陸巍

摘 要 配電網(wǎng)設(shè)備體量巨大，人工巡檢受到各種因素的制約，難以跟上時代的發(fā)展。隨著科技的進(jìn)步和信息化水平的大幅提高，機(jī)器人被應(yīng)用于人們生活中各行各業(yè)，其中電力智能巡檢機(jī)器人擔(dān)負(fù)著輔助或替代人工對電網(wǎng)設(shè)備巡檢的職責(zé)。智能巡檢機(jī)器人融合局放、紅外、視覺等多種高精度傳感技術(shù)，采集配網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)用可視化技術(shù)，綜合診斷設(shè)備的健康水平。智能巡檢機(jī)器人為設(shè)備的狀態(tài)檢修和全壽命周期管理工作提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人；人工巡檢；狀態(tài)檢修；全壽命周期管理；局放檢測

前言

我國配電網(wǎng)具有“點(diǎn)多面廣”的特點(diǎn)，而且配電設(shè)備的體量快速增長，現(xiàn)有的人工巡檢難以滿足周期要求。人工巡檢受到人員素質(zhì)、設(shè)備水平影響較大，巡檢結(jié)果不具有一致性。另外，人工巡檢屬于被動巡檢，設(shè)備故障隱患發(fā)現(xiàn)不夠及時，不能及時消缺，易造成故障擴(kuò)大的同時，威脅著巡檢人員的安全。目前，國家電網(wǎng)公司綜合電改的因素，投資由之前的粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變，設(shè)備的“狀態(tài)檢修”被提及上來，是延長設(shè)備使用壽命的重要手段。因此，隨著機(jī)電一體化和傳感技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人巡檢被應(yīng)用到配網(wǎng)建設(shè)中來，它能夠?qū)崟r反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)隱患，保障設(shè)備正常運(yùn)行，較少故障率，提高客戶的滿意度和供電可靠性。

1 機(jī)器人發(fā)展情況

1.1 國外發(fā)展概況

日本具有國際上最先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，就全世界范圍來看，全球工業(yè)機(jī)器人約有4成在日本。不論在技術(shù)方面，還是在市場規(guī)模方面，日本可以稱得上是“機(jī)器人大國”。日本在2004年5月發(fā)布的“新產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略”中所指出的7個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也是其中之一。

美國是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比起號稱機(jī)器人王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過40多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。目前，美國工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商有Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation等公司。

德國引進(jìn)機(jī)器人的時間比英國和瑞典大約晚了五六年，但戰(zhàn)爭所導(dǎo)致的勞動力短缺，國民的技術(shù)水平較高等社會環(huán)境，卻為工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用提供了有利條件。此外，20世紀(jì)70年代中后期，德國政府采用的積極行政手段也為工業(yè)機(jī)器人的推廣開辟了道路?！案纳苿趧訔l件計(jì)劃”為機(jī)器人的應(yīng)用開拓了廣泛的市場，并推動了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2009年底，德國運(yùn)行的工業(yè)機(jī)器人為14.58萬臺。目前，德國工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商有KUKA、CLOOS等。

國際上一些大的工業(yè)機(jī)器人制造廠家和品牌主要分成兩大體系，以日本為代表的日韓系，以德國為代表的歐系，其中ABB、安川、發(fā)那科三大品牌占據(jù)了全球51%的市場，KUKA、OTC、川崎、松下等幾大品牌占市場份額的40%以上。

1.2 國內(nèi)發(fā)展概況

我國的工業(yè)機(jī)器人研究開發(fā)工作始于20世紀(jì)70年代初，前10年處于研究單位自行開展研究的狀態(tài)，發(fā)展比較緩慢。1985年后開始列入國家有關(guān)計(jì)劃，發(fā)展比較快。我國近幾年工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線不斷出現(xiàn)，并給用戶帶來顯著效益。機(jī)器人自動化生產(chǎn)線裝備的市場剛剛起步，而國內(nèi)裝備制造業(yè)正處于由傳統(tǒng)裝備向先進(jìn)制造裝備轉(zhuǎn)型的時期這就給機(jī)器人自動化生產(chǎn)線研究開發(fā)者帶來巨大商機(jī)。目前正在逐步建立上海、沈陽、北京、昆山、唐山、成都、徐州等工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地，開發(fā)出一批有市場前景的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人及其自動化生產(chǎn)線產(chǎn)品。

