中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司 李志強(qiáng) 喇元 劉旭 王頌 張欣

1 實(shí)施背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)和矛盾，不斷增長(zhǎng)的電網(wǎng)規(guī)模和相對(duì)緊缺的人力資源存在矛盾，電力供應(yīng)高可靠性要求和電力設(shè)備定期停電檢修之間存在矛盾。依靠簡(jiǎn)單加大資金、人力投入的發(fā)展模式難以滿足新形勢(shì)下國(guó)家對(duì)電力行業(yè)的要求。因此，積極利用機(jī)器人、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代技術(shù)手段，發(fā)展智能作業(yè)，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率，提升供電可靠性，降低成本是未來(lái)10年公司的發(fā)展方向。

結(jié)合國(guó)家《中國(guó)制造2025》的戰(zhàn)略規(guī)劃和南方電網(wǎng)公司的實(shí)際情況，在變電設(shè)備運(yùn)維領(lǐng)域開(kāi)展智能作業(yè)是較為理想的選擇。一是，變電設(shè)備運(yùn)維領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用較為集中，設(shè)備自動(dòng)化水平、人員素質(zhì)相對(duì)較高，外部環(huán)境基本穩(wěn)定可控，開(kāi)展智能作業(yè)的條件較好；二是，變電站運(yùn)行、檢修、試驗(yàn)等專業(yè)運(yùn)維人員約占公司總?cè)藬?shù)的20%左右，主要從事定期巡視、倒閘操作、設(shè)備檢修等現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，是加班加點(diǎn)最為頻繁的群體，在此領(lǐng)域開(kāi)展智能作業(yè)可以有效提升勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度，具備開(kāi)展智能作業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求。

在各項(xiàng)智能化作業(yè)手段推廣和研究的同時(shí)，還需要開(kāi)展智能化作業(yè)關(guān)鍵基礎(chǔ)研究和智能化裝備的研究，來(lái)適應(yīng)作業(yè)方式的改變，為數(shù)據(jù)信息的良好交互與集成以及智能化作業(yè)應(yīng)用奠定實(shí)踐基礎(chǔ)，搭建智能化作業(yè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的有效集成，為智能決策分析、業(yè)務(wù)連續(xù)性保障、數(shù)據(jù)資源全面管理與利用提供有力支持。

2 智能化作業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 智能化作業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀

廣義來(lái)講，凡是能夠輔助人工進(jìn)行電力作業(yè)（運(yùn)行、維護(hù)、操作、檢修、試驗(yàn)）并應(yīng)用了信息化或智能化器件的技術(shù)都是電力行業(yè)智能化作業(yè)技術(shù)。目前在電力行業(yè)應(yīng)用的智能化作業(yè)技術(shù)主要包含電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)（EMS）、狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能變電站技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、智能穿戴技術(shù)、變電站駕駛艙技術(shù)等。

其中，機(jī)器人目前在電力行業(yè)的應(yīng)用主要有：核電站檢測(cè)機(jī)器人、輸電線路檢測(cè)與作業(yè)機(jī)器人（無(wú)人機(jī)巡線）、變電站巡檢機(jī)器人、電動(dòng)汽車換電池機(jī)器人、配電線路帶電作業(yè)機(jī)器人、地下電纜檢測(cè)機(jī)器人等，而應(yīng)用最廣泛也最成熟的是變電站巡檢機(jī)器人。

變電站巡檢機(jī)器人用于智能變電站、無(wú)人或少人值守變電站，代替或輔助人工全自主進(jìn)行設(shè)備巡檢，為變電站狀態(tài)檢測(cè)提供創(chuàng)新型技術(shù)手段。在國(guó)內(nèi)，自從國(guó)家電網(wǎng)在2005年期間完成了國(guó)家863項(xiàng)目交付的樣機(jī)（不具備現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)能力）之后，變電站巡檢機(jī)器人技術(shù)就開(kāi)始迅速發(fā)展。截至目前，前變電站巡檢機(jī)器人已經(jīng)經(jīng)歷了5代產(chǎn)品，技術(shù)相對(duì)趨于成熟。在導(dǎo)航方式上，由磁軌導(dǎo)航（有軌）方式發(fā)展到2D激光SLAM導(dǎo)航（無(wú)軌）方式，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軌自由巡檢，并開(kāi)始3D激光導(dǎo)航方式的研發(fā)；在任務(wù)規(guī)劃上，由通過(guò)到達(dá)定點(diǎn)讀取RFID標(biāo)記獲得任務(wù)繼而進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不具備任務(wù)規(guī)劃能力發(fā)展到具備任務(wù)規(guī)劃能力，無(wú)需通過(guò)RFID標(biāo)記獲取任務(wù)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)自由化；在環(huán)境感知與控制上，在2D激光導(dǎo)航基礎(chǔ)上加裝了防跌落傳感器提高了環(huán)境感知能力；在數(shù)據(jù)采集上，主要以可見(jiàn)光和紅外為主，基本無(wú)變化，但在分辨率、智能算法和紅外溫度歷史比對(duì)等方面進(jìn)行了全面優(yōu)化，并提高了數(shù)據(jù)采集的精度；同時(shí)在其他功能上，逐步加入了電源管理模塊、雙向?qū)χv、近距離超聲避障、音頻采集等功能。

