楊學(xué)志 鞏瀟 李夢(mèng)瑋 梁學(xué)修

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)和特高壓建設(shè)的高速發(fā)展，變電站巡檢機(jī)器人產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出巨大的成長(zhǎng)潛力和發(fā)展空間。如何提升變電站巡檢機(jī)器人安全性和可靠性，切實(shí)滿足變電站設(shè)備巡檢作業(yè)需求，是變電站亟需考慮的問(wèn)題。本文從質(zhì)量保障的角度出發(fā)，闡述了變電站巡檢機(jī)器人在功能、性能、安全等方面的標(biāo)準(zhǔn)要求與測(cè)試方法，提出變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)質(zhì)量保障體系建設(shè)方案，以促進(jìn)變電站巡檢機(jī)器人安全可靠地替代人執(zhí)行巡檢作業(yè)。

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步深入，傳統(tǒng)的運(yùn)檢模式已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展需求。自國(guó)家電網(wǎng)2013年對(duì)變電站巡檢機(jī)器人首次招標(biāo)開(kāi)始，國(guó)內(nèi)變電站巡檢機(jī)器人呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，發(fā)展?jié)摿薮?。與此同時(shí)，機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中也暴露出一些問(wèn)題。機(jī)器人巡檢作業(yè)過(guò)程中，在雨雪或結(jié)冰的環(huán)境條件下，易出現(xiàn)防碰撞超聲波誤報(bào)、通訊延遲、運(yùn)動(dòng)功能明顯降低或喪失等現(xiàn)象;部分機(jī)器人的自主導(dǎo)航定位系統(tǒng)穩(wěn)定性差，巡檢作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)器人“走偏”，甚至出現(xiàn)翻車傾覆等事故。這些現(xiàn)象均反映出目前的變電站巡檢機(jī)器人技術(shù)尚不夠成熟、可靠性低、穩(wěn)定性和智能化程度不高等問(wèn)題。雖然目前市面上已有較多機(jī)型可供選擇，但不同機(jī)型之間性能特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)良莠不齊，從而導(dǎo)致與實(shí)際應(yīng)用效果差異較大，嚴(yán)重阻礙了機(jī)器人的規(guī)范化應(yīng)用。

變電站巡檢機(jī)器人簡(jiǎn)介

變電站巡檢機(jī)器人是由移動(dòng)載體、通信設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備等組成，采用遙控或全自主運(yùn)行模式，主要應(yīng)用于室外變電站設(shè)備巡檢作業(yè)的移動(dòng)巡檢裝置。

變電站機(jī)器人巡檢系統(tǒng)是由變電站智能巡檢機(jī)器人、本地監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)程集控后臺(tái)、機(jī)器人室等部分組成，能夠通過(guò)全自主或遙控模式進(jìn)行變電站巡檢作業(yè)或遠(yuǎn)程視頻巡視和指導(dǎo)的變電站巡檢系統(tǒng)。

變電站巡檢機(jī)器人可對(duì)變電設(shè)備進(jìn)行紅外測(cè)溫、表計(jì)讀數(shù)、分合執(zhí)行機(jī)構(gòu)識(shí)別，及異常狀態(tài)報(bào)警等，并提供巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和數(shù)據(jù)分析、信息顯示和報(bào)表自動(dòng)生成等后臺(tái)功能。

變電站巡檢機(jī)器人存在問(wèn)題

變電站巡檢機(jī)器人改變了傳統(tǒng)單一人工巡檢方式，采用新技術(shù)手段為變電站巡檢作業(yè)提供了更為客觀、全面、準(zhǔn)確的評(píng)判結(jié)果。然而，由于應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜、技術(shù)成熟度不足等多重因素，機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中也暴露出一些問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙了變電站巡檢機(jī)器人規(guī)范化應(yīng)用。

IP防護(hù)等級(jí)不達(dá)標(biāo)

變電站機(jī)器人在室外環(huán)境工作，受天氣灰塵影響較大，需達(dá)到較高的IP防護(hù)等級(jí)，以防止水、濕氣、灰塵或污染物進(jìn)入電子器件外殼，進(jìn)而導(dǎo)致器件的損壞、壽命縮短或器件的失靈。目前，多數(shù)變電站巡檢機(jī)器人未進(jìn)行IP防護(hù)等級(jí)測(cè)試及適當(dāng)防護(hù)，灰塵在接口、電路板的縫隙處過(guò)多地積累，可能導(dǎo)致出現(xiàn)接觸不良或電路發(fā)熱的現(xiàn)象，特別是在雨雪天氣進(jìn)行巡檢時(shí)，潮濕環(huán)境中凝結(jié)的水也會(huì)造成一系列問(wèn)題，甚至可能造成短路，存在嚴(yán)重的安全隱患。

