智能巡檢機器人關鍵技術研究與應用

國網安徽省電力有限公司檢修分公司 彭明智 董翔宇 吳永恒

在變電站里，變電設備數量急劇增加，為確保設備的安全穩定運行，需要及時掌握關鍵二次設備及重要回路的運行狀態，離不開對各級小室內二次設備的巡檢，而這類巡檢工作長期存在日常巡視人手不足、人員素質參差不齊、數據記錄不規范不完整、缺陷發現不及時、應急響應時間長、運行維護成本高等痛點[1]。而且二次屏柜內部的巡檢點位，因線纜繁多、設備檢測手段缺失等原因，通常是巡檢盲區。

當前，人工巡檢是變電站內巡檢的主要技術手段，利用人體感官、長期以來積累的經驗以及大量的智能監測設備，巡檢人員進入到設備位置區對實際運行中的設備工作情況進行綜合評判，比如，基于繼電保護專業各種壓板的重要性，截至目前，其投退操作依然由人工現場手動完成，變電站內繼電保護專業操作仍然主要依賴工作人員的實際技術水平以及工作責任心，在這樣的實際情況下，目前現場巡視中存在的問題主要體現在以下四個方面：

設備巡視質量不高且存在漏巡情況、設備巡檢到位率虛高、設備巡視數據不是足夠準確且在記錄過程中存在失真情況；自然天氣、到站距離、車輛安排、人員安排等因素導致不能及時有效的跟蹤特殊重要缺陷且更不能及時準確有效的詳細記錄巡視結果，導致其不能被及時分析處理；實際情況中，由于變電站工作人員的技術水平、文化水平以及工作態度等方面參差不齊，在工作過程中有時僅僅憑借工作經驗來進行判斷，缺乏必要的準確的規范、標準來進行綜合參考。對于變電站現場運行規程，雖然各個變電站都具備，但是由于變電站工作人員對其理解及貫徹不夠深入，導致存在的問題較多，同時，由于巡視人員的工作經驗、心理素質、技能水平、生理狀態都處于不定態，極有可能發生設備漏巡以及錯誤判斷等情況造成事故隱患；由于設備信息較多，不同角度不同層面，而人工無法完全綜合分析，導致缺乏對變電設備運行狀態的全面感知[2]。

針對上述問題，研究室內機器人二次智能巡檢及應急關鍵技術，該技術是一種新型的變電站機器人室內二次設備的智能巡檢系統，以室內智能巡檢機器人為基礎，構建了以多數據源融合為基礎的智能變電站無人巡檢系統，主要從多數據源采集、智能分析、智能告警、自主識別等方面有效解決無人化智能巡檢過程中出現的關鍵問題，力爭實現高質量替代人工巡檢，大大提升巡檢可信度、精益度以及準確度，有效提升應急響應效率的目標。

1 原理簡述

變電站二次設備的巡檢，包括對保護、測控、時鐘等相關二次設備的定期、周期、應急響應巡視等，是國家電網檢修規程中的必備項，巡視周期通常根據變電站等級而定，一類樞紐變電站巡檢頻率例行巡檢每兩天不少于一次，專業巡視每月不少于一次一次，全面巡視每周不少于一次，熄燈巡視每月不少于一次，目前國內通過多種方式對這些設備進行巡檢，包括人工方式、PDA 方式等等，取得一定的效果，因為沒有巡檢內容的智能識別系統，同時存在屏柜內部的巡視盲區，并不能減輕運行人員的工作量[3]。

室內巡檢機器人是部署在屏柜上方軌道上行走的一種移動載體，通過借助紅外攝像頭、可見光攝像頭、拾音器等傳感器，按照預定設置對被巡視對象進行全數據采集，將之與固定攝像頭相比，在成本、靈活性和擴展性上具有無以倫比的優勢，與人工巡檢相比，具備數據記錄、巡檢頻次高、應急響應速度快的顯著特點。同時，室內相關機器人的陸續出現，證明了硬件上的原理可行性[4]。

