無人值守變電站的智能巡檢機器人運用

孫舶皓 張瀟

[摘 ? ?要 ]隨著電網的快速發展，變電站值班員數量不足矛盾突出。隨著變電站值守模式向無人方向轉變，人工巡視工作量加大。通過使用機器人輔助人工對變電設備巡檢，可對設備進行可靠巡檢。介紹巡檢機器人技術發展歷程，通過電力公司變電站智能巡檢機器人研究，介紹巡視系統框架，在變電站中應用智能巡檢機器人，分析產生社會經濟效益。使用巡檢機器人可降低變電站工作人員勞動強度，提高設備巡檢工作質量。

[關鍵詞]無人值守變電站;智能巡檢機器人;電網工程

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）06–0–02

[Abstract]With the rapid development of power grids， the contradiction of insufficient number of substation attendants is prominent. With the shift of the substation duty mode to unmanned， the workload of manual inspections has increased. By using robots to assist manual inspections of substation equipment， reliable inspections of equipment can be carried out. Introduce the development process of inspection robot technology， through the research of intelligent inspection robots in power company substations， introduce the framework of inspection systems， apply intelligent inspection robots in substations， and analyze the social and economic benefits. The use of inspection robots can reduce the labor intensity of substation workers and improve the quality of equipment inspection work.

[Keywords]unattended substation; intelligent inspection robot; power grid engineering

隨著電力科技的發展，我國電力系統自動化得到很大提升。變電站值班方式趨向無人化，變電站巡檢工作是保證安全運行的基礎，變電站數量增多為日常巡檢帶來較大困難。變電站內運行電壓等級較高，使得站區占地面積較大，為變電站現場巡檢工作帶來困難，使用機器人進行變電站巡檢被廣泛應用。變電站巡檢工作不斷改進，但未解決巡檢到位率低等問題，無法提升現場運維人員工作態度。文章對變電站巡檢機器人在電力公司變電站現場運行情況進行分析，變電站運行設備型號多，過去采用PDA輔助人工巡視，使用機器人巡檢可以規避安全隱患，提高巡檢工作可靠性。

1 智能機器人巡檢系統

智能巡檢機器人系統控制結構分為基站系統與移動站系統。基站系統主要由網絡集線器、基站導航定位規劃系統等組成。后臺工程機系統采用C++編程語言開發設計，為操作人員提供交互界面，規劃機器人運動路線。移動站系統分為控制檢測與移動系統模塊，可實現驅動電機控制，移動站導航定位，紅外測溫圖像采集等功能。移動站控制程序采用C++編程語言開發設計，根據后臺工程機控制命令控制運動，上傳機器人采集可見光圖像等數據。

基站采用無線通信進行數據連接，系統接入電力系統內部生產光纖通信網絡。機器人巡檢系統軟件控制系統分為微型嵌入式軟件系統，基站與移動軟件系統。系統分工協作完成巡檢任務。移動站系統有與第三方協作模塊，控制系統具有實時性數據監控系統，基站系統是控制中心。基站點增加變電站設備聲音檢測功能;增加儀表識別讀數功能。基站系統是后臺主機、無線通信設備等設備組成，后臺工程機系統采用C++編程語言開發設計，功能包括監控機器人狀態信息等。基站系統結構包、機器人控制、任務管理、數據存儲等。基站模塊包括巡檢任務管理模塊，圖像監控模塊等。

巡檢任務管理模塊實現創建刪除機器人巡檢任務，人機界面中新建巡檢任務，提前設定執行任務時間。把巡檢任務中包括設備發送移動機器人。機器人執行巡檢任務拍攝可見光圖像，系統根據任務設定抓取圖像，操作人員對特定角度拍照。機器人控制模塊完成功能包括控制云臺轉動，使用紅外測溫儀對設備測溫等。許多機器人運動常用控制命令在鍵盤設定快捷鍵，如用鍵盤方向鍵控制機器人運動方向。系統建立實時數據區，對表計數據及外觀檢測記錄實時保存，后臺數據庫把數據區信息長期保存處理。數據庫存儲模塊功能靈活。

