動記錄設備巡檢、紅外測溫以及局放水平等參數信息，并形成報表；提供設備紅外圖像庫和局放數據對比。

（4）控制功能

巡檢人員在監控后臺進行巡視可以對機器人進行手動控制；可以實現變電站室內設備巡檢的本地及遠方控制；可代替人工實現開關、刀閘操作后位置的校核。

（5）特殊巡視

站內的配電間隔有帶重要負荷的作為重要間隔，機器人做重點巡視；針對未帶負載的備用間隔，機器人可以只檢測某些關鍵點。對于系統內數據分析判斷某些間隔需要重點巡視的，可以選擇針對這些點展開特殊的巡視。

4 效果分析

4.1 創新型巡檢模式

突破原有的“運行檢修人員發現故障——上報問題——缺陷審核——建立工單——等待消缺”的被動處置模式，轉變為“運維團隊主動巡檢發現問題+異常申告建立工單——本地運維團隊及時處置——現場驗收消號”的全新運維管理模式。檢修中所有過程均有相關記錄，所有問題均進入隱患缺陷庫閉環管理，契合變電站標準化管理檢查的相關要求，即減輕了運維的工作量，也可使異常隱患在未發展嚴重前即得到處理。

4.2 全方位巡檢

運維人員業務素質、心理素質各有差異，在巡視的過程中，容易受到這些因素的影響，而無法保證巡視的質量。

配電站室機器人具有簡單合理的識別體系和準確可靠的識別方法，可實現對現場的視頻監控、音頻監控和專業的紅外傳感器監控。根據監控需要，通過任務參數的設置，定時和定點巡邏計劃。

機器人通過橫向（X軸）、縱向（Y軸）、Z軸三維運動，實現對配電間隔的全方位的立體檢測，高效準確的判斷設備運行情況。

4.3 數據診斷分析

配電站室機器人巡檢系統具備紅外測溫，局放檢測、可見光視覺識別、遙識通信等等功能。相比于人工巡檢只是單純的判斷設備的狀態好壞，智能巡檢機器人系統具有對采集的數據全面分析的功能。系統通過對歷史數據報表的分析，做出歷史趨勢報警決策以及多狀態數據綜合判斷指令。在以大量的診斷分析數據為基礎，建立自學習型專家診斷庫。同時將數據的分析結果納入電力設備的全壽命周期管理進程中。

4.4 狀態檢修

通過對歷史數據的分析，形成歷史數據曲線，對設備狀態趨勢進行判斷，診斷設備的健康水平，對設備全壽命周期管理提供依據。根據分析結果，合理制定設備檢修策略，實施全程檢測和維護，做到“有的放矢”。

4.5 建設智能配電站

智能配電房作為智能電網的重要組成部分，它的正常運行是供電可靠性以及客戶滿意度的重要保證。配電房智能機器人巡檢監測與配電房的輔控系統共同承擔了智能配電房的安全運行，也是未來主動配電網的重要組成部分。

參考文獻

[1] 駱敏舟.工業機器人的技術發展及其應用[J].機械制造與自動化，2014，44（1）：1-2.