陳星 國(guó)網(wǎng)安徽電力公司合肥供電公司

傳統(tǒng)的人工巡檢方式暴露出滯后性，無(wú)法滿(mǎn)足變電站的巡檢需求，要重點(diǎn)探討和研究智能巡檢機(jī)器人在變電站的巡檢應(yīng)用，采用基于地圖匹配的激光導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)計(jì)智能巡檢機(jī)器人的軟硬件系統(tǒng)，提高智能巡檢機(jī)器人在變電站的巡檢應(yīng)用覆蓋率和精度。

一、變電站智能巡檢的需求分析

我國(guó)幅員遼闊，電網(wǎng)規(guī)模宏大，管理節(jié)點(diǎn)眾多。變電站則是電網(wǎng)的關(guān)鍵管理節(jié)點(diǎn)之一，具有技術(shù)含量較高、設(shè)備數(shù)量眾多、危險(xiǎn)系數(shù)高、地理位置分散等特點(diǎn)，一旦變電站出現(xiàn)故障，將直接造成區(qū)域性的停電事故，因此變電站的巡檢工作一直受到人們的高度關(guān)注。然而長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在變電站的巡檢中采用了以人工巡檢為主的模式，這種依賴(lài)于人的巡檢方式雖然可以充分利用人的主觀判斷能力，但也存在著明顯的不足。例如體力消耗過(guò)大、巡檢過(guò)程中人身安全難以保證、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)難以準(zhǔn)確判斷、夜間無(wú)法巡檢、人為誤差顯著等等。這一系列的問(wèn)題，使得變電站的管理領(lǐng)域?qū)χ悄芑矙z提出了強(qiáng)烈的需求[1]。

二、智能巡檢機(jī)器人軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

（一）智能巡檢機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能巡檢機(jī)器人內(nèi)部構(gòu)件主要包括有：激光傳感器、云臺(tái)、紅外熱像儀、超聲傳感器、機(jī)器人核心控制機(jī)箱、安全停障模塊、底盤(pán)模塊及輔助設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)最高1m/s的直行速度和原地轉(zhuǎn)彎，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人自身的高/低壓、過(guò)流、短路、斷路、過(guò)溫和通訊，并與激光雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)特殊復(fù)雜環(huán)境下的無(wú)死角監(jiān)測(cè)。智能巡檢機(jī)器人還采用全向型云臺(tái)，支持垂直、水平方向的旋轉(zhuǎn)，云臺(tái)利用自帶的高清攝像頭進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)溫。同時(shí)，智能巡檢機(jī)器人還配置有自主充電裝置和充電房，并通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)采集變電站戶(hù)外環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與微氣象站的數(shù)據(jù)交互，基于TCP/IP協(xié)議獲悉變電站的降水、濕度、溫度、風(fēng)速等信息，提升智能巡檢機(jī)器人的任務(wù)適應(yīng)性。另外，智能巡檢機(jī)器人還有一些附屬設(shè)備，如：工作指示燈、音響、拾音器、遙控器等。

（二）智能巡檢機(jī)器人客戶(hù)端軟件功能

1.實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面查看當(dāng)前的巡檢路線(xiàn)、位置、設(shè)備信息等，并顯示與巡檢任務(wù)相關(guān)的信息。2.巡檢計(jì)劃界面。主要是編輯巡檢任務(wù)，制定巡檢計(jì)劃，下發(fā)常規(guī)巡檢任務(wù)并查詢(xún)巡檢任務(wù)。3.遠(yuǎn)程遙控界面。主要是控制機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)巡檢，實(shí)現(xiàn)對(duì)指定地點(diǎn)、設(shè)備的特巡，并實(shí)時(shí)顯示智能巡檢機(jī)器人的激光信息。4.其他界面?？梢圆捎脭?shù)據(jù)分析界面進(jìn)行歷史巡檢數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和顯示，包括：設(shè)備統(tǒng)計(jì)地圖、設(shè)備缺陷、巡檢任務(wù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、任務(wù)日歷等[2]。

