中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 劉 剛

當(dāng)前，傳統(tǒng)人工巡檢已無法適應(yīng)變電站改革，設(shè)備的安全運(yùn)行面臨著更大的挑戰(zhàn)，而智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)巡檢工作中的不足，為變電站的安全運(yùn)行提供了基礎(chǔ)保障。變電站為適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，正逐漸向“無人值守”趨勢(shì)過渡，在智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用中，應(yīng)依據(jù)變電站各項(xiàng)工作要求進(jìn)行規(guī)范操作與維護(hù)，以此增強(qiáng)運(yùn)行的安全性和可靠性，確保實(shí)踐與創(chuàng)新目標(biāo)一致。

1 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)概述

1.1 巡檢系統(tǒng)的內(nèi)涵

變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，其能夠以自動(dòng)控制等方式來布置工作，由機(jī)器人執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的任務(wù)，通過配合現(xiàn)代化技術(shù)拓展功能，所得數(shù)據(jù)信息可以傳輸?shù)诫娋W(wǎng)平臺(tái)中，準(zhǔn)確找到安全隱患問題。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、監(jiān)控后臺(tái)、遠(yuǎn)程集控、導(dǎo)航設(shè)施及其他輔助設(shè)施，應(yīng)用傳輸技術(shù)、傳感技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等可以精準(zhǔn)捕捉變電站信息，通過自動(dòng)控制完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集操作，按照管理標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化巡查，將所采集的數(shù)據(jù)傳輸至運(yùn)行監(jiān)控后臺(tái)，確保工作開展的安全性和穩(wěn)定性，有效滿足現(xiàn)階段電力工程建設(shè)的運(yùn)行需求。

1.2 巡檢系統(tǒng)的特點(diǎn)

巡檢系統(tǒng)能夠按照預(yù)先設(shè)定好的路線完成工作，在抵達(dá)巡檢位置時(shí)自動(dòng)停車探測(cè)記錄，完成規(guī)劃路徑之后返航并傳輸關(guān)數(shù)據(jù)，后臺(tái)可以直觀的了解到當(dāng)前信息是否存在偏差[1]。智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)控制需要輔助模塊進(jìn)行快速定位，如將無線遙控與通訊技術(shù)綜合在一起，從而控制機(jī)器人完成帶電操作。利用FFT原理識(shí)別噪聲，通過后臺(tái)自動(dòng)生成曲線圖，在此過程中必須融入自檢功能，異常情況快速上傳至終端，分析當(dāng)前所存在的故障信息，復(fù)雜地形可通過人工控制完成，通過完善的調(diào)配制度及管理制度節(jié)省消耗，最終順利達(dá)成巡檢工作預(yù)期目標(biāo)。

圖1 變電站巡檢機(jī)器人

2 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的功能

2.1 定位導(dǎo)航

變電站傳統(tǒng)巡檢以人工方式為主，不僅工作量繁重，且效率也并不高，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，而應(yīng)用智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)則可以有效解決這一問題?；鞠到y(tǒng)層的由多個(gè)部分構(gòu)成，可以采用PLC編程語言來規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路線，在此過程中可以配合RFID完成數(shù)據(jù)信息采集，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用視覺傳達(dá)器進(jìn)行定位和導(dǎo)航，依據(jù)工作需求進(jìn)行調(diào)整。為了精準(zhǔn)掌握各設(shè)備運(yùn)行實(shí)況，需要進(jìn)一步完善運(yùn)維管理工作，使其能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，在檢查環(huán)節(jié)中分析設(shè)備實(shí)況，發(fā)現(xiàn)變電站存在問題后第一時(shí)間進(jìn)行匯報(bào)，便于管理部門及時(shí)處理，有效杜絕風(fēng)險(xiǎn)問題的發(fā)生。

2.2 視頻分析

智能巡檢機(jī)器人可以對(duì)當(dāng)前環(huán)境的情況進(jìn)行視頻分析，配合可見光技術(shù)對(duì)各項(xiàng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，在一定程度上取代了傳統(tǒng)人工執(zhí)行的方式，與“無人值守”創(chuàng)新目標(biāo)一致。智能巡檢機(jī)器人可以綜合應(yīng)用各類附加模塊，強(qiáng)化其功能與性能，進(jìn)一步提高自身的應(yīng)用性、時(shí)效性，滿足變電站巡檢工作的要求。視頻分析能夠精準(zhǔn)地掌握各項(xiàng)設(shè)備的情況和具體位置，如在此過程中發(fā)現(xiàn)某一設(shè)備存在隱患問題，可以實(shí)時(shí)將信息資源傳輸?shù)娇刂浦行模S后得出具體的故障類型、位置、影響程度等，有效避免因處理不當(dāng)而造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.3 噪聲診斷

