對于變電站智能巡檢機器人的幾點思考

廣西電網有限責任公司柳州供電局 楊清民 陳煒智 韋 明

本研究項目是從廣西電網有限責任公司柳州供電局現有變電站智能巡檢機器人在實際運營中存在的問題出發，分析了在新一代機器人設計和研發過程中應當注意的重點和難點，提出了新一代機器人設計和研發的預期目標，從而使新一代機器人在滿足各方面經濟性要求的同時，達到最終的設計和研發的目標，為電力企業安全、穩定運行提供技術上的保障。

自從1988年世界上第一臺用于變電站的智能巡檢機器人投入商業運行以來，至今已經歷了五代的發展。根據統計口徑和標準的不同，對于我國變電站智能巡檢機器人的發展過程還沒有統一明確的說法，目前公認看法是最早從2004年投入運營至今，大約有5代產品400余臺或700余臺設備投入使用。這些設備來自于數十個不同的生產廠家，其規格標準各有不同，管理平臺各自獨立，在電力設備和線路的維護過程中所針對的側重點也各有不同。此外在原來的設備研發設計過程中，由于體積和重量等方面的限制，在進行巡檢和維護過程中還存在一些死角，無法達到智能巡檢的要求[1]。

1 新一代機器人技術升級的難點

整體結構方面的要求。在前幾臺機器人設計研發過程中，受到部分硬件技術條件的限制，在結構上相對比較復雜，整體尺寸大、結構笨重、在防護措施上設計不到位，無法適應變電站新型運行環境的變化，造成人力資源和成本投入的浪費，巡視效率不斷降低。

控制系統方面的要求。變電站智能巡檢機器人的控制系統主要包括驅動系統和主控系統兩個方面。驅動系統的合理設計能使巡檢機器人在運行過程中滿足各種工況條件下的運行需要，提高機器人的工作效率和覆蓋面積，提高巡檢的效果。主控系統在設計研發過程中要求其能滿足手動和遙控操作雙方面的要求，滿足機器人在運行過程中導航分析性能要求。此外還要注意規避前幾代機器人在設計工程中出現的充電接口標準不統一問題，為機器人工作提供穩定的電力來源，滿足長時間的工作要求。

通信系統的要求。通信系統是在主控系統的命令下對檢測數據進行傳輸和回收，這是智能巡檢機器人工作效用的重要表現形式之一，只有保障數據的安全和穩定傳輸，才能確保變電站運行中產生的問題及時得以發現。

適應環境方面的要求。變電站本身是一個特殊的工作環境，在其運行過程中會不間斷產生靜電和磁場，因此巡檢機器人在設計過程中也要參照相關的國家標準，使機器人能適應特殊環境的需要[2]。機器人在設計過程中，要具備相應的爬坡越障能力，滿足特殊工況的需求，同時要具備障礙物檢測功能。還要配合集成傳感模塊的應用，使機器人具備在夜間監測成像的能力，并保證成像的精度。

2 智能巡檢機器人技術升級的思考

強化整體結構方面的設計。整體結構的設計前提原則是輕量化和小型化，輕量化的目標是為了便于機器人在不同變電站工作之間的切換和轉運。小型化的目標則是為保證機器人能夠在更加隱蔽和復雜的環境中進行工作，增加機器人的工作范圍，提升工作效率。在滿足這兩個前提條件情況下，充分考慮其內部結構和硬件間的合理配置，確保內部的結構設計能滿足防護和散熱等方面的基本要求。在材料選擇上，應選擇對環境適應性強、耐候性好的新型材料，并確保其成本的經濟性。在機器人結構的表面，還要做好相應的圖層和防腐設計，在有線纜接頭的地方要做好防護措施，確保機器人能夠達到較長的使用年限。

強化在控制系統方面的設計。在進行控制系統設計時，首要對工控機等要害部件做好選擇，使其滿足機器人運行和導航分析性能的要求，在進行遠程控制時要使其能夠科學的完成巡視作業。驅動系統的設計要求技術人員具有相關動力學方面的知識，能確保機器人在運行過程中滿足緊急停車、越障和避障等方面的要求。在進行轉向系統設計時要對轉向結構進行適當調整，將機器人的轉彎半徑保持在車身長度的3倍以內，提高其運行速度和理論巡檢效率。現行的智能巡檢機器人在設計過程中，由于沒有統一的設計標準，充電接口各自采用不同的標準，使其續航能力受到較大的限制，在新一代機器人設計過程中要做好這方面的工作，使機器人至少達到待機8小時的工作要求。