移動站機械結構分為外殼、驅動機構。外殼設計需保證符合相關標準，由于變電站環境復雜，保證機器人在各種環境下工作。外殼分為主殼體、后殼體。外殼具有良好適應性，具有防水防潮等性能。充電機構作用是為機器人配備電池提供電能，應使其具有自動充電能力。充電裝置收到充電信號，電機驅動充電插片插入充電極板充電。驅動機構承擔任務是實現機器人移動，巡檢機器人采用輪式驅動機構，利用電機差速轉向。布置形式便于實現，，滿足機器人設計要求。

2 基于變電站機器人巡視系統設備模式識別

機器人啟動巡檢任務，排查可見光圖像，基站設備模式識別系統識別斷路器設備分合狀態，機器人每次停靠位置存在偏差，光照條件較好，可根據可見光圖像判斷設備開關狀態。設備模式要在各時段將需檢測設備以巡檢機器人視角拍照，建立可見光圖片庫，將圖片庫圖片設備位置標明。機器人巡檢任務中，將拍攝圖像與相應圖片匹配，依照圖片庫編號對應確定拍攝圖片設備位置。

系統首要問題是建立圖品庫。為保證巡檢機器人拍攝圖像與圖片庫圖像匹配正確，需使圖片庫標準圖片清晰。需要考慮停靠點不同季節、不同時刻圖像亮度及陰影部分存在差異，為消除影響因素，需將不同時間拍攝圖片存入圖片庫。春秋季陽光對地面角度類似，按四季陽光角度順序選擇時間段。在圖片庫中對停靠點建立目錄，按不同因素以樹形結構儲存。某些天氣照片亮度相同，減少建立圖片庫工作量。圖像匹配時系統根據拍攝圖像季節，通過光敏器等判斷天氣情況，提高結果準確性。機器人巡檢任務中將拍攝圖像上傳到基站系統，機器人每次拍攝停靠位置等存在偏差，需要設計消除偏差的算法。

機器人工作中上傳圖像與圖片庫匹配，系統正確識別圖像包含設備。系統截取機器人巡檢中上傳圖像某區域，算法完成匹配后標準圖片包含相關設備標注在上傳圖像中。上傳圖像對應拍攝紅外熱圖匹配，出現異常報警引起運維人員注意。采用匹配算法運算速度決定檢測所需時間，匹配圖片需用時4 s，巡檢中運算在機器人行使中完成，相同圖片中包含多個設備，停靠點拍攝圖片包含設備多，每個設備檢測識別時間短。可以保證圖像設備準確性，適用于多個設備實時匹配檢測。

機器人云臺安裝可見光攝像頭，便于不同距離設備拍攝照片。紅外熱像儀焦距較長，在可見光攝像頭位于較短焦距時，紅外熱像儀拍攝圖像處于可見光拍攝圖像中間。紅外圖像得到匹配，攝像頭并排安裝，拍攝圖像存在微小角度差異。圖像匹配時需進行調整，最后結果誤差由于運算產生，對設備檢測得出溫度數值準確。建立圖片庫考慮涉及環境因素，機器人在任何天氣下拍攝圖片可與圖片庫對應標準圖片匹配。

3 變電站設備聲音采集分析

當前變電站運行主要靠運維人員現場巡檢，很多設備需工程師通過聲音判斷是否異常，人工檢查方式存在巡檢人員安全與巡檢效果問題。人工巡檢效果不穩定，聲音識別可以協助人工巡檢，變電站內設備運行聲音穩定與故障聲音存在差異，電力巡檢機器人平臺搭建聲音識別功能，協助變電站無人值守實現安全巡檢。聲音識別技術應用可以有效檢測變電站設備異常聲音，消除人員工作為先。后臺軟件可實時接收分析音頻數據，保證巡檢質量。

