機器人巡檢系統在變電站運維中的應用

徐歡

國網江蘇省電力有限公司儀征市供電分公司 江蘇 儀征 211400

引言

變電站的智能自動化水平有了很大提高，機器人巡檢系統的應用也越來越廣泛，為數字化變電站的日常工作提供了很大的便利。機器人巡檢系統是電力特種機器人系列之一，主要用于手動完成變電站巡檢，路徑規劃是保證巡視機器人質量和效率的關鍵。變電站機器人巡檢系統用作新的巡檢作業手段，可以代替人工對設備進行巡檢作業，起到減員增效作用，保障了工作人員人身安全，具有廣闊的應用前景。隨著經濟的發展，智能電網的概念被提出，世界多國陸續開展了變電站機器人巡檢系統相關研究，并進行了推廣應用，提升電網智能化水平。

1 相關概述

機器人巡檢系統在特殊環境下取代人工巡檢，不僅提高了現場巡檢效率，降低了現場維護成本，還減少了人工巡檢的局限性、圖像處理和計算機視覺技術的應用，擴大了人工智能在電力產業等特殊高風險環境下的應用[1]。在變電站智能操作層面，使用機器人巡檢系統，運行過程中機器人固定云臺，安裝攝像頭，獲取變電站內要檢測的設備信息和周圍環境信息。利用圖像處理和人工智能技術，在特殊環境下分析和判斷目標狀態。 在變電站、重要機房場合等特殊環境中，智能巡檢機器人已經投入使用，對特殊環境中有關設備的智能檢測、故障判斷和周圍環境異常預警取得了良好的效果。基于單目視覺的機器人巡檢系統在巡檢過程中，機器人在行走與駐停時存在一定的導航和定位誤差，智能巡檢機器人機載云臺也存在一定的轉動誤差，導致機器人要巡檢的目標偏離攝像機成像的視野中心，嚴重情況下造成目標完全偏離像機成像視野范圍，無法對要檢測的目標成像，給后續目標的智能檢測和設備故障預警判斷帶來一定困難。 機器人巡檢系統負責對高清視頻巡檢盲區進行巡檢并對目標間隔內設備進行紅外測溫，主要進行目標間隔內中、高處設備的外觀檢查及紅外測溫，重點覆蓋主變壓器上方平臺附屬設備、龍門架懸式絕緣子等設備。機器人巡檢系統還能針對人工巡視薄弱點開展避雷針、絕緣子、半高層等站內高處設備頂部周期性專項巡視、發熱專項紅外測溫等。

2 機器人巡檢系統問題

現階段，機器人巡檢系統顯示，基站系統和智能巡檢機器人大量使用無線網橋進行通信。在供電過程中，如果無線網絡受損或停用，機器人巡檢系統將無法使用，淪為裝飾品，穩定性差，安全性能差，難以滿足變電站網絡運維安全需求。同時，巡檢機器人在工作過程中發現設備問題時，會將設備數據發送到終端，使工作人員容易理解。在這個過程中，如果遇到下雨潮濕的空氣或大霧天氣，很容易引起變電暈車，會出現強大的電磁干擾機器人車輛通信系統，導致傳輸變慢、傳輸中斷或傳輸視頻不清晰，從而貽誤最佳維修時間[2]。在實際應用中觀察發現，機器人巡檢系統續航時間一般為8h，充電時間為6～8h，一臺機器人巡檢系統完成一次變電站巡檢任務，至少需要花費3d左右的時間，巡檢耗時較長。而且，在巡檢過程中，變電站內設備應用多，智能巡檢機器人自身條件限制和安全距離約束，在巡檢過程中，存在一定巡查盲點，無法達到全面覆蓋的效果。例如，500kV的變電站智能巡檢機器人，其巡檢盲點一般為5%，巡檢效果有待提升。據了解，智能巡檢機器人總重量不低于80kg，長期工作工作中會對電纜溝蓋板造成較大負荷，導致電纜溝蓋板損壞，繼而使得巡檢機器人掉進電纜溝中，造成嚴重負面影響。探究原因發現，變電站管理人員缺乏機器人巡檢管理思維，以人工巡檢的思維和方式設置機器人巡檢路線和巡檢方式，導致機器人巡檢無法發揮其最大價值。