目前的主流機(jī)型均搭載紅外熱成像及可見(jiàn)光傳感器，可對(duì)變電站設(shè)備開(kāi)展紅外測(cè)溫、進(jìn)行表計(jì)讀取等日常巡檢，輔以鏡子、固定攝像機(jī)等方式，提高了變電站設(shè)備巡檢覆蓋率。紅外測(cè)溫方面，機(jī)器人基本可以取代人工測(cè)溫；表計(jì)讀取方面，非指針式和安裝角度不佳油表油位讀數(shù)仍然難以解決，而針對(duì)一般表計(jì)，在表盤無(wú)積污、拍攝角度無(wú)反光的情況下，準(zhǔn)確率能達(dá)到90%以上；外觀缺陷檢查方面，仍然無(wú)法做到全自動(dòng)分析判斷，一般是人工事后復(fù)核并進(jìn)行判斷記錄，系統(tǒng)可在此基礎(chǔ)上自動(dòng)出具報(bào)表。通過(guò)機(jī)器人巡視和測(cè)溫，一能提高巡視和測(cè)溫的質(zhì)量，二能延長(zhǎng)人工巡視和測(cè)溫的周期。

除此之外，工作組對(duì)目前主要的智能化作業(yè)技術(shù)做了初步評(píng)價(jià)分析，以確定公司未來(lái)的推廣應(yīng)用路線。

2.2 智能化作業(yè)技術(shù)成熟度分析

表1 智能化作業(yè)技術(shù)初步分析與評(píng)價(jià)

3 智能技術(shù)推進(jìn)工作要求及目標(biāo)

3.1 推進(jìn)原則

推進(jìn)工作總體通過(guò)按照對(duì)“技術(shù)成熟、需求迫切”的技術(shù)推廣應(yīng)用；對(duì)“理論基礎(chǔ)成熟、應(yīng)用后成效明顯”的技術(shù)重點(diǎn)研究；對(duì)有“一定理論基礎(chǔ)，科技前沿技術(shù)”的技術(shù)前瞻性研究的分階段實(shí)施方式，實(shí)現(xiàn)檢修和試驗(yàn)工作的智能化。

表2 智能化技術(shù)推進(jìn)工作推進(jìn)要求

接上表

3.2 階段性目標(biāo)

1. 2016年底，完成智能作業(yè)領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃；完成變電站巡視機(jī)器人、輔助操作機(jī)器人等可以推廣應(yīng)用的智能化作業(yè)手段的引進(jìn)消化工作；對(duì)表2中重點(diǎn)研究課題進(jìn)行立項(xiàng)研究；初步建立智能作業(yè)專業(yè)組織機(jī)構(gòu)和人員隊(duì)伍。

2. 2018年底，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備軌道式巡視機(jī)器人覆蓋全網(wǎng) 220kV及以上電壓等級(jí)變電站；各分子公司完成“機(jī)器代替人”智能化作業(yè)示范變電站建設(shè)，可自主選擇至少一座220kV及以上電壓等級(jí)變電站進(jìn)行建設(shè)，建設(shè)內(nèi)容包括：變電站各區(qū)域間智能巡檢擺渡軌道、變電站無(wú)軌導(dǎo)航專業(yè)巡檢機(jī)器人、變電站機(jī)構(gòu)箱等箱體自動(dòng)化改造、變電站敞開(kāi)式刀閘智能化、電動(dòng)化改造、工業(yè)機(jī)器人變電站輔助作業(yè)應(yīng)用及智能頭盔等智能化穿戴設(shè)備的應(yīng)用；各分子公司電科院至少配備一套變電設(shè)備智能化綜合試驗(yàn)平臺(tái)；重點(diǎn)研究課題至少完成關(guān)鍵技術(shù)研究任務(wù)的60%；對(duì)表2中前瞻性研究的課題開(kāi)展需求分析、前期調(diào)研工作，以實(shí)現(xiàn)原理突破，形成可行性研究報(bào)告。

3. 2020年底，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備軌道式巡視機(jī)器人全網(wǎng)110kV及以上電壓等級(jí)變電站全覆蓋，初步達(dá)到對(duì)變電站內(nèi)50%的一次設(shè)備、80%的二次設(shè)備和80%的變電站設(shè)施開(kāi)展日常巡視；將“機(jī)器代替人”智能化作業(yè)示范變電站推廣至全網(wǎng)500kV變電站及220kV樞紐變電站，預(yù)計(jì)可降低全網(wǎng)變電站專業(yè)巡視工作量的30%以上，降低專業(yè)巡視人力資源成本的45%以上；實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備智能化綜合試驗(yàn)平臺(tái)覆蓋至各基層高壓試驗(yàn)班組，提高預(yù)防性試驗(yàn)作業(yè)效率60%以上，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員50%以上；重點(diǎn)研究課題完成工程樣機(jī)制備并開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用；前瞻性研究課題完成相關(guān)技術(shù)的理論儲(chǔ)備和技術(shù)分析，部分具備試制條件的課題可以開(kāi)展原理樣機(jī)或者工程樣機(jī)的制備。

3.3 總體目標(biāo)

2018年，完成示范變電站建設(shè)，實(shí)現(xiàn)示范變電站日常巡視和倒閘操作的無(wú)人化；全網(wǎng)智能化作業(yè)應(yīng)用率達(dá)到20%以上；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)綜合勞動(dòng)生產(chǎn)率提升20%以上，電網(wǎng)主設(shè)備管理智能化達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

2020年，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)110kV-500kV變電站日常巡視、專業(yè)巡視和倒閘操作無(wú)人化技術(shù)的推廣應(yīng)用；對(duì)已推廣應(yīng)用的智能化作業(yè)手段形成完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；通過(guò)重點(diǎn)研究形成的智能裝備達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用水平；形成一批具有高端智能裝備研制能力的專業(yè)人才隊(duì)伍；全網(wǎng)智能化作業(yè)應(yīng)用率達(dá)到50%以上；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)綜合勞動(dòng)生產(chǎn)率提升50%以上；電網(wǎng)主設(shè)備管理智能化達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。