田方 王飛 劉禮華

摘要：本文以減小巡檢人員勞動強度，保障巡檢人員人身安全，提升電站智能化智慧化技術(shù)水平為目標，通過對機器人巡檢技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及電站人工巡檢制度的現(xiàn)實需求、電站環(huán)境特點等的分析，提出一種智能巡檢機器人系統(tǒng)在水電站的應用方案。

關(guān)鍵詞：智能化;巡檢機器人;人工巡檢;設計應用

1前言

近年來國家重點推動水電工程設計、建設的數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，研發(fā)和建設數(shù)字流域和數(shù)字水電，促進智能水電廠、智能電網(wǎng)、智能能源網(wǎng)友好互動。隨著機器人技術(shù)的不斷發(fā)展完善，智能巡檢機器人系統(tǒng)在水電站進行了應用試點，但在水電站巡檢領(lǐng)域尚未實現(xiàn)廣泛成熟的應用。本文根據(jù)水電站巡檢需求、電站環(huán)境特點以及機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀提出一套適于水電站的智能巡檢機器人系統(tǒng)實施方案。智能巡檢機器人技術(shù)在水電站的設計應用將為提升水電站智慧化水平、實現(xiàn)精細化管理、降本增效提供重要的手段，從而全面提升發(fā)電企業(yè)核心競爭力。

2設計背景

機器人技術(shù)及其智能識別、驅(qū)動器技術(shù)、設備檢測監(jiān)測感知技術(shù)等在水電站站的應用實施，對促進水電站數(shù)字化信息化水平，提高電站安全預警防控能力及突發(fā)事件應急處理能力、加快信息技術(shù)與安全生產(chǎn)深度融合等具有重要意義。

2.1實施的可行性及必要性

2.1.1智能巡檢機器人技術(shù)的成熟

隨著人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，機器人、計算機領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)日趨成熟。工業(yè)機器人長時間穩(wěn)定巡檢、多種探測技術(shù)監(jiān)測、分析、識別且受環(huán)境因素影響低等優(yōu)勢逐步凸顯。以人工智能技術(shù)為契機，創(chuàng)新發(fā)展水電站運營管理新模式，利用“機器人”“智能視覺”等新技術(shù)為水電站安全運維發(fā)展開創(chuàng)新的方向。

2.1.2水電站人工巡檢存在的弊端

目前水電站巡檢方式主要依靠人工進行定時檢查、駐點值守。一方面，依靠人工檢查容易受到個人經(jīng)驗、主觀意識的影響，同時受到監(jiān)測手段、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析方面的制約，往往花費大量人力而不能得到有效的數(shù)據(jù)結(jié)果。而人工巡檢采集到的數(shù)據(jù)信息范圍、準確性、實時性等方面均存在不足，采集到的數(shù)據(jù)難以數(shù)字化、系統(tǒng)化，無法實現(xiàn)對設備的運行狀態(tài)、檢修維護等方面進行全面綜合分析，并制定出檢修計劃、維護方案等高級功能;另一方面，人工巡檢還存在一定的安全風險，且隨著設備使用年限的增長，設備故障率逐步增高，需要投入更多的人力物力進行巡檢、維護，運維成本隨之大幅度增加。

因此人工巡檢工作實施效果存在諸多不足且巡檢工作質(zhì)量難以穩(wěn)定保障。

2.1.3電站自動化系統(tǒng)存在的監(jiān)測盲點

水電站發(fā)展已進入智能化智慧化建設加速推進的新階段，而目前現(xiàn)有的傳感器技術(shù)對于漏水、漏氣、漏油、局部放電、機械異形、線路異物等狀況監(jiān)測尚無成熟有效的解決方案。人工巡檢受巡檢班次、間隔時間等因素制約，往往不能及時發(fā)現(xiàn)并處置。

2.1.4運維人員編制精簡，加強電站管控

隨著電站智能化智慧化相關(guān)技術(shù)的不斷應用、成熟、發(fā)展以及集控中心的建立各電站運行維護人員數(shù)量配置逐步精簡。大量現(xiàn)場巡視工作與逐步精簡的人員配置存在較為突出的矛盾。

引入機器人巡檢系統(tǒng)，利用機器人集成最新的機電一體化和信息化技術(shù)，替代人工對水電站設備進行全面高頻次巡檢，確保設備自主化安全可靠運行，提升智能巡檢管理水平，提高巡檢過程的可控性。實現(xiàn)巡檢人員部分或完全的替代有利于電站運行維護人員數(shù)量的減少，降低勞動強度，降低運營成本。

