巡檢機器人在變電站運維中的應用

蔡志全，張 晶，邢婷婷

（唐山工業職業技術學院，河北唐山 063200）

引言

變電站作為電力樞紐站，不僅是電力電氣設備的中心，還是電力能量的轉換站，所以在供配電系統中占據著重要的地位。常規變電站的點巡檢工作由變電站值班員負責，因不同值班員的業務能力、責任心等存在著差異，這樣不僅會因人為因素的存在造成點巡檢標準執行不統一，還會造成漏檢、錯檢現象的發生，所以最終呈現的點巡檢結果會出現誤差甚至是錯誤。

隨著智能變電站技術的不斷發展，變電站的運維管理模式也發生了變化［1］，無人化是變電站發展的大趨勢。為實現變電站的無人化管理，巡檢機器人的應用使得問題得到了解決。使用巡檢機器人不僅能夠克服人為點巡檢存在的諸多弊端，還能夠解放人力資源，豐富點巡檢內容，為變電站無人化實現提供解決方案。巡檢機器人的使用，還可以實現信息的實時上傳與共享，所以采用巡檢機器人有明顯的優勢。

1 變電站巡檢需求

變電站巡檢工作以站內一次設備為重點對象開展，主要巡檢設備有：變壓器、隔離開關、斷路器、互感器、避雷器、母線、電容器、電抗器等［2］，其主要目的就是通過巡檢及時發現設備缺陷，以避免設備狀況的進一步惡化。巡檢任務主要有表計信息的抄錄，狀態指示信號的識別，設備本體放電和溫度檢測，變壓器油位讀取，設備運行噪聲辨識，設備外觀檢測，隔離開關和刀閘位置檢測，環境溫度濕度檢測。

機器人代替人工進行巡檢，應具備人工巡檢所具有的基本功能，能夠精準地對設備進行“望聞問切”。巡檢機器人首先要有自主導航功能，根據預定軌跡移動或自主規劃移動路徑，在移動過程中準確地識別被檢設備與障礙物；其次，巡檢機器人可針對被檢設備的刀閘、斷路器位置、觸點溫度、局部放電、儀表顯示、運行聲音及振動等狀態進行監測與掃描及信息提取；最后，巡檢機器人能夠實現良好的人機互動，具備豐富完善的信息框架，可實現巡檢全過程的智能化管理，支持實時數據在線分析與決策處理。巡檢機器人將所采集信息進行歸納整理，能夠依據設定的報警等級進行相應的報警顯示，還可方便地將信息上傳到上級平臺。

2 機器人系統架構

智能巡檢機器人系統整體由巡檢機器人本體及后臺監控系統組成（見圖1），從下到上共分為三層：終端層、基站層和集控層。

圖1 巡檢機器人系統架構

終端層由智能巡檢機器人、機器人配套充電室和固定的檢測點設備組成。該層是整個系統的最底層也是最重要的部分，借助機器人完成各項預定指令。根據巡檢內容的要求，巡檢機器人可進行精準定位，還能夠完成現場設備識別，狀態量采集和通信等。終端層的機器人充電室能夠實現巡檢機器人的自主充電工作，現場的監測點設備為變電站現場管理提供在線視頻支持。

基站層由機器人后臺監控系統、硬盤錄像機［3］、防火墻及基站系統和部分外部系統組成，該層負責終端層與集控層的信息傳遞與交換。該層主要為機器人和其他平臺提供數據交換功能，是重要的通信橋梁，將機器人采集到的各數據信息進行運算處理，以及數據加密處理上傳到集控層。

集控層為遠程集控管理，提供可視化的管理的終端平臺。該層主要為運維管理團隊提供良好的數據接口，在該層可以實現點巡檢數據等信息的顯示，報表導出，提取報警信息等。

3 巡檢機器人功能

變電站巡檢人員的日常點巡檢工作依據點巡檢標準進行，遵循巡檢周期、時間、路線、項次等內容要求。使用巡檢機器人代替人工，機器人也必須具備人工點巡檢的功能，借助智能化高科技手段的優勢豐富巡檢。

