變電站智能機器人巡檢系統的應用研究

中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 劉 剛

當前，傳統人工巡檢已無法適應變電站改革，設備的安全運行面臨著更大的挑戰，而智能機器人巡檢系統彌補了傳統巡檢工作中的不足，為變電站的安全運行提供了基礎保障。變電站為適應當前時代發展趨勢，正逐漸向“無人值守”趨勢過渡，在智能機器人巡檢系統的應用中，應依據變電站各項工作要求進行規范操作與維護，以此增強運行的安全性和可靠性，確保實踐與創新目標一致。

1 變電站智能機器人巡檢系統概述

1.1 巡檢系統的內涵

變電站智能機器人巡檢系統是科技發展的產物，其能夠以自動控制等方式來布置工作，由機器人執行相對應的任務，通過配合現代化技術拓展功能，所得數據信息可以傳輸到電網平臺中，準確找到安全隱患問題。機器人巡檢系統包括機器人本體、監控后臺、遠程集控、導航設施及其他輔助設施，應用傳輸技術、傳感技術、檢測技術等可以精準捕捉變電站信息，通過自動控制完成各項數據采集操作，按照管理標準優化巡查，將所采集的數據傳輸至運行監控后臺，確保工作開展的安全性和穩定性，有效滿足現階段電力工程建設的運行需求。

1.2 巡檢系統的特點

巡檢系統能夠按照預先設定好的路線完成工作，在抵達巡檢位置時自動停車探測記錄，完成規劃路徑之后返航并傳輸關數據，后臺可以直觀的了解到當前信息是否存在偏差[1]。智能機器人巡檢系統控制需要輔助模塊進行快速定位，如將無線遙控與通訊技術綜合在一起，從而控制機器人完成帶電操作。利用FFT原理識別噪聲，通過后臺自動生成曲線圖，在此過程中必須融入自檢功能，異常情況快速上傳至終端，分析當前所存在的故障信息，復雜地形可通過人工控制完成，通過完善的調配制度及管理制度節省消耗，最終順利達成巡檢工作預期目標。

圖1 變電站巡檢機器人

2 變電站智能機器人巡檢系統的功能

2.1 定位導航

變電站傳統巡檢以人工方式為主，不僅工作量繁重，且效率也并不高，存在一定的風險，而應用智能機器人巡檢系統則可以有效解決這一問題。基站系統層的由多個部分構成，可以采用PLC編程語言來規劃運動路線，在此過程中可以配合RFID完成數據信息采集，并在此基礎上應用視覺傳達器進行定位和導航，依據工作需求進行調整。為了精準掌握各設備運行實況，需要進一步完善運維管理工作，使其能夠安全穩定的運行，在檢查環節中分析設備實況，發現變電站存在問題后第一時間進行匯報，便于管理部門及時處理，有效杜絕風險問題的發生。

2.2 視頻分析

智能巡檢機器人可以對當前環境的情況進行視頻分析，配合可見光技術對各項設備運行狀態進行檢測，在一定程度上取代了傳統人工執行的方式，與“無人值守”創新目標一致。智能巡檢機器人可以綜合應用各類附加模塊，強化其功能與性能，進一步提高自身的應用性、時效性，滿足變電站巡檢工作的要求。視頻分析能夠精準地掌握各項設備的情況和具體位置，如在此過程中發現某一設備存在隱患問題，可以實時將信息資源傳輸到控制中心，隨后得出具體的故障類型、位置、影響程度等，有效避免因處理不當而造成較大的經濟損失。

2.3 噪聲診斷

為了確保變電站的長期穩定運行，需要對其內部開關、線路布置以及設備工作狀態等情況進行了解，根據后臺編程控制機器人的運作，搭配各類數據獲取設備精確收集當前變電系統的信息，保證信息交換與傳遞的有效性。在語音識別技術應用過程中，通過對其音質提升，最大限度提高噪聲識別的靈敏度，可為變電站后續診斷工作提供有利條件。同時，要考慮自身的智能化特點，打造出符合實際應用需求的變電站，為此在后續應進一步加大對智能巡檢機器人的研發，通過合理應用各類技術和設備進行相應的優化，從而有效滿足檢測需求[2]。

2.4 紅外測溫

變電站作為電力系統中的重要組成部分，其安全性和穩定性也備受關注，智能機器人巡檢需要融合多個組成模塊才能完成任務，在實際執行過程中可以通過交互獲取任務目標，為此系統設計過程中必須考慮整個項目的可擴展性，避免任務過程中數據異常而無法及時發現。同時，基站系統是控制中心，框架則是一種驅動方式，工作開展中應用智能巡檢機器人，只需對各設備運行狀態檢測，就能獲取到相應溫度，配合其他硬件與軟件系統對測溫后的數據進行處理，將運行中的固定標準作為主要依據，從而有效避免安全事故的出現。