1.1 屏柜后門自動控制系統技術路線

擬采用理論結合實際的方式開發部署，技術研究對象包括：屏柜后門開關原理性分析，并結合現場實際的屏柜門給出改造方案；改造設備供電方式，結合實際屏柜中的交流電流和直流電流，給柜門系統供電；通信方式，單個屏柜門控制單元如何與機器人或者巡檢系統通信；可用性、易用性研究，包括可控性、可追溯性、安全性等。

1.2 二次設備圖像識別技術路線

擬采用機器學習方式，對大量的設備（端子排、指示燈、數碼管數字（字母）等）不同狀態樣本進行特征提取和學習，關注單個目標的整體特征，訓練出目標檢測分類器和狀態識別分類器，進行目標定位和狀態識別，克服傳統算法對光線、目標本身缺陷等外部因素的局限性。以數碼管顯示為例，大概的技術路線包括收集樣本、機器學習、小數點和數字連接、矯正分割等步驟。

1.3 二次設備智能巡檢后臺系統架構路線

系統由站內巡檢后臺、軌道機器人、屏柜后門自動控制系統、通信網絡、以及站內SCADA 系統等其他系統信息源構成。系統采用開放式組合設計，各類巡檢終端及站內其他系統的信息源均是系統的功能模塊，可按需選擇組合配置。主要功能包括：

實時監控：實時視頻。巡檢后臺應能直觀的展示實時視頻，包括可見光視頻和紅外視頻；實時控制?？梢姽狻⒓t外、云臺、車體、任務控制；巡檢狀態。巡檢后臺可顯示智能巡檢機器人巡檢狀態信息，主要包括巡檢地圖、智能巡檢機器人巡檢實時位置、巡檢任務具體信息（包括，巡檢任務名稱、巡檢進度、當前巡檢點、巡檢點總數、已巡檢點數）等信息顯示功能；巡檢報文。巡檢后臺可顯示智能巡檢機器人巡檢報文信息，包括最新報告、告警信息、巡檢信息，其中，告警信息可分為一般告警、嚴重告警以及危急告警，用不同的字體和顏色代表不同的告警級別，雙擊報告信息、巡檢信息、告警信息可查看詳細內容。

任務管理：巡檢方式。巡檢任務能在巡檢后臺快速生成，包括例行巡檢、特殊巡檢、專項巡檢、全面巡檢以及自定義巡檢等巡檢任務，任務被下發后，智能巡檢機器人能夠按照任務流程執行巡檢操作，在工作任務執行完畢后，返回預定地點就行充電；任務執行方式。巡檢后臺任務編輯提供立即執行、定期執行和周期執行三種任務執行方式；任務展示。制定的巡檢任務能以日歷與月歷相互結合的方式展示出來，任務狀態不同，展示顏色不同，具體任務狀態包括等待執行、正在執行以及已執行。

巡檢結果查詢分析：報告查詢。巡檢后臺能查詢歷史報告列表信息，并能查看報告中的詳細巡檢信息；任務查詢。巡檢后臺能查詢歷史巡檢任務列表信息，并能查看任務中的詳細巡檢信息；設備查詢。巡檢后臺能按設備樹查詢某一巡視點的歷史巡檢信息，其中設備樹篩選包括按區域、間隔、設備類型、巡檢方法、巡視點類型等；詳細巡檢信息查詢。巡檢后臺能查看巡檢的詳細信息，包括巡檢任務、巡檢類型、巡檢結論、原始數據、巡檢圖片、巡檢效果圖、歷史巡檢結果等；設備告警確認；自定義報表分析。巡檢后臺具備自定義報表分析功能，可通過設備類型、識別類型、設備區域、時間段、設備樹模糊篩選以及表計類型選擇等查詢條件進行搭配設置，生成不同需求所需要的不同報表內容；數據分析。巡檢后臺具備自定義巡視點篩選，查看對比趨勢圖的數據分析功能。

用戶設置：用戶設置模塊主要實現巡檢點位設置、典型巡檢點位庫維護、權限管理以及具體檢修區域設置等不同功能；系統調試維護：系統調試維護模塊主要實現對系統的運行參數設置、地圖編輯、時間同步、遠程重啟等。