室外導(dǎo)航定位能力不足

針對(duì)全天候、強(qiáng)電磁、室外等復(fù)雜背景下的特點(diǎn)，變電站巡檢機(jī)器人集成了自主運(yùn)動(dòng)控制、精確導(dǎo)航定位、多傳感器融合、多載波無(wú)線通信等前沿技術(shù)。然而，實(shí)際運(yùn)行情況表明，變電站巡檢機(jī)器人自主導(dǎo)航定位不穩(wěn)定，巡檢作業(yè)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)器人“走偏”現(xiàn)象，特別是當(dāng)變電站環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，機(jī)器人無(wú)法完成正常巡檢任務(wù)，甚至出現(xiàn)翻車現(xiàn)象。

儀表識(shí)別能力不理想

變電站巡檢機(jī)器人搭載可見(jiàn)光、紅外等檢測(cè)設(shè)備，主要用于對(duì)站內(nèi)的變壓器、互感器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等本體設(shè)備的外觀、各個(gè)部件和接頭、各種表計(jì)、分合執(zhí)行機(jī)構(gòu)等進(jìn)行巡視檢測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，因受?？课恢玫南拗?、設(shè)備區(qū)光線，以及天氣的影響，機(jī)器人在儀表數(shù)據(jù)識(shí)別方面并不理想。

電源管理系統(tǒng)不可靠

變電站巡檢機(jī)器人以電池組為動(dòng)力源。電源管理系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)采集電池組及設(shè)備的電壓、電流、溫度等重要參數(shù)，及時(shí)預(yù)警電量不足等異常狀態(tài)，調(diào)整電源管理策略。根據(jù)設(shè)備電壓、電流，及功率需求，機(jī)器人自動(dòng)進(jìn)出充電室進(jìn)行充電，保證機(jī)器人全自主運(yùn)行的能源供應(yīng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況來(lái)看，機(jī)器人經(jīng)常出現(xiàn)自主充電失敗問(wèn)題，在機(jī)器人電量耗盡后，停滯在變電站現(xiàn)場(chǎng)，甚至手動(dòng)充電后也無(wú)法正常巡視。

變電站巡檢機(jī)器人測(cè)試項(xiàng)目

變電站巡檢機(jī)器人存在的問(wèn)題，反映出目前的變電站巡檢機(jī)器人技術(shù)尚不成熟、可靠性低、穩(wěn)定性和智能化程度不高，加之應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不健全、檢測(cè)認(rèn)證體系不完善等多重因素，變電站巡檢機(jī)器人的規(guī)范化應(yīng)用嚴(yán)重受阻。

本文針對(duì)變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，從產(chǎn)品質(zhì)量保障、過(guò)程質(zhì)量保障和應(yīng)用服務(wù)保障三個(gè)維度建立質(zhì)量保障體系，輔助提升變電站巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的成熟度，提高機(jī)器人產(chǎn)品的安全可靠性，支撐國(guó)家電網(wǎng)相關(guān)部門(mén)形成質(zhì)量監(jiān)管體系，促進(jìn)變電站巡檢機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

1.產(chǎn)品質(zhì)量保障體系，面向變電站巡檢機(jī)器人本體、本地監(jiān)控后臺(tái)，及集成聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，從功能性能、機(jī)械電氣安全、功能安全和信息安全等方面搭建產(chǎn)品測(cè)試體系，有助于提高變電站巡檢機(jī)器人產(chǎn)品質(zhì)量與安全可靠性。

2.過(guò)程質(zhì)量保障體系，在符合產(chǎn)品質(zhì)量保障體系要求的基礎(chǔ)上，對(duì)變電站巡檢機(jī)器人企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程、部署施工過(guò)程等進(jìn)行審查，有助于提高整體系統(tǒng)實(shí)施質(zhì)量和產(chǎn)品一致性。

3.應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量保障體系，通過(guò)試運(yùn)行階段的定期檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，建立應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品和系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的缺陷、問(wèn)題等，輔助持續(xù)優(yōu)化和提升變電站巡檢機(jī)器人的安全性和可靠性，確保機(jī)器人可靠替代人。