矢量化是重要的模式分類法，可以對待識別者加墨，用LBG算法對語音特征模式聚類，尋找測試語音平均最小量化失真距離。可以將變電站設備運行聲音特征提取，待識別聲音特征與聲音庫特征不符，則認為設備異常。在LER3000程序巡檢數據界面，巡檢采集設備音頻信息顯示音頻。功能檢測設備異常聲音發出警報。音頻訓練是聲音識別的前提，將設備運行聲音采集訓練得到特征庫。音頻識別根據待檢測聲音特征對比得到識別結果。聲音識別功能在高抗設備異常聲音識別中得到良好效果。目前集成在LER3000機器人程序中，對變電站無人值守模式起到積極作用。

4 智能機器人巡檢系統應用效果

變電站工作中需對設備定期巡檢，運維人員主要通過視聽嗅覺等人體觀感巡檢，可以看出設備有無漏油情況，夜間閉燈查看設備是否存在發光現象;刮風時需檢查線路擺動情況，通過與設備外殼接觸檢查設備是否正常工作。如觸摸變壓器外殼檢查變壓器振動情況。設備發生故障前通常出現放電聲音，設備絕緣損壞散發異味。設備出現安全隱患有時無法發現，與巡視人員業務水平，工作經驗等有關。

在高壓惡劣氣象下，我國電力行業沿用人工巡檢方式，對人體有害，不能及時發現設備缺陷，給電網安全帶來隱患。智能巡檢機器人系統根據基站預設巡檢任務，利用機器人攜帶攝像頭完成工作，包括對設備紅外測溫等，及時發現設備發熱缺陷等異常。及時報警提醒運維人員注意設備異常，運維人員可查看基站后臺計算機生成巡檢報表，機器人工作按照程序設定執行，保證較高巡視質量。過去變電站值班方式為有人值守，值班人員負責變電站日常工作;無人值守運維一體化推行，變電站運維增加多項維修項目。變電站內設備巡視工作量增大，包括對站內設備紅外測溫工作，對無功設備投入測溫等。使用機器人巡檢系統可減少運維人員工作量。

為更好地使用智能巡檢機器人系統，站內制定巡檢機器人運行規程，對巡檢任務安排等各方面規范。使用機器人后變電站可見光設備巡視工作減少47.5 h工作時間，在設備巡視方面減少工作時間。通過使用智能巡檢機器人完成變電站設備巡檢，達到減少工作量的效果，減少不必要經濟損失。系統有點體現在準確度高、抗干擾性好等。經電力公司變電站使用表明智能機器人巡檢系統測得設備數據與實際數據對比具有很高準確度。變電站中電壓等級高，對設備運行造成干擾。系統實現實時檢測設備，機器人實時上傳拍攝可見光圖像，判斷設備工作狀態是否正常。

變電站智能機器人巡檢系統應用帶來顯著經濟效益，通過使用變電站智能機器人巡檢系統，完成設備儀表識別與無人值守模式結合。巡檢機器人在變電站運行發現多次設備發熱缺陷，保障電網安全運行。通過適用變電站智能機器人與巡檢系統減少每日巡視記錄設備數據工作;機器人代替人工檢測，值班人員不便在戶外活動可代替人工巡視。系統運行多次發現設備發熱缺陷及時報警，降低變電站經濟損失。使用智能機器人巡檢系統降低巡視人員大意等導致設備缺陷發展事故，減輕運維人員工作量。變電站在惡劣工作下影響工作人員積極性，采用智能機器人巡檢方式保證巡檢工作質量。

5 結束語

變電站智能機器人巡檢系統可實現安全檢測運行設備、監測工作溫度、相關故障警報異響等，提高工作效率，排除潛在設備缺陷。文章研究變電站中智能巡檢機器人，探討在變電站現場工作中的應用，介紹巡檢系統總體框架、移動站系統。詳細描述基站系統各模塊，LEP3000軟件操作方法。對變電站機器人巡檢系統設備模式識別介紹，總結系統優缺點，分析在變電站中應用產生社會經濟效益。使用系統提高設備巡檢工作質量，為無人值守變電站運行提供創新設備檢測方法。實際應用中存在一些不足，后期可將在線監測裝置數據整合到系統中，增加遠程控制功能，在通道處采取加高措施。

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