黃建力

摘要：變電站巡檢機(jī)器人智能化程度高、檢測(cè)精度高，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。它在變電站設(shè)備檢測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)有的變電站巡檢機(jī)器人一般采用接觸式充電方式，存在很多安全隱患。然而，變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電技術(shù)具有無(wú)電氣連接、無(wú)泄漏接口、無(wú)接觸火花和磨損老化問(wèn)題。本文就變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：變電站;巡檢機(jī)器人;無(wú)線充電

電站巡檢是保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高電力系統(tǒng)供電可靠性的有效途徑。隨著變電站數(shù)量、規(guī)模和智能化水平的提高，人工巡檢方式越來(lái)越難以滿足要求。變電站巡檢機(jī)器人以其智能、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，逐漸開始取代人工檢測(cè)方法，成為變電站設(shè)備檢測(cè)的常用手段。

一、變電站巡檢機(jī)器人概述

目前，人工巡檢仍是變電站巡檢的主要方式，但變電站數(shù)量和規(guī)模的不斷增加，使得巡檢工作越來(lái)越繁重，對(duì)變電站運(yùn)行安全穩(wěn)定的要求也越來(lái)越高。特別是國(guó)家電網(wǎng)公司“三集五大”戰(zhàn)略實(shí)施后，變電站的智能化水平逐步提高，開始向無(wú)人值班變電站轉(zhuǎn)變，變電站巡檢機(jī)器人以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)開始進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。變電站巡檢機(jī)器人的巡檢對(duì)象主要是固定區(qū)域內(nèi)的線路和設(shè)備，大多工作在露天。接觸式充電方式充電接口的磨損和老化容易導(dǎo)致充電連接失效，特別是在惡劣的天氣條件下，更容易帶來(lái)安全隱患，而無(wú)線充電技術(shù)不存在上述問(wèn)題。

二、變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電關(guān)鍵技術(shù)

（一）磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)優(yōu)化分析

鋁制外殼配合鐵氧體磁芯屏蔽作為無(wú)線充電系統(tǒng)的主要屏蔽方式，能夠屏蔽掉大部分的漏磁通，但是在鋁制外殼下部以及安裝孔處，仍有較大的漏磁通，尤其是機(jī)器人鋁殼下方、安裝孔和輪子等局部漏磁通較為嚴(yán)重，仍然會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)干擾以及安全隱患，影響變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電的正常進(jìn)行。

變電站巡檢機(jī)器人采用磁耦合諧振式無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)行能量傳遞，為了避免系統(tǒng)高頻漏磁通對(duì)充電穩(wěn)定性的影響，要重點(diǎn)關(guān)注和加強(qiáng)磁場(chǎng)屏蔽方法的研究，解決變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)的電磁干擾問(wèn)題。

由于鋁制材料體現(xiàn)出高強(qiáng)度、低密度的特性，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、抗腐蝕性和抗氧化性，因而可以采用機(jī)器人鋁制外殼的屏蔽方式，在渦流效應(yīng)下形成反向磁場(chǎng)，沖抵無(wú)線充電系統(tǒng)周邊的漏磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)有效屏蔽。同時(shí)，還搭配應(yīng)用鐵氧體磁芯，提高發(fā)射和接收線圈間的耦合系數(shù)，將磁場(chǎng)約束在發(fā)射線圈和接收線圈之間，減少磁場(chǎng)能量在鋁制外殼的輻射損失，提高系統(tǒng)輸出功率。

對(duì)于機(jī)器人鋁制外殼下部及安裝孔處的漏磁通干擾，可以采用諧振式無(wú)功線圈屏蔽的輔助屏蔽方法，無(wú)須添加額外的電源，削減局部定點(diǎn)的漏磁通。通過(guò)調(diào)整串入電容值的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)屏蔽線圈阻抗值的調(diào)整。諧振式無(wú)功線圈輔助屏蔽方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)局部定點(diǎn)的漏磁通的有效屏蔽，并對(duì)離屏蔽線圈越近的位置屏蔽效果越好，而對(duì)距離諧振式無(wú)功線圈較遠(yuǎn)位置的屏蔽效果較差，可以采用移相器進(jìn)行相位調(diào)整，提升和改善屏蔽效果。

（二）BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)金屬異物檢測(cè)優(yōu)化技術(shù)分析