3.1 自主導航及多巡檢模式

變電站巡檢機器人具備全天候巡檢功能，集成激光雷達、深度相機［4］和超聲波傳感器等，實現點巡檢過程中的精準定位、智能導航和立體避障。機器人具備自主巡檢、定點巡檢和遙控巡檢功能，運行人員選擇具體設備進行點巡檢時，機器人能夠自動優化巡檢路線。巡檢機器人可在惡劣環境下有效地開展點巡檢，借助路徑規劃和避障功能確保設備以及人員的安全。當變電站因檢修施工等環境有變化時，機器人能夠自主學習與校正，實現外界變化對全局的影響最小化。機器人能夠實時監測電量情況，根據續航情況實現自動充電，以滿足日常的工作可以在無人化前提下進行。

3.2 局放及紅外檢測

巡檢機器人搭載暫態低電壓檢測、超聲波檢測傳感器、熱成像儀（見圖2）和拾音器，實現設備的一體化檢測，準確識別變電站內配電柜的局部放電現象，生成設備的紅外成像信息，拾取設備的運行聲音數據，針對異常檢測信息和故障信息進行報警。

圖2 紅外熱成像圖

機器人伸縮機械臂具備升降功能，可將搭載的檢測設備提升至高處的觀測點，實現全程無死角檢測。

3.3 儀表及開關狀態識別

巡檢機器人搭載有高清攝像機，通過圖像處理算法對站內配電柜上的各類儀表識別、捕捉，可以對指針式儀表、數字式儀表等全部實現自動識別，并提取有效的狀態信息。該相機還對變電站設備上的指示燈、刀閘位置指示、運行工作狀態指示等信息進行采集，捕捉到的高清圖像通過圖像處理算法實現自動識別。

3.4 環境監測

巡檢機器人配備有多種先進數據采集傳感器，提供溫度、濕度、PM2.5、風速等多種變電站環境的數據監測，實時檢測變電站工作環境的安全隱患。

3.5 本地監控系統

巡檢機器人的日常管理、巡檢任務管理、實時監控、巡檢結果分析、用戶設置［5］、機器人系統調試維護、智能告警等功能由本地管理系統負責。

（1）機器人管理：機器人管理模塊主要為了實現一站多臺機器人之間的選擇切換，子功能模塊包括站內所有機器人。

（2）任務管理：包括全面巡檢、局部放電專項巡檢、自定義巡檢及任務展示功能模塊［6］。

（3）實時監控：包括巡檢監控和機器人控制功能。

（4）巡檢結果分析：包含巡檢結果瀏覽、巡檢報告生成、對比分析功能，見圖3。

圖3 巡檢結果瀏覽

（5）用戶設置：包含告警閾值設置、權限管理和巡檢點位設置功能。

（6）機器人系統調試維護：包含軟件設置、機器人設置功能。

（7）智能告警：根據設置的告警閾值，為用戶提供各種采集數據的異常狀況告警［7］。智能化告警，分級管理，多種上報方式可供組合選擇。

通過后臺瀏覽器網址進入機器人管控界面，進入實時監控里面的任務模式，在界面右側顯示為機器人實時監測圖像（見圖4），上面為可見光高清圖像，下面是紅外熱成像儀圖像。左側總體大致分為四層分別為：氣體檢測和紅外測溫實時信息、機器人本體模塊狀態、機器人地圖、實時信息和實時告警信息。

圖4 機器人的實時監控操作

4 結語

變電站巡檢機器人的使用，是推進變電站無人化的一項重要舉措。針對變電站點巡檢的智能化需求，變電站巡檢機器人必定會憑借其自身優點在電力行業中得到大規模的應用。雖然變電站巡檢機器人的推廣和使用切實提高了點巡檢工作的效率，能夠達到基本的使用要求，但是巡檢機器人的路徑規劃和圖像解析仍然存在定位不準，用時過長等問題，這也是今后研究的重點。在第四次工業革命的背景下，不斷涌現的各項新技術將融合到機器人及其管理平臺中，屆時將進一步提高機器人的智能化水平，為變電站提供更加安全可靠的服務。