薛博水 陳德凱

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 云南 昆明 650000

1 變電站巡檢機(jī)器人研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的巡檢方式是通過巡檢人員手持紅外探測儀的檢驗(yàn)方式進(jìn)行巡檢,不僅耗費(fèi)大量的人員精力,同時巡檢過程更是具有一定的危險(xiǎn)性。日常巡檢工作繁重,巡檢工作量巨大,對于巡檢人員的綜合素質(zhì)要求較高,此外,在城鎮(zhèn)區(qū)域的變電站大多建于市中心,但對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的變電站大多建于環(huán)境惡劣且地勢險(xiǎn)峻的地區(qū),同時這樣的變電站更是肩負(fù)著傳輸、分散等眾多任務(wù),是電力網(wǎng)架的核心,同時人工巡檢容易出現(xiàn)漏檢或是誤檢等事故。

2 變電站巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

2.1 機(jī)器人移動機(jī)構(gòu) 移動機(jī)構(gòu)的選擇關(guān)系到運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制策略,是巡檢機(jī)器人在變電站路況環(huán)境下高速、高精度穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。按照機(jī)器人越障方式不同,其移動機(jī)構(gòu)主要包括以下幾類：輪式、履帶式、固定軌道式等。

2.2 機(jī)器人導(dǎo)航控制技術(shù) 導(dǎo)航控制技術(shù)直接決定了變電站巡航機(jī)器人的運(yùn)行精度,現(xiàn)階段主要使用的導(dǎo)航技術(shù)主要包含以下幾方面：視覺導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、磁軌道導(dǎo)航、激光反射導(dǎo)航及SLAM導(dǎo)航。不同的導(dǎo)航控制系統(tǒng)具有不同的優(yōu)勢與劣勢,在具體應(yīng)用時還應(yīng)結(jié)合變電站實(shí)際情況進(jìn)行分析應(yīng)用,對于精度、生產(chǎn)成本以及操作性能等應(yīng)采取綜合分析評價(jià)方式確定具體方式。

2.3 機(jī)器人自主充電技術(shù) 變電站巡檢機(jī)器人大都采用磷酸鐵鋰電池供電,為滿足巡檢機(jī)器人長時間、不間斷工作的供電需求,需要為巡檢機(jī)器人設(shè)置一套高效、可靠的自主充電解決方案。目前自主充電技術(shù)主要有接觸式自主充電、光能自主充電及非接觸式自主充電等。

2.4 機(jī)器人無線通信網(wǎng)絡(luò) 為確保巡檢機(jī)器人與后臺信息處理系統(tǒng)信息的實(shí)時交互,必須確保通信網(wǎng)絡(luò)的高效穩(wěn)定,但由于較多變電站建在偏遠(yuǎn)地區(qū),難以確保通信網(wǎng)絡(luò)信號良好傳輸,現(xiàn)階段采用的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有WIFI與UWB等。

3 站內(nèi)運(yùn)維巡檢業(yè)務(wù)應(yīng)用需求

站內(nèi)一二次設(shè)備運(yùn)維檢修業(yè)務(wù)包括巡檢、倒閘操作等,其中巡檢作業(yè)包括設(shè)備日常巡檢、設(shè)備例行試驗(yàn)及設(shè)備診斷性試驗(yàn)三類。對于倒閘操作可通過自動化技術(shù)改造采用電動操作機(jī)構(gòu)解決。對于事故處理、設(shè)備例行試驗(yàn)及設(shè)備診斷性試驗(yàn),由于其涉及因素眾多且操作復(fù)雜,需要大量憑借專業(yè)人員相關(guān)經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)階段智能化作業(yè)手段尚不能滿足操作需求。對于設(shè)備日常巡檢,根據(jù)《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》要求,需通過看、聽等方式檢查各設(shè)備外觀、開關(guān)位置、表計(jì)讀數(shù)、節(jié)點(diǎn)溫度等,其巡視周期短,其巡檢項(xiàng)目及要求如下表。

從上表可知,站內(nèi)日常巡檢整體技術(shù)要求不高,但由于設(shè)備分布較廣,且數(shù)量眾多,適宜采用智能機(jī)器人技術(shù)代替人工完成此部分巡檢作業(yè)。

4 相關(guān)技術(shù)適用性評估

4.1 機(jī)器人移動機(jī)構(gòu)適用性評估 對于仿生腿式結(jié)構(gòu)由于其制造工藝及技術(shù)尚不成熟,近期內(nèi)尚不能廣泛推廣使用,履帶式結(jié)構(gòu)巡檢機(jī)器人由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),不能進(jìn)行連續(xù)越障操作,因此主要適用于地勢平坦區(qū)域。固定軌道式結(jié)構(gòu)巡檢范圍廣泛但有局限性,同時能獲取變電站設(shè)備三維信息等,但其巡檢是依靠變電站內(nèi)的墻體或棚頂?shù)仍O(shè)施,因此適用于換流站或屏柜等設(shè)備的巡檢。輪式結(jié)構(gòu)是目前引動技術(shù)中較成熟的,且操作靈活成本低等優(yōu)勢,可以應(yīng)用與室外設(shè)備的巡檢工作。

4.2 機(jī)器人導(dǎo)航控制技術(shù)適用性評估 對于變電站巡檢機(jī)器人,由于其需要定點(diǎn)巡檢各設(shè)備開關(guān)表計(jì)讀數(shù),導(dǎo)航定位精度要求較高,因此較為可行的導(dǎo)航技術(shù)有激光反射導(dǎo)航、磁導(dǎo)航及SLAM導(dǎo)航等。激光反射導(dǎo)航雖然測距精度較高,但是存在檢測盲區(qū)；磁導(dǎo)航雖然實(shí)現(xiàn)成本較低,定位較為精準(zhǔn),但運(yùn)行方式不靈活；而基于LidarSLAM的導(dǎo)航控制技術(shù)由于其定位精度極高、技術(shù)成熟可靠,目前高精度激光雷達(dá)已能達(dá)到厘米級定位精度,能夠適應(yīng)變電站巡檢應(yīng)用需求。

4.3 機(jī)器人自主充電技術(shù)適用性評估 巡檢機(jī)器人在實(shí)際使用中不僅要考慮充電設(shè)備的體積還要考慮充電功率等問題,因此目前廣泛使用的充電技術(shù)是接觸性充電技術(shù)。

4.4 機(jī)器人無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用性評估 由于高清圖像數(shù)據(jù)傳輸對無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求較高,當(dāng)前 Wi－Fi、UWB、Li－Fi均能提供10Mbps以上的傳輸帶寬。但由于UWB傳輸距離較近,若要實(shí)現(xiàn)變電站全區(qū)域覆蓋需要布置較多的中繼節(jié)點(diǎn),而Li－Fi技術(shù)則由于技術(shù)發(fā)展尚不成熟,其傳輸距離和實(shí)現(xiàn)方案仍有待完善。Wi－Fi技術(shù)由于其發(fā)展較為成熟,終端支持豐富,傳輸速率較高、信號覆蓋面廣,而且對于變電站內(nèi)而言設(shè)備的電源供應(yīng)充裕,能很好地彌補(bǔ)Wi－Fi技術(shù)高功耗的缺點(diǎn),較為適合作為站內(nèi)巡檢機(jī)器人的無線通信傳輸?shù)男枨蟆?/p>

5 結(jié)語

利用智能機(jī)器人能夠有效代替人工完成站內(nèi)一二次設(shè)備的日常巡檢,且其巡檢效率高。但當(dāng)前巡檢機(jī)器人智能化程度仍顯不足,模式識別算法及綜合診斷分析能力仍有待提高。