為了確保變電站的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)其內(nèi)部開關(guān)、線路布置以及設(shè)備工作狀態(tài)等情況進(jìn)行了解，根據(jù)后臺(tái)編程控制機(jī)器人的運(yùn)作，搭配各類數(shù)據(jù)獲取設(shè)備精確收集當(dāng)前變電系統(tǒng)的信息，保證信息交換與傳遞的有效性。在語音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用過程中，通過對(duì)其音質(zhì)提升，最大限度提高噪聲識(shí)別的靈敏度，可為變電站后續(xù)診斷工作提供有利條件。同時(shí)，要考慮自身的智能化特點(diǎn)，打造出符合實(shí)際應(yīng)用需求的變電站，為此在后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)智能巡檢機(jī)器人的研發(fā)，通過合理應(yīng)用各類技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，從而有效滿足檢測(cè)需求[2]。

2.4 紅外測(cè)溫

變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其安全性和穩(wěn)定性也備受關(guān)注，智能機(jī)器人巡檢需要融合多個(gè)組成模塊才能完成任務(wù)，在實(shí)際執(zhí)行過程中可以通過交互獲取任務(wù)目標(biāo)，為此系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中必須考慮整個(gè)項(xiàng)目的可擴(kuò)展性，避免任務(wù)過程中數(shù)據(jù)異常而無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，基站系統(tǒng)是控制中心，框架則是一種驅(qū)動(dòng)方式，工作開展中應(yīng)用智能巡檢機(jī)器人，只需對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)，就能獲取到相應(yīng)溫度，配合其他硬件與軟件系統(tǒng)對(duì)測(cè)溫后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將運(yùn)行中的固定標(biāo)準(zhǔn)作為主要依據(jù)，從而有效避免安全事故的出現(xiàn)。

3 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在減少工作量、提高操作維護(hù)效率和異常設(shè)備應(yīng)急處理等方面取得了重大進(jìn)展，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下方面。

3.1 節(jié)約成本

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)作為智慧電子系統(tǒng)，靈活性高，可以根據(jù)當(dāng)前變電站的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，配合集成功能模塊拓展應(yīng)用，按照設(shè)計(jì)師的意圖完成工作。在使用機(jī)器人前，需要做好相應(yīng)的編程，使其能夠按照既定要求完成任務(wù)，檢測(cè)范圍應(yīng)囊括整個(gè)電站的所有設(shè)備，合理應(yīng)用能夠?qū)⒐ぷ鲿r(shí)間減少到約 100個(gè)人工時(shí)，不僅縮短了時(shí)間，且節(jié)約了大量的勞動(dòng)力成本。

3.2 提高效率

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)投入使用，可以有效提高相關(guān)工作開展的效率，如機(jī)器人通過測(cè)量紅外溫度來分析每個(gè)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度分布，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立分析，縮短遠(yuǎn)程視頻和處理的時(shí)間。同時(shí)，由于人工方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析往往耗時(shí)多且誤差大，為此可以通過配合智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)提高統(tǒng)計(jì)分析的準(zhǔn)確度，精確收集設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際信息，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況定位缺陷。

3.3 拓展功能

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的拓展功能性較強(qiáng)，其可以通過搭配不同技術(shù)與設(shè)備完成相應(yīng)的工作，實(shí)現(xiàn)油位、SF6氣體密度、避雷器泄漏電流、數(shù)據(jù)讀取、超限報(bào)警等，也可以檢測(cè)出設(shè)備斷裂破損、運(yùn)行異常或缺陷問題，利用可見光設(shè)備位置自動(dòng)識(shí)別功能實(shí)現(xiàn)對(duì)倒閘操作過程中全程遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)。在此基礎(chǔ)上，通過紅外儀檢測(cè)全部戶外一次設(shè)備發(fā)熱情況，可以配合人工實(shí)地考察以保證工作效果。

4 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的模塊應(yīng)用

4.1 運(yùn)動(dòng)模塊

運(yùn)動(dòng)模塊是帶動(dòng)智能機(jī)器人運(yùn)行的核心，可以選取TMCM-1161控制器控制步進(jìn)電機(jī)，高轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min，最大電流19A，減速機(jī)減速比為15∶1，實(shí)際應(yīng)用中控制方便，可配合輪轂轉(zhuǎn)向模塊選取轉(zhuǎn)向。

4.2 主控模塊

控制系統(tǒng)是機(jī)器人行動(dòng)的核心，以STM32f407系列控制芯片為例，其具有運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)空間大、連接串口多等優(yōu)點(diǎn)，連接功率放大器部分在功率放大器模塊中執(zhí)行，可有效滿足機(jī)器人的復(fù)雜控制需求，減少各項(xiàng)功率消耗[3]。