磁耦合共振無(wú)線充電技術(shù)以其安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在變電站巡檢機(jī)器人等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。充電過(guò)程中，金屬雜質(zhì)混入充電區(qū)會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，影響系統(tǒng)充電效率，帶來(lái)安全隱患。因此，及時(shí)檢測(cè)金屬雜質(zhì)的混入是非常重要的。當(dāng)無(wú)線充電技術(shù)應(yīng)用于變電站的巡檢機(jī)器人等設(shè)備時(shí)，其運(yùn)行狀態(tài)會(huì)受到周圍環(huán)境的影響。這是因?yàn)槌税l(fā)射線圈和接收線圈之間的耦合外，系統(tǒng)還將與周圍的磁性介質(zhì)產(chǎn)生耦合效應(yīng)，從而影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)。金屬異物與系統(tǒng)線圈之間的耦合會(huì)影響線圈間的磁場(chǎng)分布和系統(tǒng)的工作參數(shù)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的能量傳輸效率和穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。

對(duì)無(wú)線充電的影響金屬異物的混入會(huì)對(duì)系統(tǒng)線圈間的耦合作用產(chǎn)生較大的影響，使線圈間的磁場(chǎng)分布及工作參數(shù)發(fā)生改變，降低系統(tǒng)能量傳輸效率和穩(wěn)定性。由于無(wú)線充電系統(tǒng)正常工作時(shí)會(huì)在線圈間產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，而金屬異物的混入會(huì)產(chǎn)生渦流效應(yīng)，增大系統(tǒng)發(fā)射線圈的等效電阻，降低系統(tǒng)發(fā)射線圈的等效電感，降低線圈間的耦合系數(shù)和傳輸效率。

可行性分析變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)的充電過(guò)程工作狀態(tài)：（1）充電對(duì)位過(guò)程。在變電站巡檢機(jī)器人充電對(duì)位的過(guò)程中，如果有金屬異物混入則會(huì)導(dǎo)致發(fā)射端的電流、頻率出現(xiàn)變化。（2）充電過(guò)程。在變電站巡檢機(jī)器人的調(diào)頻、恒流充電、恒壓充電、涓流充電等階段中，如果存在金屬異物的混入，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)射端的電流、頻率出現(xiàn)變化?？梢砸隑P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，對(duì)變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電的不同過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)、計(jì)算和描述，通過(guò)若干個(gè)隱含層和線性輸出層處理復(fù)雜多樣的非線性問(wèn)題，體現(xiàn)出較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、容錯(cuò)性和并行計(jì)算能力。

（三）線圈優(yōu)化技術(shù)分析

磁耦合諧振式無(wú)線充電利用系統(tǒng)電路諧振發(fā)射和接收線圈之間的強(qiáng)磁耦合方式，進(jìn)行高效、遠(yuǎn)距離的傳輸，可以通過(guò)控制發(fā)射端高頻逆變器開關(guān)元件的開關(guān)速度實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)頻，進(jìn)行輸出功率大小的調(diào)節(jié)控制，無(wú)須直流斬波模塊，降低系統(tǒng)應(yīng)用的復(fù)雜性。在應(yīng)用變電站巡檢機(jī)器人的無(wú)線充電技術(shù)中，要重點(diǎn)考慮接收線圈和發(fā)射線圈之間的精準(zhǔn)定位，避免兩線圈中心點(diǎn)不重合對(duì)系統(tǒng)傳輸效率的影響，發(fā)射線圈可以采用最優(yōu)化參數(shù)的分束型線圈結(jié)構(gòu)，優(yōu)化各個(gè)線圈束包含的線圈匝數(shù)和內(nèi)徑修正值，較好地改善充電區(qū)域磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，減小線圈對(duì)位偏移的影響。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，變電站巡檢機(jī)器人無(wú)線充電的關(guān)鍵技術(shù)主要從線圈優(yōu)化、磁場(chǎng)屏蔽、金屬異物檢測(cè)三個(gè)技術(shù)入手進(jìn)行分析，避免無(wú)線充電過(guò)程中線圈對(duì)位偏移的低效性問(wèn)題，規(guī)避漏磁通對(duì)巡檢機(jī)器人正常充電的干擾和影響，并采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行金屬異物的充電檢測(cè)。后續(xù)還要進(jìn)一步研究修正屏蔽線圈的抵消磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng)之間相位差的問(wèn)題，要采用移相器進(jìn)行相位調(diào)整，提高屏蔽效果。

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