3 機器人巡檢系統在變電站運維應用措施

3.1 無人機巡檢數據交換統計工作

為了科學構建智能無人機變電站的智能巡檢系統，使用巡檢軟件實現與手持設備的數據交換更為重要。另一方面，掌上電腦在巡檢過程中的主要任務是履行指導、提醒、完成記錄和數據收集等功能。巡檢任務實施后，對現有任務流程的管理規范也將相應地根據流動性要求密切關注該流程的安全注意事項，并完成了相應的檢查情況登記表報告，使相關信息得以下到了實際工作開展過程中。巡檢管理軟件還需要實現與生產管理系統之間的數據交換，并接收工業生產管理所下達的巡查任務，甚至是審核意見等，其目的就是建立巡查方案、確定巡查目標，而所有環節的數據分析都必須借助增強無人機巡檢功能來進行完成。然后進行分析計算工作。智能無人機變電站每日巡查各項任務，或是各項任務順利完成的情況，都應當及時輸入在巡查管理數據庫當中，以進行實時記錄的檢查、并得到有關設備工作情況、人員巡查情況的各類報告，以便判斷設備的完好性，以及巡查人員的正常工作狀況。可見，做好上述方面的工作內容，對變電站及智能巡檢體系的建設，將會產生至關重要的影響，因此相關人員必須在這一環節中，傾注較多的鉆研精神。

3.2 三維全景可視化預警技術

變電站內三維空間的坐標是工作人員進行三維建模的位置基礎，三維建模是變電站狀態可視化的重要手段。可以用宏觀和微觀的方式建模。具體應用時，可以通過無人機設備拍攝建模對象、對圖紙建模的方式創建相應的宏模型。然后從微觀層面入手，建立典型設備的三維模型，形成可重復使用的模型庫。最后，結合布局圖最終確認相關設備的位置[3]。對于設備在運行期間可能出現的異常狀態，請單擊，可以利用遙測和遙視系統的反饋信息作為參考。如果出現異常情況，可以根據相關監控設備的位置及時掌握故障問題點，實現精準定位。遙視系統還可以與運維管理機器人配合，及時進行定向檢查及狀態確認。在這個過程中，可以確認設備外觀的破損情況，也能夠根據明火火勢及煙霧狀態識別設備狀況。隨著技術的發展，異常狀態識別和精準定位技術的可靠性還可以進一步提升，具備廣闊的發展空間。在變電站監控作業中，運動物體通常是指人員、物體或車輛。可以結合深度學習，對視頻中的人、物、車輛進行檢測和識別，并對其可能開展的后續動作進行分析。配合對象的運行方向，還可以實現全程化的軌跡跟蹤，一旦出現異常，即可以按照異常情況進行處理。

3.3 動態窗口法實現路徑規劃

在完成Dijkstra多目標避障路徑智能規劃模型的設計后，采用動態窗口方法實現機器人避障路徑的智能規劃。在機器人的識別程序中建立關聯窗口，創建動態顯示空間。根據機器人的運行區域，逐一校準異常位置。同時，通過動態窗口將相關的數據信息傳輸至控制系統程序之中，便于管理人員及時查看維護。但是這部分需要注意的是，動態窗口法對于機器人的路徑的規劃并不受到限制，所以覆蓋的范圍也會更大一些，更加有利于路徑的智能規劃處理，以此完成數字化變電站巡視機器人避障路徑智能規劃。對比于傳統插補軌跡路徑規劃測試組、傳統融合視覺路徑規劃測試組，本文所設計的Dijkstra多目標避障路徑規劃測試組最終得出的路徑智能規劃耗時均控制在了較低的水平，基本保持在1.4s以下，說明本文方法應用后，機器人對于障礙物的識別速度較快，路徑規劃的可靠率較高，實際應用效果較好。