2 機(jī)器人電力設(shè)備巡檢

在電力行業(yè)，最新開展的是變電站的戶外機(jī)器人的巡檢，隨著電網(wǎng)由變電向配電的注重傾向，配電站室機(jī)器人巡檢逐漸嶄露出來，從2015年開始，國內(nèi)在站室內(nèi)巡檢機(jī)器人市場占有是以科大智能為首的幾家專業(yè)做機(jī)器人的公司。至目前，配電站室機(jī)器人已應(yīng)用于北京、天津、上海、山東、安徽、浙江、海南等省市。

機(jī)器人應(yīng)用于配電站室內(nèi)主要基于機(jī)電一體化和光電傳感技術(shù)來替代運(yùn)維人員“看”配電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。包括斷路器、接地刀、信號燈、轉(zhuǎn)換開關(guān)、儀表等狀態(tài)，開關(guān)柜體內(nèi)部的局放水平以及設(shè)備的溫升情況[1]。

3 應(yīng)用描述

針對開閉所或者配電房，圍設(shè)備關(guān)間隔架設(shè)軌道，巡檢機(jī)器人運(yùn)動于軌道上，空間上多維度檢測設(shè)備，采集數(shù)據(jù)匯總分析，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行情況的全面監(jiān)測。

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

配電站室機(jī)器人通過一個自主運(yùn)行的機(jī)動平臺，搭載多組高性能監(jiān)測儀器，對開關(guān)柜及變壓器設(shè)備進(jìn)行全天候監(jiān)控。溫濕度傳感器以及視頻監(jiān)控等輔控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的全局環(huán)境的可視化。在降低綜合運(yùn)營成本的同時，提高先進(jìn)運(yùn)營水平。系統(tǒng)架構(gòu)如下：

該電力巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，主要由三大部分組成：探測器主機(jī)、站內(nèi)終端、和遠(yuǎn)程終端。其中主機(jī)用于執(zhí)行設(shè)定任務(wù)，監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)并反饋相關(guān)信息，站內(nèi)終端用于儲存信息并進(jìn)行信息通訊與執(zhí)行反饋，遠(yuǎn)程終端進(jìn)行集中監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)并及時傳達(dá)。

3.2 功能概述

（1）檢測功能

利用紅外熱成像對一次設(shè)備的熱缺陷進(jìn)行檢測，透過特制的紅外玻璃，可檢測設(shè)備內(nèi)部溫度。檢測內(nèi)容涉及電纜接頭、電纜表面、銅排及搭接處紅外測溫；

利用可見光視頻監(jiān)控檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，工業(yè)相機(jī)視覺識別設(shè)備面板上各種數(shù)顯表、指針表、信號燈以及轉(zhuǎn)換開關(guān)等的狀態(tài)信息；

（2）局放檢測功能

采用超聲波+TEV暫態(tài)地電壓兩種方法去檢測每個設(shè)備間隔中的局放水平。其中超聲波采用非接觸式測量，TEV采用接觸設(shè)備面板縫隙處測量。

采集A、B、C、D四個點(diǎn)位置的局放值，選取最大值作為此間隔的局放水平值。

（3）分析報(bào)警功能

系統(tǒng)智能分析設(shè)備故障或缺陷，診斷故障，針對異常情況自動預(yù)警；自動記錄設(shè)備巡檢、紅外測溫以及局放水平等參數(shù)信息，并形成報(bào)表；提供設(shè)備紅外圖像庫和局放數(shù)據(jù)對比。

