林世瑤，郭平

（1.哈爾濱電氣國際工程有限責(zé)任公司；2.國能滎陽熱電有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 前言

發(fā)電站是將自然界存在的各種一次能源轉(zhuǎn)換為電能的工廠，是電力的生產(chǎn)中心，更是推動社會發(fā)展和人類進(jìn)步的發(fā)動機(jī)。隨著世界的發(fā)展和人類環(huán)保意識的增強(qiáng)，更加高效、清潔、環(huán)保、智能并且可持續(xù)的發(fā)電站模式，已成為全球電力行業(yè)所共同追求的目標(biāo)。機(jī)器人，顧名思義，是具備一定類人或者仿生功能的智能機(jī)器。機(jī)器人的誕生與能源領(lǐng)域的發(fā)展息息相關(guān)。1947年，美國橡樹嶺國家實驗室研發(fā)了世界上第一臺遙控的機(jī)器人，用于搬運和處理核燃料，機(jī)器人自此誕生。此后，機(jī)器人經(jīng)歷了示教再現(xiàn)、感覺型和智能型機(jī)3個發(fā)展階段。隨著科技的進(jìn)步以及相關(guān)智能化技術(shù)的推廣和加深，機(jī)器人技術(shù)隨之被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域，也包括了電站領(lǐng)域。機(jī)器人因其具備類人及仿生的特征，可以通過傳感、規(guī)劃、控制來完成檢測、避障以及操作等作業(yè)，所以，在那些繁雜的、重復(fù)的、作業(yè)環(huán)境惡劣的以及對人構(gòu)成危險和危害的領(lǐng)域，可以協(xié)助人類作業(yè)，甚至替代人工作業(yè)。而燃煤電站系統(tǒng)作為大型的電能生產(chǎn)工廠，為機(jī)器人技術(shù)提供了豐富的應(yīng)用空間。

2 概述

發(fā)電站按照其所利用的能源不同分為火力發(fā)電站、水力發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站、太陽能發(fā)電站、潮汐發(fā)電站以及核能發(fā)電站等，目前占比最大的是燃煤火力發(fā)電站。而機(jī)器人也根據(jù)移動方式，應(yīng)用場合等，有輪式、履帶式、工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人等種類劃分。而無論對于哪種類型的電站系統(tǒng)，機(jī)器人應(yīng)用場景都有著高精度、高危險、高強(qiáng)度的特征。本文列舉了不同類型的機(jī)器人在燃煤電站系統(tǒng)中的應(yīng)用案例。通過對燃煤電站系統(tǒng)機(jī)器人應(yīng)用案例的總結(jié)和分析可以看出，機(jī)器人技術(shù)作為高科技的集成典范，必將更加廣泛應(yīng)用于各類型電站系統(tǒng)中，助力電站系統(tǒng)走向高效、清潔、智能。

3 機(jī)器人在電站系統(tǒng)中的應(yīng)用案例

3.1 燃煤電站系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人

燃煤電站系統(tǒng)在運行過程中，操作人員要通過電站的監(jiān)測控制系統(tǒng)來獲取并掌握機(jī)組運行狀態(tài)，此外，現(xiàn)場巡檢也必不可少。而采用傳統(tǒng)的人工巡檢不僅工作量大，廠內(nèi)粉塵、化學(xué)品、高壓、高溫等一系列危險因素，也是對巡檢人員的一種潛在安全隱患。

燃煤電站系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人，是一個集成了多種傳感器的智能機(jī)器人。通過將多種傳感器集成于一個移動平臺，輔助以路徑規(guī)劃、信息通訊、自主充電等功能，可以實現(xiàn)對電站車間的既定路線的巡檢，設(shè)備狀態(tài)檢測及反饋，并能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲以及分析比對，從而實現(xiàn)對電站各系統(tǒng)的智能巡檢功能。

深圳鈺湖電力有限公司的張燕東等研制的智能巡檢機(jī)器人，通過開發(fā)整合智能檢測技術(shù)，使其具有溫度檢測、振動監(jiān)測、聲音及圖像的識別和提取功能，從而進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計以及分析，并且可以通過手機(jī)，實現(xiàn)在線監(jiān)控等功能，很好的滿足了發(fā)電站日常巡檢的功能需求，并且在深圳鈺湖電力有限公司進(jìn)行了示范應(yīng)用，各項功能都達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

浙江浙能技術(shù)研究院有限公司的李峰等人，基于機(jī)器人運用的平臺理念，通過無人值守系統(tǒng)的建設(shè)，運用云-邊-端的體系架構(gòu)，輔以智能化高級應(yīng)用建設(shè)，讓電廠車間擺脫傳統(tǒng)人工巡檢的方式，實現(xiàn)了對設(shè)備運行情況及環(huán)境狀態(tài)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)智能采集、移動監(jiān)視、遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能分析以及多模式人機(jī)交互，最終實現(xiàn)電站泵房無人值守。

