基于500kV變電站可視化智能巡檢的措施

國(guó)網(wǎng)湖北超高壓公司荊門運(yùn)維分部 李佩瑤 陳 晨 郭 蓉 劉 琪 湖北省超能電力有限責(zé)任公司荊門分公司 朱 凡

智能巡檢隨著用電需求日益提升，變電站建設(shè)數(shù)量也隨之增加，日常巡檢作為變電站運(yùn)維工作中的重要環(huán)節(jié)，其中可視化智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以減少相關(guān)人員工作量，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行過(guò)程中潛在故障，切實(shí)提高變電站巡檢工作效率和質(zhì)量。

1 可視化智能巡檢技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

變電站智能巡檢機(jī)器人所處工作環(huán)境具有一定未知性，其中智能導(dǎo)航定位功能實(shí)現(xiàn)則是可視化智能巡檢機(jī)器人在500kV 變電站運(yùn)維工作中有效應(yīng)用的關(guān)鍵要素，直接關(guān)系著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的智能巡檢機(jī)器人是否可以按照定位路徑完成自主運(yùn)行[1]；因此，若要使智能巡檢機(jī)器人高效完成巡檢任務(wù)，前提是其具有的導(dǎo)航系統(tǒng)必須具有良好的性能。智能巡檢機(jī)器人按照導(dǎo)航進(jìn)行自主運(yùn)行時(shí)，極易受到外部因素干擾而導(dǎo)致其位置、航向等出現(xiàn)較大偏差。智能巡檢機(jī)器人位置及航向偏差情況表現(xiàn)如圖1所示。

圖1 智能巡檢機(jī)器人位置及航向偏差情況表現(xiàn)

四輪八驅(qū)、四輪四驅(qū)、四輪兩驅(qū)是目前智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際導(dǎo)航中較為常用的驅(qū)動(dòng)模式。其中以四輪八驅(qū)為驅(qū)動(dòng)的智能巡檢機(jī)器人，是通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，具有轉(zhuǎn)彎靈活性好、輪胎磨損小、轉(zhuǎn)彎半徑大的特點(diǎn)；以四輪四驅(qū)為驅(qū)動(dòng)的智能巡檢機(jī)器人，是通過(guò)左右輪的速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，具有轉(zhuǎn)彎靈活性不足、輪胎磨損大、轉(zhuǎn)彎半徑小的特點(diǎn)；以四輪兩驅(qū)為驅(qū)動(dòng)的智能巡檢機(jī)器人，是通過(guò)左右2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪速度差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，具有轉(zhuǎn)彎靈活、驅(qū)動(dòng)輪胎磨損大、轉(zhuǎn)彎半徑小的特點(diǎn)，但運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性相對(duì)較差。

2 基于500kV 變電站可視化智能巡檢的應(yīng)用優(yōu)化

2.1 指令操作優(yōu)化

2.1.1 人機(jī)互動(dòng)

基于500kV 變電站運(yùn)維工作要求，優(yōu)化可視化智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用的前提，要對(duì)其指令操作進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其視頻錄制、啟動(dòng)關(guān)閉任務(wù)、手動(dòng)巡檢及銜接狀態(tài)等功能進(jìn)行逐一檢查，以保證人機(jī)互動(dòng)操作流程，實(shí)現(xiàn)可視化智能巡檢機(jī)器人自主執(zhí)行由變電站人工配置的巡檢任務(wù)。可視化智能巡檢機(jī)器人狀態(tài)檢查直接關(guān)系著相關(guān)指令操作的順利實(shí)施，就運(yùn)維人員而言，必須全面掌握對(duì)可視化智能巡檢機(jī)器人狀態(tài)連接檢查標(biāo)準(zhǔn)。因此，在自主執(zhí)行巡檢任務(wù)期間，根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化人機(jī)互動(dòng)操作，確保可視化智能巡檢機(jī)器人順利完成對(duì)500kV 變電站的巡檢任務(wù)。

2.1.2 查詢操作

巡檢數(shù)據(jù)查詢：可視化智能巡檢機(jī)器人在執(zhí)行500kV 變電站的巡檢任務(wù)時(shí)，通常是通過(guò)機(jī)器人上所安裝的高清攝像頭對(duì)各類表記數(shù)據(jù)進(jìn)行完整且準(zhǔn)確地讀取，再以拍照的方式對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息加以反饋。運(yùn)維人員要根據(jù)查詢數(shù)據(jù)內(nèi)所顯示的紅色數(shù)據(jù)，對(duì)當(dāng)前500kV 變電站運(yùn)行環(huán)境是否存在溫升越界的情況進(jìn)行判斷，以保證在執(zhí)行巡檢任務(wù)期間及時(shí)處理所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題。

