牛志華，石 炎

（1.鄭州路橋建設投資集團有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南工業(yè)大學，河南 鄭州 450001）

0 引言

作為電力系統(tǒng)供電與傳輸?shù)臉屑~，變電站的安全運行將直接影響國民生產(chǎn)與生活［1-2］。在電力系統(tǒng)運行過程中，很容易發(fā)生各種故障如損傷、發(fā)熱、漏油和異物等，而目前變電站中絕大多還是采用人工排查、檢測的方式進行巡檢，效率低、勞動強度大、檢測結(jié)果不準確等缺點給工作人員帶來很多不便［3］。

隨著技術(shù)的發(fā)展，利用機器人技術(shù)進行巡檢的需求日益強烈。通過介紹巡檢機器人的整體結(jié)構(gòu)、硬件組成、軟件功能及應用情況，表明在變電站中將機器人技術(shù)和巡檢技術(shù)相結(jié)合，可以顯著提升現(xiàn)有的工作效率，增強工作體驗，使變電站的維護、管理變得更加合理、規(guī)范，為變電站的運行提供更可靠的保證。

1 巡檢機器人組成原理

圖1 變電站巡檢機器人結(jié)構(gòu)

超特高壓變電站巡檢機器人利用導航定位技術(shù)，結(jié)合可見光攝像機、紅外熱像儀、超聲傳感器、磁傳感器等先進傳感器實現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃、自動充電、采集設備圖像等功能［4］，通過無線傳輸技術(shù)將所有信息與數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，利用圖像處理和模式識別等技術(shù)實現(xiàn)對設備熱缺陷、短路狀態(tài)、溫度檢測等情況的判別；對儀表讀數(shù)、油位計位置的識別。變電站巡檢機器人整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 巡檢機器人硬件組成

超特高壓變電站巡檢機器人系統(tǒng)主要分為主控模塊、電源管理模塊、運動控制模塊以及云臺檢測模塊。其硬件組成如圖2所示。

圖2 變電站巡檢機器人硬件組成

主控模塊由主CPU控制系統(tǒng)、繼電器控制組和散熱器組構(gòu)成，是機器人中樞神經(jīng)控制器，控制協(xié)調(diào)機器人各個系統(tǒng)，實現(xiàn)與上位機交換數(shù)據(jù)［5］。電源管理模塊包括高容量高功率聚合物鋰電池組，用來實現(xiàn)電池電壓、電流的檢測與保護。運動控制模塊包括大功率高速直流電機、驅(qū)動器、編碼器，通過接收控制器指令，驅(qū)動電機實現(xiàn)前進、拐彎、加速、停止等功能。云臺檢測模塊包括可見光攝像機和紅外熱像儀，監(jiān)測系統(tǒng)采用雙通道，其中可見光通道用于監(jiān)測設備視頻的可視化情況，紅外通道用于監(jiān)測發(fā)熱設備的熱溫度圖像。

1.2 巡檢機器人軟件介紹

超特高壓變電站巡檢機器人系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡建立起終端層與基站層的聯(lián)系，終端層負責接收數(shù)據(jù)和下達命令，基站層負責采集圖像與數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包括一鍵啟動功能、休眠功能、任務定制功能、定時器起停功能、設備歷史曲線查詢功能與巡檢數(shù)據(jù)查詢功能等。

一鍵啟動功能。在桌面建立了一鍵啟動快捷方式，如圖3所示。每次啟動軟件只需要雙擊一鍵啟動快捷方式，而且該步驟增加了守護功能。當軟件被誤關(guān)掉時，軟件會自動檢測進程，進程沒有的會自己啟動。

任務定制功能。根據(jù)站內(nèi)尋求，若臨時需要在一個周期時間內(nèi)檢測某一間隔設備，不需要創(chuàng)建特定任務。可以通過任務定制的方式，在任務定制的界面里創(chuàng)建需要巡視的設備。針對該任務下發(fā)配置，依次打開控制巡檢任務界面點擊任務定制，即可實現(xiàn)任務定制功能。任務定制功能如圖4所示。