華能集團(tuán)的陳建忠等人研制延至出一款基于輸煤廊道巡檢機(jī)器人的智能巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)以機(jī)器人代替人工對廊道進(jìn)行巡檢，以攝像頭及各種檢測儀表代替人的各種判斷，以三維畫面形式對整個巡檢系統(tǒng)實現(xiàn)綜合管理，最終可實現(xiàn)對整個輸煤廊道的自動巡檢，并在巡檢過程中對超溫、聲音異常、粉塵超標(biāo)、皮帶跑偏等現(xiàn)象進(jìn)行自動報警，實現(xiàn)事故追溯、歷史查詢等功能。

福建（泉州）哈工大工程技術(shù)研究院，也開發(fā)出適用于電力行業(yè)長距離、高空巡檢作業(yè)場景，針對電站輸煤系統(tǒng)的軌道式智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)。該款智能巡檢機(jī)器人，采用集轉(zhuǎn)向、導(dǎo)向、預(yù)張緊及驅(qū)動為一體的雙驅(qū)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計，搭載云臺、高清攝像頭、紅外熱像儀超聲波雷達(dá)、RFID及編碼器等模塊于一身，配套監(jiān)控系統(tǒng)，具備視覺識別、設(shè)備測溫、自主定位、自動避障、自主充電、自動巡檢、異常情況自動報警等多種功能。該款機(jī)器人已經(jīng)成功應(yīng)用于內(nèi)蒙古和江西的燃煤熱電廠輸煤系統(tǒng)中。

國電東勝公司更是在電站內(nèi)部署了多款智能巡檢機(jī)器人，巡檢區(qū)域包括：汽機(jī)、鍋爐房，升壓站，配電室、電子間，輸煤廊道和封閉煤場等，根據(jù)應(yīng)用場景的不同，所配置的機(jī)器人移動形式也分輪式和軌道式等，采用的監(jiān)測和檢測手段也不盡相同。通過在燃煤電廠生產(chǎn)現(xiàn)場部署以上智能巡檢機(jī)器人，使電廠的巡檢和測量工作變得標(biāo)準(zhǔn)化，并且不受時間和外界環(huán)境的限制。通過多種機(jī)器人的配置，實現(xiàn)了對國電東勝電站的電廠的智能監(jiān)管，每年可發(fā)現(xiàn)各種故障百余次，減少損失100萬元以上。

由此可見，目前智能巡檢機(jī)器人產(chǎn)品豐富，技術(shù)成熟，并已經(jīng)在燃煤電站領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。各種攜帶多種高精度傳感器的智能巡視機(jī)器人，替代了傳統(tǒng)的人工巡視，使電廠的巡檢工作變得全方位、全天候、高精度、高效率。

3.2 電站鍋爐水冷壁清掃檢測機(jī)器人

鍋爐是燃煤火力電站的三大主機(jī)設(shè)備之一，是產(chǎn)生高溫高壓蒸汽的蒸汽發(fā)生裝置。水冷壁則是電站鍋爐的主要受熱部分，分布于鍋爐爐膛的四周，由數(shù)排鋼管組成。鍋爐在正常燃燒運行時，鍋爐的水冷壁因其爐膛內(nèi)側(cè)的管壁直接接觸火焰及燃料和飛灰，因此會產(chǎn)生磨損、積灰、結(jié)渣、腐蝕等問題，影響傳熱效果，嚴(yán)重時還可能發(fā)生爆管事故。因此，除了采取噴涂防腐涂層等措施外，必須要定期的清掃水冷壁排管，并進(jìn)行壁厚的檢測。傳統(tǒng)的作業(yè)方式，就是通過人工對水冷壁排管清掃和檢測。這種方式，需要在爐內(nèi)搭腳手架，然后人工采用目測以及手持式超聲波測厚儀的方式進(jìn)行檢查。這種傳統(tǒng)人工作業(yè)的方式，周期長、效率低、費用高、可靠性差、安全性差。針對以上問題和需求，鍋爐水冷壁清掃和磨損檢測機(jī)器人應(yīng)運而生。

早在1998年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所的沈為民等便研究出一款水冷壁爬壁清掃檢測機(jī)器人，用于對鍋爐水冷壁排管向火面浮灰的清掃、結(jié)焦的清除、以及排管壁厚度的自動檢測。機(jī)器人能夠在檢測到壁厚小于預(yù)置的極限值處發(fā)出報警信號，并能夠在該處打標(biāo)記。