產(chǎn)品質(zhì)量保障體系

產(chǎn)品質(zhì)量保障體系分為三級(jí)，第一級(jí)對(duì)機(jī)器人的基本功能、性能和安全性提出了要求，是機(jī)器人需要滿足的最低要求;第二級(jí)對(duì)機(jī)器人的功能安全與可靠性提出了要求，是機(jī)器人規(guī)?；瘧?yīng)用的基礎(chǔ);第三級(jí)對(duì)機(jī)器人的信息安全提出了要求，可有效避免機(jī)器人系統(tǒng)遭受非授權(quán)或意外訪問(wèn)、篡改和破壞等行為，是機(jī)器人走向?qū)嶋H應(yīng)用不可或缺的一環(huán)。

第1級(jí)

第1級(jí)檢測(cè)內(nèi)容主要包括針對(duì)機(jī)器人本體的功能性能、機(jī)械電氣安全測(cè)試，以及零部件審查，針對(duì)本地監(jiān)控后臺(tái)的功能性能測(cè)試，針對(duì)集成聯(lián)調(diào)系統(tǒng)的功能性能、通信、數(shù)據(jù)、接口等測(cè)試。

第2級(jí)

針對(duì)變電站巡檢機(jī)器人本體、本地監(jiān)控后臺(tái)的軟件和硬件開(kāi)展功能安全測(cè)試和評(píng)估，避免安全系統(tǒng)失效造成環(huán)境的破壞、設(shè)備財(cái)產(chǎn)的損失，甚至讓使用者或操作人員受到傷害。

第3級(jí)

針對(duì)機(jī)器人本體、本地監(jiān)控后臺(tái)、集成聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，開(kāi)展信息安全測(cè)試與評(píng)估，并提出解決方案。主要目的是通過(guò)實(shí)施管理和技術(shù)措施，避免變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)遭到非授權(quán)或意外的訪問(wèn)、篡改、破壞及損失。信息安全測(cè)試評(píng)價(jià)指標(biāo)分為技術(shù)指標(biāo)和管理指標(biāo)。技術(shù)指標(biāo)包含物理和環(huán)境安全、網(wǎng)絡(luò)邊界安全、網(wǎng)絡(luò)和通信安全、設(shè)備應(yīng)用安全和數(shù)據(jù)安全五大方面。由于信息安全與機(jī)器人本體、傳感器、本地監(jiān)控后臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等關(guān)聯(lián)密切，因此進(jìn)行統(tǒng)一綜合測(cè)評(píng)。管理指標(biāo)主要包括：安全策略與管理制度、安全管理機(jī)構(gòu)與人員、安全管理建設(shè)外包軟件開(kāi)發(fā)、安全運(yùn)維管理漏洞和風(fēng)險(xiǎn)管理四大方面。

過(guò)程質(zhì)量保障體系

在符合產(chǎn)品質(zhì)量保障體系要求的基礎(chǔ)上，對(duì)變電站巡檢機(jī)器人企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程、部署施工過(guò)程等進(jìn)行審查，有助于提高整體系統(tǒng)實(shí)施質(zhì)量和產(chǎn)品一致性。

產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程審查

本階段針對(duì)集成商的工廠進(jìn)行能力審核，以ISO9001質(zhì)量進(jìn)行管理體系作為基礎(chǔ)并附加上更高的要求，比如，原材料檢驗(yàn)、過(guò)程檢驗(yàn)、成品檢驗(yàn)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。通過(guò)文件審核、工廠訪談、數(shù)據(jù)收集等審核方式，以量化的形式表現(xiàn)集成商真實(shí)能力與企業(yè)需求的匹配程度，驗(yàn)證集成商能否按照合同要求持續(xù)交付符合要求的合格產(chǎn)品。

以下是產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程審查的主要內(nèi)容。

1.組織機(jī)構(gòu)和品質(zhì)系統(tǒng)

（1）質(zhì)量部門(mén)在工廠中所處的地位，職責(zé)和工作情況;

（2）人員情況（QC人員及關(guān)鍵工位的實(shí)際認(rèn)知和操作）。

2.來(lái)料檢驗(yàn)

（1）檢驗(yàn)條件（環(huán)境、設(shè)備、計(jì)量/校準(zhǔn)情況、人員）;

（2）待檢物品、合格品、廢品的堆放及標(biāo)識(shí);

（3）來(lái)料檢驗(yàn)的實(shí)施（作業(yè)指導(dǎo)書(shū)：包括抽樣標(biāo)準(zhǔn)、AQL 水平、檢驗(yàn)方法和判定依據(jù);人員操作能力、測(cè)試記錄、判定和放行等）;

（4）集成商的審核。

3.倉(cāng)庫(kù)

（1）倉(cāng)庫(kù)條件（整機(jī)和零部件）;