（4）控制功能

巡檢人員在監(jiān)控后臺進(jìn)行巡視可以對機(jī)器人進(jìn)行手動控制；可以實(shí)現(xiàn)變電站室內(nèi)設(shè)備巡檢的本地及遠(yuǎn)方控制；可代替人工實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘操作后位置的校核。

（5）特殊巡視

站內(nèi)的配電間隔有帶重要負(fù)荷的作為重要間隔，機(jī)器人做重點(diǎn)巡視；針對未帶負(fù)載的備用間隔，機(jī)器人可以只檢測某些關(guān)鍵點(diǎn)。對于系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)分析判斷某些間隔需要重點(diǎn)巡視的，可以選擇針對這些點(diǎn)展開特殊的巡視。

4 效果分析

4.1 創(chuàng)新型巡檢模式

突破原有的“運(yùn)行檢修人員發(fā)現(xiàn)故障——上報(bào)問題——缺陷審核——建立工單——等待消缺”的被動處置模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤斑\(yùn)維團(tuán)隊(duì)主動巡檢發(fā)現(xiàn)問題+異常申告建立工單——本地運(yùn)維團(tuán)隊(duì)及時處置——現(xiàn)場驗(yàn)收消號”的全新運(yùn)維管理模式。檢修中所有過程均有相關(guān)記錄，所有問題均進(jìn)入隱患缺陷庫閉環(huán)管理，契合變電站標(biāo)準(zhǔn)化管理檢查的相關(guān)要求，即減輕了運(yùn)維的工作量，也可使異常隱患在未發(fā)展嚴(yán)重前即得到處理。

4.2 全方位巡檢

運(yùn)維人員業(yè)務(wù)素質(zhì)、心理素質(zhì)各有差異，在巡視的過程中，容易受到這些因素的影響，而無法保證巡視的質(zhì)量。

配電站室機(jī)器人具有簡單合理的識別體系和準(zhǔn)確可靠的識別方法，可實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的視頻監(jiān)控、音頻監(jiān)控和專業(yè)的紅外傳感器監(jiān)控。根據(jù)監(jiān)控需要，通過任務(wù)參數(shù)的設(shè)置，定時和定點(diǎn)巡邏計(jì)劃。

機(jī)器人通過橫向（X軸）、縱向（Y軸）、Z軸三維運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)對配電間隔的全方位的立體檢測，高效準(zhǔn)確的判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

4.3 數(shù)據(jù)診斷分析

配電站室機(jī)器人巡檢系統(tǒng)具備紅外測溫，局放檢測、可見光視覺識別、遙識通信等等功能。相比于人工巡檢只是單純的判斷設(shè)備的狀態(tài)好壞，智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)具有對采集的數(shù)據(jù)全面分析的功能。系統(tǒng)通過對歷史數(shù)據(jù)報(bào)表的分析，做出歷史趨勢報(bào)警決策以及多狀態(tài)數(shù)據(jù)綜合判斷指令。在以大量的診斷分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立自學(xué)習(xí)型專家診斷庫。同時將數(shù)據(jù)的分析結(jié)果納入電力設(shè)備的全壽命周期管理進(jìn)程中。

4.4 狀態(tài)檢修

通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，形成歷史數(shù)據(jù)曲線，對設(shè)備狀態(tài)趨勢進(jìn)行判斷，診斷設(shè)備的健康水平，對設(shè)備全壽命周期管理提供依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)果，合理制定設(shè)備檢修策略，實(shí)施全程檢測和維護(hù)，做到“有的放矢”。

4.5 建設(shè)智能配電站

智能配電房作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，它的正常運(yùn)行是供電可靠性以及客戶滿意度的重要保證。配電房智能機(jī)器人巡檢監(jiān)測與配電房的輔控系統(tǒng)共同承擔(dān)了智能配電房的安全運(yùn)行，也是未來主動配電網(wǎng)的重要組成部分。

參考文獻(xiàn)

[1] 駱敏舟.工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展及其應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動化，2014，44（1）：1-2.