3設計目標

3.1安全運維技術(shù)創(chuàng)新

在智能巡視機器人替代人工現(xiàn)場巡視的基礎上，充分利用圖像識別、紅外熱成像、聲音采集分析等技術(shù)，完善現(xiàn)地巡檢信息采集范圍以及數(shù)字化水平。有機結(jié)合智能化電站管控一體化平臺，使巡檢機器人系統(tǒng)充分參與到電站管控平臺對電站運行維護的智能分析決策中，提升電站智能運檢水平。

3.2安全巡檢、覆蓋全面

水電站設備眾多、巡檢區(qū)域范圍廣，在布置有高電壓電氣等設備的區(qū)域?qū)θ松戆踩嬖谝欢ǖ陌踩[患。對于海拔三千米以上的電站，高寒缺氧環(huán)境惡劣的地區(qū)，對于巡視人員的安全危害的可能更大。而巡檢機器人在滿足運動、防護、安全的條件下，可以不受上述因素的影響，巡檢區(qū)域完全覆蓋全部電站樞紐建筑物，避免環(huán)境及設備等對巡視人員的危害的可能。

4系統(tǒng)功能設計

4.1系統(tǒng)概述

水電站巡檢機器人系統(tǒng)基于機器人自主運動平臺搭載多組高性能傳感器實現(xiàn)圖像采集、語音對講、局放檢測、環(huán)境采集以及智能導航與避障、充電等功能，系統(tǒng)后臺實現(xiàn)的綜合信息智能分析等功能。

4.2系統(tǒng)設備

智能巡檢機器人系統(tǒng)，主要包括：各型機器人（輪式機器人、履帶式機器人、軌道式機器人）充電單元、監(jiān)測平臺（包括服務器、平臺軟件）組成。如圖4-1所示機器人將巡檢的數(shù)據(jù)通過專有的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上傳到監(jiān)測平臺實現(xiàn)設備異常預警、安全管控及數(shù)據(jù)智能分析等功能。

4.3通信網(wǎng)絡平臺

智能巡檢機器人系統(tǒng)采用有線及無線通信方式，配置網(wǎng)絡交換機及若干個無線路由器組成局域網(wǎng)（如圖4-2），監(jiān)測平臺及巡檢機器人通過有線網(wǎng)絡及無線網(wǎng)絡設備連接。

巡檢機器人系統(tǒng)站內(nèi)通信主要采用無線傳輸方式，即巡檢機器人本體采集的相關(guān)信息、數(shù)據(jù)通過站內(nèi)專用無線AP網(wǎng)絡與站控終端系統(tǒng)進行信息交互。無線通信網(wǎng)絡平臺應具備較高的抗干擾性，適應電站高電壓、大電流、強電磁場的特殊環(huán)境，進行穩(wěn)定高速的信息傳輸。

4.4巡檢機器人形式及數(shù)量的選擇

目前巡檢機器人系統(tǒng)機器人載體主要包括輪式機器人、導軌式機器人及履帶式機器人等形式。由于電站樞紐的建筑較為復雜，現(xiàn)階段單一類型

的巡檢機器人尚不具備應對多種樞紐結(jié)構(gòu)的能力。因此，需根據(jù)電站建筑物不同高程、不同設備間，配置不同類型的巡檢機器人。如在主廠房發(fā)電機層、母線層、水輪機層、蝸殼層、GIS室、主變平臺、升壓站等位置配置輪式機器人，在壩區(qū)邊坡等位置設置導軌式機器人。

不同層高及不同區(qū)域的機器人配置數(shù)量，需考慮滿足巡檢周期、巡檢時長以及巡檢機器人巡航能力那等多種因素，確定巡檢機器人的配置數(shù)量。

5總結(jié)

智能巡檢機器人技術(shù)在水電站的應用是對電站傳統(tǒng)巡檢模式的創(chuàng)新。實現(xiàn)利用現(xiàn)有成熟機器人技術(shù)替代人工完成電站巡檢工作。智能巡檢機器人系統(tǒng)通過“狀態(tài)跟蹤、狀態(tài)評價、風險分析、科學決策、綜合協(xié)調(diào)”等過程，提升電站智能化、精細化運行管理水平，極大的確保提升生產(chǎn)系統(tǒng)運行的可靠性。

隨著機器人巡檢技術(shù)的不斷升級完善，將最終全面取代人工巡檢制度。同時機器人巡檢技術(shù)的應用、成熟也會極大的促進提高水電站智能化智慧化的技術(shù)水平。

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