3 變電站智能機器人巡檢系統的應用優勢

智能機器人巡檢系統在減少工作量、提高操作維護效率和異常設備應急處理等方面取得了重大進展，其應用優勢主要表現在以下方面。

3.1 節約成本

智能機器人巡檢系統作為智慧電子系統，靈活性高，可以根據當前變電站的實際情況進行調整，配合集成功能模塊拓展應用，按照設計師的意圖完成工作。在使用機器人前，需要做好相應的編程，使其能夠按照既定要求完成任務，檢測范圍應囊括整個電站的所有設備，合理應用能夠將工作時間減少到約 100個人工時，不僅縮短了時間，且節約了大量的勞動力成本。

3.2 提高效率

智能機器人巡檢系統投入使用，可以有效提高相關工作開展的效率，如機器人通過測量紅外溫度來分析每個設備的實時溫度分布，通過自動控制系統軟件對數據進行獨立分析，縮短遠程視頻和處理的時間。同時，由于人工方式進行數據分析往往耗時多且誤差大，為此可以通過配合智能機器人巡檢系統提高統計分析的準確度，精確收集設備當前的實際信息，結合當前實際情況定位缺陷。

3.3 拓展功能

智能機器人巡檢系統的拓展功能性較強，其可以通過搭配不同技術與設備完成相應的工作，實現油位、SF6氣體密度、避雷器泄漏電流、數據讀取、超限報警等，也可以檢測出設備斷裂破損、運行異常或缺陷問題，利用可見光設備位置自動識別功能實現對倒閘操作過程中全程遠程監護。在此基礎上，通過紅外儀檢測全部戶外一次設備發熱情況，可以配合人工實地考察以保證工作效果。

4 變電站智能機器人巡檢系統的模塊應用

4.1 運動模塊

運動模塊是帶動智能機器人運行的核心，可以選取TMCM-1161控制器控制步進電機，高轉速可達15000r/min，最大電流19A，減速機減速比為15∶1，實際應用中控制方便，可配合輪轂轉向模塊選取轉向。

4.2 主控模塊

控制系統是機器人行動的核心，以STM32f407系列控制芯片為例，其具有運行速度快、存儲空間大、連接串口多等優點，連接功率放大器部分在功率放大器模塊中執行，可有效滿足機器人的復雜控制需求，減少各項功率消耗[3]。

4.3 通信模塊

通信模塊的主要作用是收發數據信息，根據現場情況向控制模塊發出模擬信號，控制相關電機運行，發送與接收可以采用通過網絡配合衛星的方式來擴大信號覆蓋面，擺脫PC電腦主導的控制模式，避免信息通信效果不佳。

4.4 采集模塊

采集模塊的功能在于對信息參數進行收集和整理，實時察看接收機的各項運行數據，配合故障報警、故障定位、故障處理等，且能夠對各類狀態信息及時進行動態更新，以此保證機器人在運行過程中的安全性和穩定性。

5 變電站智能機器人巡檢系統的設計

5.1 基站控制系統層

基站控制系統層包括了多方面的內容，在機器人的實際應用的時候，對機器人的行駛進行操作，控制可以在鍵盤和鼠標等基礎上完成，在這一過程中可以自由設定相應的巡視時間，所需執行的主要任務包含紅外檢測、圖像獲取、數據傳輸等，切實保障變電站的實際運行效果。在智能機器人的巡檢系統處理中，可以配合遙控功能實現自由操作，在此過程中的各項信息可以儲存至數據庫中并做好分類與記錄，巡視記錄分析后可以得出最終結果，為后續的工作開展提供支持。為實現智能巡檢機器人統一管控發展目標，需要設定統一的接口規范，對其服務接口進行控制，增強智能巡檢機器人運行可靠性。查詢模塊可以即對儲存的信息進行調取，將數據進行整理和備份，相關的紅外圖像或圖表、線形圖等則需要借助計算機進行準確分析，避免因數據異常而導致后續工作無法順利進行。

