韓建波

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京211106）

作為監(jiān)測電氣裝備狀態(tài)的基礎(chǔ)手段，實施智能巡檢可以及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備中存在的故障隱患，對于電網(wǎng)設(shè)備的持續(xù)、可靠、經(jīng)濟、安全運行有重要意義。在本課題中，主要針對智能變電站二次設(shè)備安裝工況的巡檢問題進行研究，以實現(xiàn)二次設(shè)備安裝工況的精細化管理，保障二次設(shè)備能夠經(jīng)濟、穩(wěn)定、安全地運行，因此設(shè)計一種智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)。

對于智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)方面的研究，國內(nèi)外均十分重視。美國早在20世紀80年代就完成了二次設(shè)備安裝工況巡檢方面的實用化研究，很多電力公司都實現(xiàn)了二次設(shè)備安裝工況的智能巡檢。有學者提出一種基于嵌入式技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)，我國對于該系統(tǒng)的研究也在不斷推進，并取得了很多實用性較強的研究成果。有學者提出一種基于GPS技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)并獲得了廣泛應(yīng)用。基于這些已取得的研究成果，設(shè)計一種新的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊主要利用TC35單片機實現(xiàn)在線巡檢中的GPRS通信功能[1]。所使用的單片機是一種GSM模塊，支持中文信息，是一種工業(yè)級單片機，具體技術(shù)參數(shù)如下：

最大下載數(shù)據(jù)速率為85.6 kbit/s；最大上傳數(shù)據(jù)速率為42.8 kbit/s；

四 頻：PCS 1900、DCS 1800和EGSM 900、GSM 850中能夠自動搜尋的4個頻段。并且這4個頻段符合GPRS Class 10+GSM Phase 2 I 2；

正常工作溫度：-30～+80℃；

SLEEP模式下的電流為0.9 mA；

靈敏度<-107；

工作電壓3.5～4.2 V；開機電壓>3.5 V；

支持串口復(fù)用功能，該功能符合GSM 07.10協(xié)議；支持2個串口，1個下載串口，1個AT命令口；

支持模擬音頻、數(shù)字音頻，支持AMR、FR、EFR、HR語音編碼；

AT命令支持TCP/IP命令接口與標準AT接口；

尺寸為22.8 mm×16.8 mm×2.2 mm。

1.2 設(shè)計GPS定位模塊

GPS定位模塊主要通過GPS定位芯片進行系統(tǒng)設(shè)備定位[2]。選擇的GPS定位芯片型號為SKG09BL，該芯片同時支持有源、無源天線，通信接口類型為UART，可達1 m的定位精度，靈敏度可達-165/-148 dBm，速度精度為0.1 m/s，支持多種短信息模式，其尺寸為22.8 mm×16.8 mm×2.2 mm，工作溫度為-40～85℃。

該芯片共由7部分電路構(gòu)成，具體包括外圍電路、設(shè)置通信跳線電路、下載口電路、電平轉(zhuǎn)換電路、顯示電路、單片機電路以及穩(wěn)壓電路，通過GPS調(diào)試軟件能夠?qū)π酒臄?shù)據(jù)進行直接輸出。

1.3 設(shè)計智能巡檢機器人模塊

在智能巡檢機器人模塊中，設(shè)計了適用二次設(shè)備安裝工況巡檢的智能巡檢機器人。該智能巡檢機器人是系統(tǒng)采集設(shè)備安裝信息數(shù)據(jù)、進行移動巡檢作業(yè)的載體[3]。設(shè)計的智能巡檢機器人由外殼、充電單元、承載底盤、驅(qū)動部分等構(gòu)成，重量約為80 kg，可達1 m/s的行走速度。該機器人的外殼選擇高強度金屬材質(zhì)，每臺機器人可以進行10 h左右的連續(xù)巡檢，機身設(shè)有低電量充電點自動返回程序，實現(xiàn)完全的智能化巡檢。

設(shè)計的智能巡檢機器人最遠可以實現(xiàn)2 km的信息傳輸，通過雙視云臺進行監(jiān)控，機身配置了30倍變焦、1080 P可見光相機以及熱成像儀紅外云臺，所配置的硬件設(shè)備可以充分滿足智能變電站二次設(shè)備安裝工況的巡檢需求[4]。其驅(qū)動部分能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的作業(yè)定位和現(xiàn)場作業(yè)移動，以及保持機器人移動時的爬坡能力和行駛速度。

該機器人可以實現(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)分析、識別設(shè)備安裝狀態(tài)、讀取儀表數(shù)值以及紅外測溫。