（2）零部件和成品的存放及標(biāo)識(shí);成品的保存和交遞;

（3）領(lǐng)發(fā)料的過(guò)程，領(lǐng)發(fā)料控制文件;

（4）BOM 文件（零部件清單）的檢查。

4.生產(chǎn)過(guò)程

（1）重要崗位的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和人員操作情況;

（2）產(chǎn)品的標(biāo)識(shí)及可追溯性;

（3）生產(chǎn)過(guò)程中不合格品的處理;

（4）巡檢人員的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)及原始記錄。

5.例行檢驗(yàn)

（1）作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和人員操作情況及測(cè)試記錄;

（2）安全測(cè)試設(shè)備的計(jì)量/校準(zhǔn)和日常功能檢測(cè)記錄。

6.出貨前的抽樣檢驗(yàn) （最終檢驗(yàn)）

（1）抽檢的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)（抽樣標(biāo)準(zhǔn)：AQL水平及檢驗(yàn)方法）;

（2）抽檢記錄。

7.設(shè)備檢驗(yàn)

（1）安全測(cè)試設(shè)備臺(tái)帳;

（2）主要設(shè)備的校準(zhǔn)證書(shū);

（3）內(nèi)部校準(zhǔn)方法和記錄。

部署施工過(guò)程審查

本階段針對(duì)集成商產(chǎn)品出廠后的現(xiàn)場(chǎng)部署施工進(jìn)行審查，通過(guò)文件審核、技術(shù)驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督等方式，對(duì)工程開(kāi)工需要具備的文件、基建施工要求，以及現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程進(jìn)行檢查與監(jiān)督，提升系統(tǒng)全過(guò)程施工質(zhì)量，保障用戶使用安全可靠。

文件審核階段主要針對(duì)部署施工開(kāi)工前所需要的文件進(jìn)行審核，保障施工手續(xù)完善、施工準(zhǔn)備充分;技術(shù)驗(yàn)收階段主要依據(jù)集成商部署施工階段的基建施工要求、工程調(diào)試檢查要求進(jìn)行審查; 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督階段針對(duì)部署施工活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行審查與管理，包括部署施工現(xiàn)場(chǎng)人員管理、過(guò)程管理、質(zhì)量監(jiān)督等。

應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量保障體系

通過(guò)試運(yùn)行階段的定期檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，建立應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品和系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的缺陷、問(wèn)題等，輔助持續(xù)優(yōu)化和提升變電站巡檢機(jī)器人的安全性和可靠性，確保機(jī)器人可替代人。

1.研究機(jī)器人應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)變電站巡檢機(jī)器人應(yīng)用特點(diǎn)，將其應(yīng)用質(zhì)量劃分五個(gè)維度：安全性、可靠性、應(yīng)用服務(wù)能力、用戶滿意度、智能化水平，具體詳見(jiàn)表1。

2.形成機(jī)器人應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量年度監(jiān)測(cè)報(bào)告，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升

通過(guò)分析變電站巡檢機(jī)器人應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量保障評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照“實(shí)施前-實(shí)施中-實(shí)施后”的應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量過(guò)程控制方針，在安全性、可靠性、應(yīng)用服務(wù)能力、用戶滿意度、智能化水平等五個(gè)方面對(duì)機(jī)器人進(jìn)行跟蹤和操作管理，提出應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量保障要求，形成機(jī)器人應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量年度監(jiān)測(cè)報(bào)告，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量持續(xù)提升和更新?lián)Q代，更好更快地實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”在電力巡檢作業(yè)中的應(yīng)用。

總結(jié)

目前的變電站巡檢機(jī)器人技術(shù)尚不成熟、可靠性低、穩(wěn)定性和智能化程度不高，加之應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不健全、檢測(cè)認(rèn)證體系不完善等多重因素，變電站巡檢機(jī)器人的規(guī)范化應(yīng)用嚴(yán)重受阻。

本文結(jié)合變電站巡檢機(jī)器人在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的典型問(wèn)題，面向變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、本地監(jiān)控后臺(tái)，及集成聯(lián)調(diào)系統(tǒng)，從產(chǎn)品質(zhì)量、過(guò)程質(zhì)量和應(yīng)用服務(wù)三個(gè)維度建立質(zhì)量保障體系，可有效降低安全風(fēng)險(xiǎn)，確保機(jī)器人符合標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)要求，顯著提升機(jī)器人產(chǎn)品及系統(tǒng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)等方面的質(zhì)量水平，更好更快地實(shí)現(xiàn)“機(jī)器換人”在電力巡檢作業(yè)中的應(yīng)用。