5.2 移動站系統層

移動站系統中的組成部分較多，主控計算機系統在智能機器人的實際應用的時候，需要進行實時全方位和多功能的操作處理，對這些信息內容有效分析。導航定位系統則需要配合傳感器，跟蹤地面機器人的運行軌跡，配合動力系統完成具體操作，經對產品進一步開發，把監控管理軟件設置在集控子站系統中，系統可各級產品類型、生產廠家等進行統一化管理，保證系統中的管理軟件與硬件自由切換，為智能巡檢機器人正常運用奠定良好基礎。電池和電源管理器等相關內容，主要是為機器人提供基礎，促使電池得到合理配置和管理，在移動站系統層中的檢測采集系統下，核心目標放在服務交互數據格式方面，考慮標準數據接口規范能與多個智能巡檢機器人交互、控制，對攝像機以及紅外熱像儀等設備提供依據，從而保證機器人實際運行能夠滿足變電站的需求。

6 變電站智能機器人巡檢系統的改造與開發

6.1 改造

考慮變電站創設要求越來越高，其自身智能化特點、技術水平等也發生顯著變化，為保證智能巡檢機器人能滿足現代化變電站運維工作開展需求，還需在智能巡檢機器人設備改造方面引起重視。以“小型化”為目標，擴大其工作范圍與應用領域，保證在不同環境下，各類智能巡檢機器人均能正確充電與運用。智能巡檢機器人可依據充電任務自動識別及選擇相應的模式，便于其在實踐運用中有較強的靈活性，且可以降低產品綜合成本，包括投資成本、產品體積、重量等。在此基礎上，需要進一步提高智能巡檢機器人集成度，在改造階段以驅動轉向結構為主，提升變電站運維技術水平、工作效率，對變電站工作帶來積極影響[4]。

6.2 開發

在電站的運行維護方面，應用智能巡檢機器人能夠有效地提高巡視的數量和質量，及時地獲取到電站中的相關數據信息，并結合數據的具體處理結果來判斷電站在運行過程中產生的故障。智能巡檢機器人的開發工作需要考慮產品性能、功能、安全等方面，為此在對產品運用中需要了解監控系統文件、系統軟件等因素影響，規避應用過程中的風險問題。在服務接口管控階段，需要將集控子站系統作為主體，為滿足變電站運維工作各項需求，需在服務接口規范統一管理，做好路徑文件規范、巡檢作業流程、人物信息、地圖規范等，從而突出其特點與優勢，有效提升工作效率，以此確保其能夠與變電站運維工作開展相符合。

7 變電站智能機器人巡檢系統的應用成效

7.1 信息分析

智能巡檢機器人在變電系統運行中，必須設定相應的目錄，了解傳感器中的各類信息所代表的參數，避免與變電站使用要求不符。在智能巡檢機器人改造階段，要做好產品性能強化工作，強調障礙檢測、分析、避讓，設置超聲識別系統獲取信號，把路徑上存在的障礙物各項檢測數據反饋到控制中心中，由工作人員對障礙物及時清除，以此確保變電站運維工作有序實施。

7.2 溫度測量

人工巡檢工作方式已經無法滿足智能變電站運維工作實施要求，會受各項因素影響而引發安全問題，所產生的后果與影響程度均比較大。在智能巡檢機器人應用階段，要做好性能可靠性提升工作，保證巡檢中拍攝的圖像與標準匹配，通過改造擴增溫度測量的范圍，根據變電站運維要求提高其應用效果，增強變電站整體安全性、可靠性，在根源上杜絕設備故障問題發生[5]。

7.3 缺陷跟蹤

變電站運維工作中的缺陷跟蹤，考慮變電站各設備運行實況，依據巡檢環節中所獲取的信息數據，借助智能巡檢機器人對其缺陷跟蹤監視，再加上技術人員對設備性能、特點、工作內容等綜合探究，及時解決設備故障問題，從而保證變電站設備管理工作有效性。隨著智能巡檢機器人應用流程規范，能逐漸減少人員數量，降低變電站運維工作成本，從而提升整體工作效率。

7.4 夜巡工作

變電站內各電氣設備呈24h不間斷運行狀態，夜巡階段所面臨的影響因素更多，在智能巡檢機器人應用階段，要設置相應的照明系統，把夜巡階段所產生的各項信息數據及時傳輸、反饋，滿足智能巡檢機器人夜巡工作實施要求。為了能夠進一步提高數據獲取的精確度，實際執行中可以通過與電機之間的觸動來檢查電機情況析，并在系統中設定查詢的時間，提高夜間檢測的效果。

8 結語

隨著我國科技水平不斷提升，在變電站創建階段就提出了更高要求，為了能夠實踐應用中突出智能巡檢機器人功能，需要做好相應的改造優化，為其改造與開發提供基礎條件，最終顯著提升變電站巡檢工作質量與效率。