三、智能巡檢機(jī)器人在變電站的應(yīng)用

（一）系統(tǒng)功能

智能巡檢機(jī)器人作為一個(gè)智能化電子系統(tǒng)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的意愿和實(shí)際需求進(jìn)行功能模塊的集成，具有很大的靈活性。但從當(dāng)前的應(yīng)用來(lái)年看，智能巡檢機(jī)器人在變電站中應(yīng)用最多的功能主要包括路徑規(guī)劃、故障檢測(cè)、定位導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制等等。當(dāng)系統(tǒng)向現(xiàn)場(chǎng)巡檢機(jī)器人下發(fā)任務(wù)指令后，機(jī)器人需要通過(guò)內(nèi)部算法模塊自動(dòng)進(jìn)行最優(yōu)路徑的規(guī)劃，一般需要經(jīng)過(guò)路徑搜索、路徑篩選和路徑模擬實(shí)驗(yàn)等步驟，并經(jīng)過(guò)人為的修正后，方可確定實(shí)際的巡檢路徑。故障檢測(cè)則主要依賴(lài)于紅外成像系統(tǒng)的溫度檢測(cè)功能，機(jī)器人通過(guò)紅外測(cè)溫實(shí)時(shí)分析各設(shè)備的溫度分布情況，并對(duì)過(guò)熱的地方進(jìn)行拍照，同時(shí)采集設(shè)備發(fā)出的故障聲音，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的條件進(jìn)行故障分析和定位。定位導(dǎo)航是機(jī)器人按照規(guī)劃路徑行進(jìn)的必要前提，變電站一般采用無(wú)軌導(dǎo)航，因此機(jī)器人內(nèi)部實(shí)際上是導(dǎo)入了一個(gè)GIS地圖，也可以自帶GPS定位終端，使其可以自主完成定位、前進(jìn)、拐彎、避障等功能。遠(yuǎn)程控制是當(dāng)前變電站巡檢機(jī)器人必不可少的功能，一方面，當(dāng)機(jī)器人本身出現(xiàn)故障或出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，需要由人對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，防止事故發(fā)生。另一方面，對(duì)于一些較復(fù)雜的巡檢或維修工作，單靠算法是不現(xiàn)實(shí)的，可由技術(shù)人員遠(yuǎn)程協(xié)助完成[3]。

（二）工作流程

變電站巡檢機(jī)器人在整個(gè)工作過(guò)程中，主要依賴(lài)于監(jiān)控中心、管理中心、通信系統(tǒng)、機(jī)器人等四個(gè)環(huán)節(jié)的相互協(xié)調(diào)。首先，由技術(shù)人員在監(jiān)控中心的系統(tǒng)界面上編輯好需要執(zhí)行的巡檢任務(wù)，然后將巡檢任務(wù)轉(zhuǎn)換為機(jī)器指令，通過(guò)通信系統(tǒng)的發(fā)送端將指令發(fā)送到機(jī)器人的主控芯片上，機(jī)器人在接收到指令后，會(huì)調(diào)用相應(yīng)的算法模塊進(jìn)行路徑規(guī)劃，該路徑會(huì)先反饋回監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修正并確認(rèn)后，再次發(fā)送回機(jī)器人終端，機(jī)器人會(huì)根據(jù)確認(rèn)后的路徑開(kāi)始巡檢。其次，機(jī)器人在巡檢過(guò)程中會(huì)根據(jù)任務(wù)指令分別完成每一個(gè)子任務(wù)，并將結(jié)果記錄實(shí)時(shí)反饋給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，機(jī)器人前方攝像頭的畫(huà)面也會(huì)同步傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)巡檢過(guò)程的可視化。接著，機(jī)器人巡檢中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)監(jiān)控中心的大屏幕顯示出來(lái)，通過(guò)GIS系統(tǒng)的應(yīng)用，技術(shù)人員可以直觀地了解每一個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。最后，機(jī)器人完成巡檢任務(wù)后，會(huì)進(jìn)行一個(gè)綜合評(píng)估，評(píng)估結(jié)果返回給監(jiān)控中心，完成巡檢任務(wù)。到此，一個(gè)完整的機(jī)器人智能巡檢過(guò)程就完成了。監(jiān)控中心則需要通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)變電站各設(shè)備的未來(lái)運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)，為變電站的管理提供決策依據(jù)[4]。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，智能巡檢機(jī)器人在變電站中的應(yīng)用，不僅解放了人力勞動(dòng)，更是提高了變電站巡檢的效率和質(zhì)量，大大提高了電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)水平，是未來(lái)變電站管理的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。實(shí)際上，由智能巡檢機(jī)器人完全代替人類(lèi)勞動(dòng)只是一個(gè)美好的愿景，當(dāng)前的智能巡檢機(jī)器人在巡檢過(guò)程中仍然需要一定程度的人工干預(yù)。隨著各種智能化技術(shù)及其配置技術(shù)的日益成熟，智能巡檢機(jī)器人有望成為未來(lái)變電站巡檢乃至全電網(wǎng)巡檢的主力軍。