智能軌道式巡檢機器人在海洋石油平臺首次應用研究

金 濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

伴隨著海上石油平臺開關間現在巡檢任務量大、平臺配備專業人員少的問題，并結合陸地現有巡檢機器人技術、應用及其實現方式，來采取對海上平臺開關間進行機器人的投放，來減少人員的輸出，將專業技術人員解放出來，調配到更需要的地方。

智能軌道式巡檢機器人的應用本著新思想、新技術、新方法和標準化、簡易化、國產化的前提，來實現海上平臺開關間的巡檢。軌道機器人的投入也將帶動整個石油平臺向全智能化時代的邁進。

1 海上石油平臺開關間巡檢現狀

海上石油平臺主要分為常駐平臺和無人值守平臺。常駐平臺開關間的巡檢為運維人員每天不定時的巡檢，巡檢的內容主要有以下幾點。

1）機械/數顯儀表數據抄錄。

2）開關/閥門狀態確認。

3）指示燈狀態確認。

4）現場環境例行巡視等。

5）定期進行紅外測溫、局放檢測等電氣檢測內容。

無人值守平臺開關間的巡檢為主平臺運維人員定期坐船進行巡檢，巡檢內容與常駐平臺內容相同。

伴隨著海上石油平臺的發展以及七年行動計劃的實施，現海上石油平臺面臨著以下情況。

（1）海上平臺地域分布廣、數量多，每個平臺一般至少有一個開關間，平時主要依靠駐平臺人員進行人工巡檢和中控室監控，人員進駐海上平臺極不方便。

（2）人工巡檢方式不能夠實現對設備狀態的實時監測，存在管理實時性差、維護作業需求反應延遲的情況。

（3）受人員素質及實際作業量的影響，在巡檢全面性、數據質量可靠性、數據管理的規范性上存在較大差異，且不能夠有效實現對潛在缺陷發展趨勢的及時分析。

（4）海上石油平臺地理分布廣泛、人工巡檢方式存在勞動強度大、人員需求量大，對運維單位來說運維成本較高。

（5）有經驗老員工少，培訓新員工所需時間太長。

（6）大數據人工分析難度較大，填寫報表繁瑣且錄入信息量較大。

所以現在迫切希望可以用智能機器人代替人工來巡檢開關間，以及數據處理，減少技術人員的工作量，將技術人員分配到更加需要的地方去。

2 智能軌道式巡檢機器人在海洋石油平臺首次應用情況

實際運用可以得出，軌道巡檢機器人有以下優點。

1）檢測數據準確。

2）可以掛載各種傳感器配合工作。

3）不會出現漏檢、漏抄現象。

4）可以對有問題的地方后臺智能分析并生成報警。

5）有多種巡檢模式，可以實現隨時對配電室的實時監控。

6）實時性好，檢測的數據可以隨時傳至后臺。

7）可以對細微的變化（如觸頭溫度、空氣濕度等）進行分析。

8）后臺可以對采集的數據自動生成報表，并和以前的數據作以對比。

過軌道機器人實際試點效果來看，智能巡檢機器人在海上作業平臺可以發揮出比人工更大的作用，在功能上比人工檢測的數據要多很多；在實時性上它可以做到24h 連續巡檢；在精確度上可以做到數據的精準化。為持續開采設備正常使用提供了保障。投入智能巡檢機器人也為實現“七年行動計劃”做出了貢獻，解決了人員不足，技術力量不足的困難。

3 海上智能軌道式巡檢機器人適應性研究

針對海上特殊化性的環境，對智能軌道式巡檢機器人進行特定的改進。

3.1 軌道的防腐處理

軌道材質為鋁合金材質，在原有基礎上進行了陽極化處理，防護等級高于IP23。陽極化處理在型材表面通過陽極氧化工藝形成一層致密的氧化膜，克服鋁合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴大應用范圍，延長使用壽命（圖1）。

3.2 適合海上的定制化安裝方案

海上平臺空間相對狹小，同時存在一定的晃動，為此，定制化的采用了2套方案，保證安裝精度和平穩度。

一類吊架：豎直吊裝+斜撐即可，斜撐可根據現場情況間隔一個吊架安裝，轉彎處斜撐方向可根據現場確定（圖2）。

圖1 軌道拼接工藝

圖2 數值吊架+斜撐

二類吊架：豎直吊裝+斜撐+底部加強。豎直吊裝+斜撐+底部加強角鋼。如果現場軌道存在晃動，可做支撐將加強角鋼固定在墻上。如圖3豎直吊裝+斜撐+底部

圖3 豎直吊裝+斜撐+底部 （單位：cm）

3.3 通信方案的選取及分析

由于現海上石油平臺設備在不斷增加，配電間內有高壓和各種信號的干擾，以及海上配電間的密閉性，都可能對信號傳輸長生影響。所以對此進行電力載波和無線網絡的適應性比對。

3.3.1 電力載波方式

電力載波通信即PLC，電力載波是電力系統特有的通信方式，電力載波通信是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。最大特點是不需要重新架設網絡，只要有電線，就能進行數據傳遞。系統連接如圖4所示。