報(bào)表查詢：可視化智能巡檢機(jī)器人在執(zhí)行500kV 變電站的巡檢任務(wù)時(shí)，運(yùn)維人員可以通過(guò)操作報(bào)表查詢指令，即可將查詢結(jié)果在系統(tǒng)界面中顯示，使變電站一系列設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)全面掌握，同時(shí)也便于運(yùn)維人員及時(shí)了解可視化智能巡檢機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)的實(shí)際情況[2]。機(jī)器人后臺(tái)巡檢管理系統(tǒng)可以在執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站接收機(jī)器人所傳送的圖像，再運(yùn)用圖像分析算法對(duì)接收的圖像中的信息進(jìn)行處理和讀取，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確地判斷500kV 變電站運(yùn)行狀態(tài)是否存在異常，而運(yùn)維人員也可以結(jié)合自動(dòng)生成的巡檢報(bào)告及時(shí)開展500kV 變電站運(yùn)維工作。

2.2 基于雙目視覺(jué)的巡檢路徑規(guī)劃

為更好地解決可視化智能巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中由于導(dǎo)航定位丟失而出現(xiàn)的一系列問(wèn)題，并進(jìn)一步提高500kV 變電站巡檢機(jī)器人的智能化水平及實(shí)現(xiàn)完全自主運(yùn)行，應(yīng)優(yōu)化可視化智能巡檢機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用性能，以減少各方面因素對(duì)其位置及航向的偏差影響，從根本上保證500kV 變電站的巡檢任務(wù)順利執(zhí)行。

2.2.1 巡檢地圖數(shù)據(jù)預(yù)處理

基于500kV 變電站的雙目視覺(jué)巡檢路徑規(guī)劃，先要預(yù)處理基礎(chǔ)的規(guī)劃環(huán)境，再初始化巡檢地圖數(shù)據(jù)。通過(guò)運(yùn)用Dijkstra 算法對(duì)變電站標(biāo)定的巡檢范圍進(jìn)行測(cè)定，在此基礎(chǔ)上完成最短巡檢路徑規(guī)劃。從以往可視化智能巡檢機(jī)器人實(shí)際工作情況來(lái)看，其中交通路網(wǎng)、通信路由等影響最短路徑規(guī)劃準(zhǔn)確性的主要因素；可在巡檢地圖中預(yù)設(shè)基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，最大限度地縮短各節(jié)點(diǎn)之間的距離，以保證500kV 變電站可視化智能機(jī)器人順利執(zhí)行巡檢任務(wù)。

在這樣陌生又陌生的環(huán)境里，周小羽把自己的老爸換了，常愛(ài)蘭把自己的老公換了。他們兩個(gè)又齊心協(xié)力把家也給換了，換到了嶺北鎮(zhèn)。但嶺北鎮(zhèn)還是陌生的。

2.2.2 三維雙目視覺(jué)巡檢路徑規(guī)劃模型建立

根據(jù)500kV 變電站的巡檢工作需求，建立三維雙目視覺(jué)巡檢路徑規(guī)劃模型，發(fā)揮雙目視覺(jué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使智能巡檢路徑規(guī)劃程序與相應(yīng)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向關(guān)聯(lián)，讓可視化智能巡檢機(jī)器人在雙目視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用支持下，增強(qiáng)自身的實(shí)際避障能力?；陔p目視覺(jué)的變電站巡檢路徑規(guī)劃指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基于雙目視覺(jué)的變電站巡檢路徑規(guī)劃指標(biāo)參數(shù)

結(jié)合表1數(shù)據(jù)，調(diào)整與優(yōu)化雙目視覺(jué)的變電站巡檢路徑規(guī)劃指標(biāo)參數(shù)，再利用專業(yè)設(shè)備分析與掌握500kV 變電站的巡檢路徑規(guī)劃需求，使可視化智能巡檢機(jī)器人的避障能力得到有效提升的同時(shí)，也能確保所規(guī)劃的巡檢路徑為最優(yōu)化[3]。

2.3 變電站智能巡檢多場(chǎng)景識(shí)別

2.3.1 智能巡檢場(chǎng)景識(shí)別模型建立

由信息融合的智能展示及虛擬與現(xiàn)實(shí)融合的智能操控這兩部分共同建立變電站智能巡檢多場(chǎng)景識(shí)別模型，以可視化載體綜合智能展示與智能操控為載體，滿足500kV 變電站巡檢場(chǎng)景識(shí)別的人機(jī)互動(dòng)與虛實(shí)結(jié)合的需求。智能巡檢場(chǎng)景識(shí)別如圖2所示。

圖2 智能巡檢場(chǎng)景識(shí)別模型建立

可視化智能巡檢機(jī)器人在500kV 變電站中應(yīng)用，需要在高精度的三維仿真場(chǎng)景中引入模擬機(jī)器人，以保證現(xiàn)實(shí)環(huán)境與仿真環(huán)境中機(jī)器人工作的協(xié)同性。機(jī)器人巡檢模塊利用雙目視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行距離測(cè)量并完成定位導(dǎo)航，再以人工智能與機(jī)器視覺(jué)為依托，滿足變電站可視化智能巡檢多場(chǎng)景準(zhǔn)確識(shí)別的需求。