強化通信系統方面的設計。通信系統方面的設計，需要保證主控系統在接受命令之后能夠準確及時的響應，在數據傳輸過程中保證穩定性和安全性。通信系統在設計過程中，需要注意操作系統與集控子站系統之間的兼容性，確保機器人在不同變電站之間能夠切換工作，軟件故障少，在出現故障報警時能夠及時進行維修，系統方便進行擴展和維修。

強化機器人多工況工作能力。機器人多工況工作能力的體現，首先要保證其在防靜電和抗干擾方面能夠達到國家標準的規定，滿足變電站環境使用的要求；其次包保證機器人具有良好的運動性能和復雜環境下的工作能力，具有障礙物檢測功能，最小越障高度要達到5cm、最小涉水深度為10cm，爬坡能力不小于15°；最后要配備高精度紅外熱成像儀，其靈敏度不低于50mK，分辨率最低為640×480。紅外傳感器測溫精度不低于2K 或±2%，可見光實現表計讀數誤差小于±5%。傳感器設計要考慮模塊化的設計，擴充方便，能夠與外部傳感器進行對接。

做好集控子站系統軟件的編寫設計。變電站智能巡檢機器人的工作是依托集控子站系統軟件的基礎上實現的。在進行集控子站系統的編寫過程中需注意三方面要求：系統運行的速度和支持用戶數要達到一定的要求；系統運行的穩定性要求。確保系統能夠支持7×24小時工作且故障率低、處理速度快；系統操作的便利性要求。確保系統工作界面達到人機友好的要求[3]，能支持安卓系統和windows 系統，菜單操作方便，容易理解和學習。

3 變電站智能巡檢機器人在運維中的應用

缺陷跟蹤的應用。巡檢機器人的跟蹤功能十分強大，當變電站設備出現低壓報警時，可通過智能機器人跟蹤監視缺陷問題。檢修人員維護前保證設備處于SF6壓力狀態。此外機器人可以向設備觀察點實時發送檢查結果，確保運維人員掌握測量裝置數據。通過此種方式運維人員能夠高效管理設備。對于智能巡檢機器人功能來說，可有效檢查故障問題，數據收集完整性高，同時可作用于數據監控與分析中，減輕人員工作量，全面維護變電站運行安全性與智能化。

室外環境的清理應用。智能巡檢機器人運行過程中維護操作的障礙較多，為全面處理該問題必須優化改造機器人超聲識別系統，確保機器人規避障礙。機器人移動過程中能有效接收超聲波信號，同時實現發回效果。運行路徑上存在障礙物，機器人能夠將搜索命令發送至控制中心。在變電站內檢查指示路徑無障礙物，但植物會延伸至運行路徑上，從而導致機器人故障，影響驗證與檢查。機器人檢查中應遵循實際情況，減少由于植物生長所致檢查影響問題。

站內日常運維的應用。將智能巡檢機器人應用到變電站，主要具備可視化功能：可見光控制功能。利用高分辨率相機能夠接收操作狀態、操作數據，對主機運行狀態進行監控。注重檢查設備，讀取壓力計數，高效檢測設備運行狀態，同時對電流泄漏量、工作時間進行計算，有效開展維護與保養工作；紅外線溫度測量功能。在應用該項功能時須注重維護變電站運行，設置應用程序時間間隔，同時對數據進行監視與收集。如變電站運維將變電站劃分為四個運行區，不同運行區具備對應工作日。在可見光任務執行過程中，可見光光譜利用快門分割位置切換、油位指示器、探測器、溫度計維持。在開關裝置上設置四個檢測點，主要包括布線、主體、變壓器設備、三相與中性盒。針對不同設備科學測量紅外溫度，同時設置多個檢測點，全方位進行紅外檢測，維持紅外光譜與可見光譜。相比于手動收集和匯總數據，智能巡檢機器人無需人為干預，手動邏輯比較少。在巡檢后機器人可自動上傳報告，分析和維護設備故障，全面提升運營效果與服務質量。

優化識別算法。變電站設備安裝操作時極易產生安全問題。比如，基于正常運行狀況設置機器人檢查程序，如果未檢測到設備可能是由于指針過小。針對上述問題需對機器人識別算法進行優化，當被處于關閉狀態時也能夠設置在正確的安裝位置，同時替換指針、為機器人提供驗證指令。

控制誤差。在改變工作環境后，為避免機器人產生誤差必須應用定位技術與導航技術。也可將高精度定位模塊安裝在機器人本體上，在改變運行線路后，可以自動更新導航數據。當路徑發生錯誤問題時，可以及時優化改進，避免機器人偏離軌道。

綜上，做好變電站智能巡檢機器人的設計，需要從多個方面入手，針對目前運行中出現的問題進行有針對性的設計，在保證經濟性要求的情況下，使機器人的工作性能不斷提升，從而達到電力系統運行的穩定性、安全性等方面的需要，為我國電力事業的發展做出貢獻。