圖4 電力載波通信

電力線載波通信具有以下特點。

（1）配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區域范圍內傳送。

（2）三相電力線間有很大信號損失，一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸。

（3）不同信號耦合方式使電力載波信號的損失不同，耦合方式有線-地耦合，線-中線耦合。線-地耦合方式與線-中線耦合方式相比，電力載波信號少損失十幾分貝，但線-地耦合方式不是所有地區的電力系統都適用。

但是電力線自身的脈沖干擾，加大了應用難度。電力線對載波信號有高削減。當電力線上負荷很重時，線路阻抗可達1Ω 以下，造成對載波信號的高削減。實踐中，當電力線空載時，點對點載波信號可傳輸到幾公里以外，但當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。因此，需要進一步提高載波信號功率來滿足數據傳輸的要求，但提高載波信號功率會增加產品的成本和體積，而且，單一提高載波信號功率往往并不是最有效的方法。

3.3.2 短距離無線方式

無線通信技術的快速發展，是數據采集系統又多了一種通信方式的選擇。圖5為無線傳輸的系統架構圖。

圖5 無線傳輸系統架構圖

按目前的無線通信技術的實際應用效果來看，短距離無線抄表技術已經成為數據采集系統的傳統通信方式的有效補充，因無線通信容易受到物體阻擋及其他無線干擾，其應用范圍受到了大大的限制，在實際應用中無法得到大面積的推廣，只能在特定環境下使用或者與其他通信方式相結合使用，目前使用最多的無線傳輸方式主要有小無線（350MHz 和430Hz）和2.4Gzigbee 無線技術，諸如WIFI 和3G 技術在抄表系統應用中無法發揮其自身特點，一般不作為抄表系統的首選。短距離無線傳輸方式具有以下特點。

（1）安裝施工方便，減少了施工布線的人工及材料投入，施工難度較低。

（2）維護方便，較少了對線路排查的工作量及難度。

（3）抗干擾性差，易受天氣和其他無線電影響。

（4）誤碼率高，傳輸頻繁時容易丟數據，無法滿足數據高實時性的要求。

（5）傳輸不穩定，易受其他物體阻擋，距離無法控制，信號衰減眀顯，安裝位置有特定要求。

（6）傳輸速率較低，僅適用于低速率傳輸的電子設備之間使用，無法實現大數據量的一次性傳輸。

（7）需要外置天線，且天線的位置需現場測試安裝，損壞或變換位置后將嚴重影響通信效果。

通過實驗分析，綜合考慮系統穩定性和實用性，電力載波應用比無線傳輸更適用于海上石油平臺，更能保證數據的可靠性，所以此次采用電力載波的通信方式。

4 實施效果

4.1 對平臺電氣人員巡檢人員的解放，提升生產效率

海上平臺傳統巡檢通過人工方式，對設備和環境進行大致的評估判斷，主要通過看、觸、聽、嗅等方法實現。加之，人工巡檢不足之處舉不勝舉，勞動強度大、工作效率低、檢測質量低、手段單一。智能化軌道巡檢機器人的運用將大量重復的勞動交給巡檢機器人，解放電氣操作人員的工作量，將電氣人員投入到更為精細化需要人力關注的地方，提高了人員效率，保證了工作質量。

4.2 對平臺設備維護可靠性的提升

采用適合海洋平臺應用的軌道式巡檢機器人，可及時發現電力設備的缺陷、電力參數波動等異常現象，自動報警或進行預先設置好的故障處理。它運行靈活自由，極大地提高了設備供電的可靠性，設備可靠性的提升會給平臺增產提供有力的保障。

4.3 降低平臺成本

從長期來看，降低了海上油氣田的開發工程投資和海上油氣田的全生命周期操作運營成本，延長油氣經濟年限。節約平臺的維修費用，將緊急搶修轉變成預防性的維修，極大地降低了平臺的維修費用。通過持續不斷的監測，當發現設備的參數異常時，可以根據設備劣化的程度，制定預防性的維修策略，提前介入，避免設備突然關停對生產的影響。同時通過歷史數據的分析，避免過度的維修，從而綜合性地降低了平臺的設備維修費用。

4.4 環保

可以降低人員登錄無人平臺巡檢的頻率，減少了海上生活垃圾和污水排放，減少環境污染。

5 結語

軌道巡檢機器人在陸地電網的使用剛剛興起，給國家電網帶來不小的收益。現國家電網的日常巡檢任務已經可以由機器人巡檢。經過對機器人進行改造并且進行特定的測試，結果完全滿足海上石油平臺的日常巡檢需求，在節約人力基礎上更是為平臺的安全生產提供了保障，提高了效率，也使海上石油平臺向智能化邁進了一大步。