信息準(zhǔn)確性與有效性是實(shí)現(xiàn)變電站智能巡檢與場(chǎng)景識(shí)別的關(guān)鍵要素，做好信息有效性判斷檢測(cè)工作尤為關(guān)鍵。導(dǎo)致信息失效的因素涉及多方面，以變電站中溫度信息有效性檢測(cè)為例；當(dāng)溫度傳感器存在故障時(shí)，分類溫度傳感器可能發(fā)生的故障，利用以下公式對(duì)其可能出現(xiàn)的故障模式進(jìn)行表示。

bjout（t）=xj或｜bjout（t）-xj｜=ζ 表示溫度信息恒定。

bjout（t）＞maxj或bjout（t）＜minj表示溫度信息超出正常范圍。

｜bjout（th）-bjout（th-1）｜＞Δ 表示溫度信息突變。

mj＞M 表示溫度信號(hào)振蕩。

上述公式中，t 為時(shí)間；xj與ζ 分別為常數(shù)和非常小的參數(shù)；bjout與Δ 表示第j個(gè)溫度信息實(shí)際輸出值和比較時(shí)間間隔中溫度兩跳變閾值；maxj為第j個(gè)溫度允許的最大值；minj為第j個(gè)溫度允許的最小值；th與th-1表示相鄰時(shí)間點(diǎn)h和時(shí)間點(diǎn)h－1間隔點(diǎn)；h 表示一個(gè)正整數(shù)；M 與mj表示允許的振蕩次數(shù)閾值和時(shí)間T內(nèi)第j個(gè)傳感器溫度值的振蕩次數(shù)[4]。在執(zhí)行巡檢任務(wù)期間，若有上述情況出現(xiàn)，則說(shuō)明溫度信息無(wú)效，此時(shí)運(yùn)維人員要結(jié)合機(jī)器人所反饋的信息開展變電站現(xiàn)場(chǎng)檢修工作，主要對(duì)通信鏈路進(jìn)行檢修。

綜上所述，處于運(yùn)行狀態(tài)下的變電站，由于受到各種因素影響而導(dǎo)致變電站內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障問(wèn)題時(shí)，即可通過(guò)智能巡檢多場(chǎng)景識(shí)別與信息有效性檢查掌握變電站內(nèi)一系列設(shè)備運(yùn)行情況，精準(zhǔn)定位故障所在位置，減少故障問(wèn)題對(duì)變電站可靠、安全運(yùn)行的影響，同時(shí)也能為運(yùn)維人員開展現(xiàn)場(chǎng)檢修工作爭(zhēng)取更多時(shí)間。

2.4 激光傳感器選擇

為了將可視化智能巡檢技術(shù)優(yōu)勢(shì)在500kV 變電站更好地發(fā)揮，合理選擇激光傳感器尤為關(guān)鍵；其中將3D 激光傳感器在智能巡檢機(jī)器人上進(jìn)行安裝，在一定程度上能夠減少周邊環(huán)境因素對(duì)執(zhí)行巡檢任務(wù)期間機(jī)器人定位精度的干擾影響。搭載激光傳感器的智能巡檢機(jī)器人不僅可以改善所具有導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)際情況，而且能保證巡檢任務(wù)執(zhí)行更加順利，解決巡檢機(jī)器人在實(shí)際導(dǎo)航中各種因素對(duì)其位置及航向精度的影響問(wèn)題。

2.5 機(jī)器人輪胎選擇

巡檢機(jī)器人的輪胎及輪轂的問(wèn)題，是造成可視化智能巡檢機(jī)器人在執(zhí)行巡檢任務(wù)期間出現(xiàn)定位失敗的主要因素，機(jī)器人在執(zhí)行巡檢任務(wù)時(shí)若因該原因出現(xiàn)脫軌情況，不僅會(huì)對(duì)巡檢任務(wù)執(zhí)行力產(chǎn)生較大影響，也會(huì)降低500kV 變電站運(yùn)維工作效率。因此，需要結(jié)合上述巡檢機(jī)器人轉(zhuǎn)向方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比數(shù)據(jù)，選擇合適的輪胎類型，如鏤空實(shí)心輪胎，無(wú)特殊要求盡可能不使用充氣類型輪胎[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于500kV 變電站，可視化智能巡檢技術(shù)的應(yīng)用，不僅解決了傳統(tǒng)巡檢工作中存在的問(wèn)題，又能替代人工操作完成各類型關(guān)于變電站的運(yùn)維工作，如一次設(shè)備巡檢、紅外測(cè)溫等，減少工作量的同時(shí)，也極大地提升了500kV 變電站運(yùn)維工作效率。