4.3 通信模塊

通信模塊的主要作用是收發(fā)數(shù)據(jù)信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況向控制模塊發(fā)出模擬信號(hào)，控制相關(guān)電機(jī)運(yùn)行，發(fā)送與接收可以采用通過網(wǎng)絡(luò)配合衛(wèi)星的方式來擴(kuò)大信號(hào)覆蓋面，擺脫P(yáng)C電腦主導(dǎo)的控制模式，避免信息通信效果不佳。

4.4 采集模塊

采集模塊的功能在于對(duì)信息參數(shù)進(jìn)行收集和整理，實(shí)時(shí)察看接收機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，配合故障報(bào)警、故障定位、故障處理等，且能夠?qū)Ω黝悹顟B(tài)信息及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新，以此保證機(jī)器人在運(yùn)行過程中的安全性和穩(wěn)定性。

5 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1 基站控制系統(tǒng)層

基站控制系統(tǒng)層包括了多方面的內(nèi)容，在機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，對(duì)機(jī)器人的行駛進(jìn)行操作，控制可以在鍵盤和鼠標(biāo)等基礎(chǔ)上完成，在這一過程中可以自由設(shè)定相應(yīng)的巡視時(shí)間，所需執(zhí)行的主要任務(wù)包含紅外檢測(cè)、圖像獲取、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，切?shí)保障變電站的實(shí)際運(yùn)行效果。在智能機(jī)器人的巡檢系統(tǒng)處理中，可以配合遙控功能實(shí)現(xiàn)自由操作，在此過程中的各項(xiàng)信息可以儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫中并做好分類與記錄，巡視記錄分析后可以得出最終結(jié)果，為后續(xù)的工作開展提供支持。為實(shí)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人統(tǒng)一管控發(fā)展目標(biāo)，需要設(shè)定統(tǒng)一的接口規(guī)范，對(duì)其服務(wù)接口進(jìn)行控制，增強(qiáng)智能巡檢機(jī)器人運(yùn)行可靠性。查詢模塊可以即對(duì)儲(chǔ)存的信息進(jìn)行調(diào)取，將數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和備份，相關(guān)的紅外圖像或圖表、線形圖等則需要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，避免因數(shù)據(jù)異常而導(dǎo)致后續(xù)工作無法順利進(jìn)行。

5.2 移動(dòng)站系統(tǒng)層

移動(dòng)站系統(tǒng)中的組成部分較多，主控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在智能機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)全方位和多功能的操作處理，對(duì)這些信息內(nèi)容有效分析。導(dǎo)航定位系統(tǒng)則需要配合傳感器，跟蹤地面機(jī)器人的運(yùn)行軌跡，配合動(dòng)力系統(tǒng)完成具體操作，經(jīng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)一步開發(fā)，把監(jiān)控管理軟件設(shè)置在集控子站系統(tǒng)中，系統(tǒng)可各級(jí)產(chǎn)品類型、生產(chǎn)廠家等進(jìn)行統(tǒng)一化管理，保證系統(tǒng)中的管理軟件與硬件自由切換，為智能巡檢機(jī)器人正常運(yùn)用奠定良好基礎(chǔ)。電池和電源管理器等相關(guān)內(nèi)容，主要是為機(jī)器人提供基礎(chǔ)，促使電池得到合理配置和管理，在移動(dòng)站系統(tǒng)層中的檢測(cè)采集系統(tǒng)下，核心目標(biāo)放在服務(wù)交互數(shù)據(jù)格式方面，考慮標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口規(guī)范能與多個(gè)智能巡檢機(jī)器人交互、控制，對(duì)攝像機(jī)以及紅外熱像儀等設(shè)備提供依據(jù)，從而保證機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行能夠滿足變電站的需求。

6 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的改造與開發(fā)

6.1 改造

考慮變電站創(chuàng)設(shè)要求越來越高，其自身智能化特點(diǎn)、技術(shù)水平等也發(fā)生顯著變化，為保證智能巡檢機(jī)器人能滿足現(xiàn)代化變電站運(yùn)維工作開展需求，還需在智能巡檢機(jī)器人設(shè)備改造方面引起重視。以“小型化”為目標(biāo)，擴(kuò)大其工作范圍與應(yīng)用領(lǐng)域，保證在不同環(huán)境下，各類智能巡檢機(jī)器人均能正確充電與運(yùn)用。智能巡檢機(jī)器人可依據(jù)充電任務(wù)自動(dòng)識(shí)別及選擇相應(yīng)的模式，便于其在實(shí)踐運(yùn)用中有較強(qiáng)的靈活性，且可以降低產(chǎn)品綜合成本，包括投資成本、產(chǎn)品體積、重量等。在此基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步提高智能巡檢機(jī)器人集成度，在改造階段以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)為主，提升變電站運(yùn)維技術(shù)水平、工作效率，對(duì)變電站工作帶來積極影響[4]。