圖3 變電站巡檢機器人系統(tǒng)啟動控制

圖4 變電站巡檢機器人任務定制功能

巡檢數(shù)據(jù)查詢與報表查詢。數(shù)據(jù)查詢。一鍵啟動軟件后，依次點擊分析巡檢數(shù)據(jù)選擇查找起止時間查詢，即可查詢到該時間段機器巡檢數(shù)據(jù)。

圖5 變電站巡檢機器人查詢功能

報表查詢。一鍵啟動軟件后，依次點擊分析報表查詢選擇查找起止時間選擇查詢報表的類型查詢，即可查詢到該時間段內(nèi)機器報表數(shù)據(jù)。任務巡檢報表界面如圖5所示。

2 機器人在變電站的應用

在電力系統(tǒng)運行的各類設備缺陷中，設備發(fā)熱缺陷已被定性為影響電網(wǎng)安全運行的重要因素。針對變電站的實際情況，介紹巡檢機器人在變電站的兩種典型應用場景。

2.1 設備紅外測溫

基于便捷、使用簡單的優(yōu)點，紅外成像儀通常用于檢測設備外表溫度，主要由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大及信號處理、顯示輸出等部分組成。紅外成像儀通過將光能轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過線性處理后便可實現(xiàn)對被測目標的溫度檢測。

表1 被檢設備參數(shù)

檢測目的。對超特高壓變電站高壓電氣設備進行紅外測溫，排查主要變電設備隱患，確保變電站安全穩(wěn)定運行。

檢測方法。先用紅外成像儀對設備待檢測位置進行全面掃描，檢測出溫度異常部位；然后對異常部位進行準確測溫得到當前設備準確溫度；最后根據(jù)相關(guān)標準計算相對溫差，進行缺陷判斷與處理。特高壓變電站的被檢設備參數(shù)如表1所示。

圖6 設備紅外圖譜

檢測結(jié)果：設備典型紅外圖譜如圖6（a）所示，溫度約10℃，濕度約52%；設備異常紅外圖譜如圖6（b）所示，溫度超出設備正常發(fā)熱溫度。對超特高壓變電站內(nèi)設備進行全面的紅外溫度測試，發(fā)現(xiàn)并聯(lián)電抗器A相中性點套管端部異常發(fā)熱，根據(jù)DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規(guī)范》規(guī)定，該缺陷為套管柱頭處缺陷，本次測試溫度為68.3℃（＞55℃），屬于嚴重缺陷。

2.2 超聲波帶電檢測

超聲波帶電檢測是將超聲波傳感器放在設備表面，若是變壓器內(nèi)部存在局部放電，此時電流將以脈沖放電的形式撞擊周圍介質(zhì)，形成超聲波信號，從而判定設備內(nèi)部存在局部放電現(xiàn)象［6］。超聲波帶電檢測原理如圖7所示。

圖7 超聲波帶電檢測原理

檢測目的。通過對特高壓變電站進行超聲波局部放電檢測，排查站內(nèi)設備隱患，確保變電站安全穩(wěn)定運行。被檢設備技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 被檢設備技術(shù)參數(shù)

檢測方法。首先連接檢測儀器與檢測探頭，儀器開機自檢；然后將檢測探頭放置在設備罐體側(cè)下方進行檢測；最后更換檢測點，每隔0.5m選取一個測點，對其他部位進行檢測。

檢測結(jié)果。被檢設備典型數(shù)據(jù)如表3所示，經(jīng)分析比較，特高壓變電站未發(fā)現(xiàn)異常超聲波局放信號。

表3 被檢設備典型檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)語

介紹了變電站巡檢機器人在超特高壓變電站的應用。包括巡檢機器人的硬件組成和軟件組成以及機器人的現(xiàn)場應用情況。重點介紹了巡檢機器人在特高壓變電站內(nèi)進行設備紅外測溫和超聲波帶電檢測的應用。在變電站內(nèi)進行機器人巡檢，可輔助或取代變電站工作人員進行日常的設備巡檢、紅外測溫等工作，切實提高了巡檢的工作效率和質(zhì)量，降低變電站運行人員的勞動強度和工作風險，是變電站巡檢技術(shù)的發(fā)展方向，具有廣闊的發(fā)展空間和應用前景。