3.4 建立機器人巡檢系統責任化

建立全面范圍、準確、可靠、及時、高效的機器人檢查系統應用概念，并以此為管理應用目標，合理設置巡檢路線、巡檢位置，確保檢查數據采集得到全面應用。同時，加強電氣設備管理，完善管理體系和流程，設置專業維護崗位或部門，確定工作范圍和責任，進行定期維護、缺陷管理和設備測溫管理。為了保證全面覆蓋的實現，還需要建立變電站巡檢機器人驗收和檢查小組，對智能巡檢機器人和電力設備實行責任制和流程化管理[4]。例如，加強智能巡檢機器人日常跟蹤與排查，定期比對機器人紅外測溫數據和人工測溫數據，比對機器人拍攝圖像數據和設備儀器的讀表數據，確保智能機器人功能正常發揮；定期排查機器人巡檢系統運行，采用機器人巡檢數據和人工巡檢數據二次分析比對的方式測定其運行狀態，結合定期排查、整改等措施，確保工作人員全面掌握機器人巡檢系統基本功能及應用。并且，還要建立專門管理檔案，收集存儲系統在運行過程中遇到的諸多疑難問題，為后續修復管理提供資料依據。為確保機器人巡檢系統責任化、流程化管理效能，還需要加強管理人員和工作人員教育培訓。操作人員必須熟知巡檢系統和機器人基本功能、操作方法、應用規范和注意事項，還要充分掌握智能機器人故障特點和維修方式，能夠在第一時間發現問題、解決問題，最大程度發揮機器人巡檢系統工作價值，確保變電站安全穩定運行。

3.5 圖像自主采集技術

變電站巡檢機器人的一項非常重要的工作是在巡檢過程中收集常規電流表、電壓表、氣壓表、溫度計等儀表顯示數、變壓器套管等設備儀表圖像。因為大部分現場儀表出于成本和歷史原因都是現場指示儀表，沒有智能儀表的遠距離傳輸功能，所以檢查機器人需要通過計算機視覺讀取儀表顯示。儀器的數量不統一，是設備圖像采集過程中的難題之一，儀表示數有的是數字式的，有的是指針式的，并且每個變電站的工況不一樣，用的儀表種類也不一樣，即使是監控同樣指標的儀表，也存在不同品牌不同樣式情況，即使是同一個變電站的同一個監測點，也存在室外不同光照、巡檢機器人不同拍攝角度、不同程度的遮擋和模糊等情況，這給巡檢機器人實現儀表檢測和示數識別功能帶來了極大的難度[5]。對于儀表檢測來說，線聯檢測器是使用范圍最為廣泛、最為經典的物體檢測器之一。近些年隨著智能算法的發展，深度學習在物體檢測領域大放異彩，取得了長足的進步。

3.6 智能巡檢系統應用

根據國家電網有限公司變電站設備管理標準的特點，運營經理在檢查設備過程中需要通過的檢查程序很多，出現缺陷問題后也需要進行設備輸入、注冊、報告等檢查工作。這要求測試人員執行測試任務，因此測試結果具有反饋特性。這個流程當中可能會牽扯到幾個政府部門，許多有關人員，不過實際管理工作過程還是必須按照規范的程序進行管理工作。對于智能巡檢系統設備巡查、檢測的全部步驟以及操作，都將可以進行順序控制，如此就可以真正地做到了運行巡檢、設備檢測等的所有工作環節，進而使各個環節的管理工作展開，都可以呈現出智能、規范性的特征，進而促使管理工作到達了最優化的工作狀態。

4 結束語

在變電站運行自動化背景下，基于巡檢機器人的視頻監控系統能夠手動完成變電站運行條件的實時采集、智能分析、遠程操作，對提高變電站運行效率、及時發現和故障處理等具有重要價值。目前變電站巡檢機器人上搭載了多種傳感器，通過自主導航、環境感知等多項關鍵技術，實現智能自主巡檢。變電站巡檢機器人還有極大的發展前景，市場遠未飽和，但還存在一些亟待解決的技術難點。