6.2 開發(fā)

在電站的運(yùn)行維護(hù)方面，應(yīng)用智能巡檢機(jī)器人能夠有效地提高巡視的數(shù)量和質(zhì)量，及時(shí)地獲取到電站中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合數(shù)據(jù)的具體處理結(jié)果來判斷電站在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障。智能巡檢機(jī)器人的開發(fā)工作需要考慮產(chǎn)品性能、功能、安全等方面，為此在對(duì)產(chǎn)品運(yùn)用中需要了解監(jiān)控系統(tǒng)文件、系統(tǒng)軟件等因素影響，規(guī)避應(yīng)用過程中的風(fēng)險(xiǎn)問題。在服務(wù)接口管控階段，需要將集控子站系統(tǒng)作為主體，為滿足變電站運(yùn)維工作各項(xiàng)需求，需在服務(wù)接口規(guī)范統(tǒng)一管理，做好路徑文件規(guī)范、巡檢作業(yè)流程、人物信息、地圖規(guī)范等，從而突出其特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，有效提升工作效率，以此確保其能夠與變電站運(yùn)維工作開展相符合。

7 變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用成效

7.1 信息分析

智能巡檢機(jī)器人在變電系統(tǒng)運(yùn)行中，必須設(shè)定相應(yīng)的目錄，了解傳感器中的各類信息所代表的參數(shù)，避免與變電站使用要求不符。在智能巡檢機(jī)器人改造階段，要做好產(chǎn)品性能強(qiáng)化工作，強(qiáng)調(diào)障礙檢測(cè)、分析、避讓，設(shè)置超聲識(shí)別系統(tǒng)獲取信號(hào)，把路徑上存在的障礙物各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋到控制中心中，由工作人員對(duì)障礙物及時(shí)清除，以此確保變電站運(yùn)維工作有序?qū)嵤?/p>

7.2 溫度測(cè)量

人工巡檢工作方式已經(jīng)無法滿足智能變電站運(yùn)維工作實(shí)施要求，會(huì)受各項(xiàng)因素影響而引發(fā)安全問題，所產(chǎn)生的后果與影響程度均比較大。在智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用階段，要做好性能可靠性提升工作，保證巡檢中拍攝的圖像與標(biāo)準(zhǔn)匹配，通過改造擴(kuò)增溫度測(cè)量的范圍，根據(jù)變電站運(yùn)維要求提高其應(yīng)用效果，增強(qiáng)變電站整體安全性、可靠性，在根源上杜絕設(shè)備故障問題發(fā)生[5]。

7.3 缺陷跟蹤

變電站運(yùn)維工作中的缺陷跟蹤，考慮變電站各設(shè)備運(yùn)行實(shí)況，依據(jù)巡檢環(huán)節(jié)中所獲取的信息數(shù)據(jù)，借助智能巡檢機(jī)器人對(duì)其缺陷跟蹤監(jiān)視，再加上技術(shù)人員對(duì)設(shè)備性能、特點(diǎn)、工作內(nèi)容等綜合探究，及時(shí)解決設(shè)備故障問題，從而保證變電站設(shè)備管理工作有效性。隨著智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用流程規(guī)范，能逐漸減少人員數(shù)量，降低變電站運(yùn)維工作成本，從而提升整體工作效率。

7.4 夜巡工作

變電站內(nèi)各電氣設(shè)備呈24h不間斷運(yùn)行狀態(tài)，夜巡階段所面臨的影響因素更多，在智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用階段，要設(shè)置相應(yīng)的照明系統(tǒng)，把夜巡階段所產(chǎn)生的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸、反饋，滿足智能巡檢機(jī)器人夜巡工作實(shí)施要求。為了能夠進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)獲取的精確度，實(shí)際執(zhí)行中可以通過與電機(jī)之間的觸動(dòng)來檢查電機(jī)情況析，并在系統(tǒng)中設(shè)定查詢的時(shí)間，提高夜間檢測(cè)的效果。

8 結(jié)語

隨著我國科技水平不斷提升，在變電站創(chuàng)建階段就提出了更高要求，為了能夠?qū)嵺`應(yīng)用中突出智能巡檢機(jī)器人功能，需要做好相應(yīng)的改造優(yōu)化，為其改造與開發(fā)提供基礎(chǔ)條件，最終顯著提升變電站巡檢工作質(zhì)量與效率。