湖北工業(yè)大學(xué)的宋小春等研制出一種能在水冷壁管壁表面自動爬行的高效無損檢測機(jī)器人系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括：機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)、磁化與檢測裝置、控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集和分析的可視化軟件等。通過試驗驗證，研發(fā)的磁性檢測裝置能完成鍋爐在役管道的普查和缺陷定位，超聲檢測能有效實現(xiàn)局部缺陷的定量檢測。

常州大學(xué)的張學(xué)劍等研究出一款永磁吸附式的爬壁機(jī)器人，主要用于循環(huán)流化床鍋爐的水冷壁厚度檢測。該款機(jī)器人對永磁吸附結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使其具備更大的吸力，從而增強(qiáng)其爬壁過程中的載重能力。該款機(jī)器人通過特制的永磁履帶吸附到水冷壁壁面，然后通過電機(jī)驅(qū)動蝸輪蝸桿減速器、鏈輪、鏈條等機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)，驅(qū)動機(jī)器人本體向上沿壁爬行。四組導(dǎo)向輪的配置，可以不斷對機(jī)器人爬行的方向進(jìn)行修正。為了提高檢測效率，設(shè)計了一種新型無損檢測裝置，可以同時進(jìn)行兩根排管厚度的檢測。水平橫移減速電機(jī)通過連接軸與編碼器連接，通過編碼器記錄水平移動距離。此種檢測裝置，可以一次檢測相鄰八根排管的厚度，大大的提高了檢測效率縮短了工期。

此外，國家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司江蘇諫壁電廠主導(dǎo)研發(fā)了一款鍋爐水冷壁檢修機(jī)器人，并首次將堆焊修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于鍋爐水冷壁的檢修過程。在此前水冷壁檢測機(jī)器人的基礎(chǔ)上，通過多種傳感技術(shù)的應(yīng)用以及基于人機(jī)交互式機(jī)器人的方式，實現(xiàn)了基于機(jī)器人平臺的檢測和焊接修復(fù)工作。據(jù)報道，該款爬壁檢修機(jī)器人，通過移動平臺的設(shè)計，使其能夠在水冷壁快速安全的爬行，并通過搭載檢測傳感設(shè)備，實現(xiàn)對水冷壁的檢測，此外，通過打磨以及焊接等功能模塊的配置，可以實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)問題后的遠(yuǎn)程在線修復(fù)功能。通過該款機(jī)器人配置，可以實現(xiàn)水冷壁的檢測和修復(fù)一體化，從而可以是水冷壁檢修工作的成本降低、工期縮短、效率和安全性都得以提高。

通過以上水冷壁清掃檢測機(jī)器人的研發(fā)投用，可以逐步代替水冷壁清掃檢測的傳統(tǒng)人工作業(yè)形式，從而大大提高工作效率、檢修可靠性和作業(yè)安全性、縮短檢測時間、降低作業(yè)費用，從而降低電站運行維護(hù)成本。該種類型的機(jī)器人目前已經(jīng)逐漸走向成熟化和產(chǎn)品話，未來應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)語

通過以上燃煤火力電站系統(tǒng)中機(jī)器人技術(shù)的成功應(yīng)用案例，我們不難看出，智能機(jī)器人的應(yīng)用場景都有著高危險、高強(qiáng)度、高精度的特點。以上燃煤電站機(jī)器人可以憑借其出色的移動、檢測、控制和執(zhí)行能力，更好的替人類去執(zhí)行繁重、危險、復(fù)雜的工作任務(wù)，并且大大提高了效率，縮短了周期，節(jié)省了成本，增加了安全性和可靠性，完成了極端情況下，人工無法完成的工作，從而使其能在電站系統(tǒng)的眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

本文著重介紹了機(jī)器人技術(shù)在燃煤電站中的成功應(yīng)用案例，除了燃煤火力發(fā)電站以外，智能機(jī)器人技術(shù)也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到水電站的長距離引水隧洞檢測、光伏電站的組件清洗、核電站的主管焊接以及核電站的水下檢測、監(jiān)控、應(yīng)急及搶修等方面。

在我國的“十四五”規(guī)劃中，智慧能源被多次提及，隨著社會和科技的發(fā)展進(jìn)步，智能化新型電站必將成為時代發(fā)展的趨勢和主流。機(jī)器人技術(shù)作為自動化和智能化領(lǐng)域的代表性產(chǎn)物，隨著通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)和遠(yuǎn)程控制技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人的穩(wěn)定性和可靠性逐漸加強(qiáng)，也必將更加廣泛的應(yīng)用于電站領(lǐng)域，從而提高電站系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，助力電站系統(tǒng)走向更高的智能化水平，成為智慧能源中的重要組成部分。