2 系統結構及功能

智能巡檢系統由主站/巡維中心站、站內巡檢后臺、各類巡檢終端（地面輪式、掛軌式、固定攝像頭）、微氣象站、通信網絡、以及站內SCADA 系統和在線監測系統等其他系統信息源構成；主站/巡維中心站和站內巡檢后臺集成了巡檢專家診斷系統，智能巡檢終端根據需求可搭載可見光攝像機、紅外測溫儀、局放、聲紋采集器等非侵入式數據采集設備；后臺系統包括站端后臺系統、主站/運維中心站系統，采用一體化設計原則，功能、界面風格保持一致。

基本巡檢功能如下：實時監控（機器人實時監控、機器人遠程控制、全站監視）-任務管理（全站巡檢、專項巡檢（硬壓板專項巡檢、指示燈專項巡檢，抄表專項巡檢、轉換開關專項巡檢、位置狀態專項巡檢、自定義專項巡檢）、例行巡檢、特殊巡檢、缺陷跟蹤、地圖選點（巡檢地圖選點、按屏柜選點）、自定義任務）-巡檢數據分析（巡檢結果查詢確認（按歷史任務查詢、按歷史報告查詢、按設備查詢、巡檢結果顯示、巡檢結果確認）、巡檢結果對比分析、歷史曲線對比分析、巡檢報告生成）-用戶設置（設備臺帳管理、專家診斷管理（智能聯動管理、告警定制管理、專家診斷模型管理）、權限管理、檢修區域管理）-調試維護（巡檢地圖維護、機器人告警查詢、軟件設置）。

系統采用開放式組合設計，各類巡檢終端（如關鍵點位安裝固定攝像頭）及站內其他系統的信息源均是系統的功能模塊，可按需選擇組合配置。系統具備接入多源數據系統的能力，例如，它能夠接入輔助設備站端監控系統、主設備監控系統聯動信息等，并與系統數據進行分析比對，為專家診斷提供數據支撐。典型的接入信息如下：保護等安全自動裝置的動作信號；保護、測控類裝置的壓板信號；測控裝置的電流、電壓有效值數據（值、相位）；測控類裝置的開入信號；其他必要的信息。

通過獲取SCADA 在線數據，如有設備狀態發生異常，本系統獲取到這些異常信號，即可觸發智能巡檢終端對相關設備屏柜進行相關的專項巡檢。

3 巡檢效果

可見光巡視：智能巡檢終端巡檢變電站內保護小室、通信機房、開關室、配電房等戶內一次/二次設備或設備上安裝的各類可視的狀態展示界面，如硬壓板、指示燈、數碼管、轉換開關、儀表讀數等。同時選配二次屏柜后開門控制系統，當巡檢終端需要巡檢該屏柜時，給該屏柜發送開門信號，相應屏柜會自動打開柜門，即可對二次屏柜背面內部元件進行紅外測溫、電纜破皮檢測、端子排連片連通狀態檢測、光口密封狀態檢測、號牌完整性檢測，相應指示燈檢測等。

紅外測溫巡視：智能巡檢機器人可對室內/屏柜內必要的紅外巡檢點進行巡視，如小室內裸露的線纜、觸頭、屏柜后端子排線纜等。室內環境監測：巡檢系統支持小室內環境監測功能，監測對象主要包括溫度、濕度、煙霧、一氧化碳、二氧化碳、六氟化硫檢測、臭氧等。

綜上，該技術適用于變電站各類小室、配電房、開閉所等相關場所，消缺二次系統的巡檢盲區，有效的解決站內二次系統的全覆蓋巡視，進一步提升巡檢作業精益化，并大幅度提高應急響應速度。同時該系統的圖像識別技術屬于通用類技術，可廣泛適用于各類需要圖像識別技術的場所，包括變電站、配電房、輸電線等需要圖像識別的領域，運用人工智能技術，可有效的解決圖像智能分析識別的問題。此外，隨著國產芯片二次設備的進一步推進，國產芯片的大功耗導致的發熱趨勢監測分析也是一個較好的應用點。