該充電房內(nèi)置電池并且設(shè)有充電接口，機器人通過與該充電接口進行直接接觸即可進行充電[5]。充電房內(nèi)還設(shè)有機器人停放處，機器人在充電時和停運時可以在充電房中安全?？?，同時充電房還能夠起到避雨、防曬、防風的作用。

1.4 設(shè)計數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫模塊可存儲二次設(shè)備安裝工況巡檢數(shù)據(jù)進行存儲，涉及巡檢項、巡檢項分組、巡檢任務(wù)、設(shè)備、設(shè)備安裝情況、用戶等數(shù)據(jù)表模型[6]。其中二次設(shè)備的數(shù)據(jù)表如表1所示，巡檢任務(wù)數(shù)據(jù)表如表2所示。

表1 二次設(shè)備的數(shù)據(jù)表

表2 巡檢任務(wù)的數(shù)據(jù)表

1.5 設(shè)計巡檢軟件模塊

巡檢軟件模塊用于機器人后臺控制、巡檢數(shù)據(jù)處理以及巡檢任務(wù)制訂、分配等，是系統(tǒng)的后臺軟件模塊。巡檢軟件為移動巡檢App，同時支持iOS和Android操作系統(tǒng)，具有在線升級、版本檢測、用戶退出、登錄、注冊等功能。在該App中，用戶可進行拍攝照片壓縮比、采集終端對應(yīng)IP地址等參數(shù)的設(shè)置[7]。該App還支持以智能變電站二次設(shè)備的類型為依據(jù)，查詢設(shè)備參數(shù)，能夠新建巡檢任務(wù)，并向智能巡檢機器人分配任務(wù)，以及對照片、日期、布爾量、數(shù)字、文本的巡檢數(shù)據(jù)進行處理，支持歷史記錄、備注信息等多種數(shù)據(jù)的查詢。

2 系統(tǒng)測試

2.1 實驗現(xiàn)場與設(shè)備布設(shè)

以某智能變電站二次設(shè)備安裝工況為例，對設(shè)計的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)進行性能測試。

通過采用設(shè)計的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)，對設(shè)備安裝現(xiàn)場進行設(shè)備安裝工況巡檢，總共布設(shè)20個智能巡檢機器人，并在現(xiàn)場安裝2個機器人充電房供機器人充電，平均每個充電房分配10個機器人。

通過移動巡檢App針對現(xiàn)場設(shè)備數(shù)量以及安裝工況對巡檢任務(wù)進行制訂，并向各個機器人進行巡檢任務(wù)的分配，開始進行巡檢實驗。

在智能巡檢機器人運行前，須保持場地平整，并在晴朗天氣下運行機器人，避免在極端天氣下運行機器人。

2.2 實驗測試

實驗主要對變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)的巡檢點位偏離情況和設(shè)備巡檢的覆蓋率進行測試。

首先測試系統(tǒng)的巡檢點位偏離情況，具體測試結(jié)果如表3所示。在測試中將現(xiàn)有的兩種方法作為對比測試方法，分別為基于嵌入式技術(shù)、基于GPS技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)。

根據(jù)表3的測試結(jié)果可知，基于嵌入式技術(shù)、基于GPS技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)有一定的巡檢點位偏離問題。而設(shè)計的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)僅有輕微巡檢點位偏離現(xiàn)象，須對智能巡檢機器人進行調(diào)試，更精確地對巡檢點位進行巡檢。

表3 巡檢點位偏離情況具體測試結(jié)果 m

對系統(tǒng)的二次設(shè)備安裝工況巡檢覆蓋率進行測試，測試結(jié)果如圖1所示。在測試中同樣將基于嵌入式技術(shù)、基于GPS技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)作為對比測試系統(tǒng)。

圖1中測試結(jié)果表明，在巡檢場地面積不斷增加的情況下，設(shè)計系統(tǒng)能一直保持較高的設(shè)備巡檢覆蓋面積，在巡檢場地面積為250 m2時，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)241.1 m2的設(shè)備巡檢覆面積，也就是說系統(tǒng)在巡檢場地面積較大時依然可以實現(xiàn)很高的設(shè)備巡檢覆蓋率。而基于嵌入式技術(shù)、基于GPS技術(shù)的智能變電站二次設(shè)備安裝工況在線巡檢系統(tǒng)這兩種對比系統(tǒng)在巡檢場地面積增大時設(shè)備巡檢覆蓋率都逐漸降低，表現(xiàn)遜色于設(shè)計系統(tǒng)。實驗證明，只有設(shè)計系統(tǒng)保持了較高、較平穩(wěn)的設(shè)備巡檢覆蓋率。

圖1 設(shè)備巡檢覆蓋率測試結(jié)果