近日，在國(guó)網(wǎng)天津電科院高壓試驗(yàn)大廳中，科研人員正在檢測(cè)一個(gè)像魚一樣的機(jī)器人的各項(xiàng)性能。這條“機(jī)器魚”在變壓器礦物絕緣油中，可以清晰、準(zhǔn)確、快速地識(shí)別、檢測(cè)出大型變壓器內(nèi)部碳痕、電樹枝放電等典型缺陷，并實(shí)時(shí)傳回清晰的畫面。

這就是國(guó)網(wǎng)天津市電力公司（以下簡(jiǎn)稱國(guó)網(wǎng)天津電力）自主研發(fā)的全國(guó)首個(gè)變壓器智能內(nèi)檢“機(jī)器魚”，它具備圖像自主識(shí)別、空間自主定位、三維路徑規(guī)劃、下潛深度懸停等功能。日前，“基于微型機(jī)器魚的大型變壓器內(nèi)部缺陷智能診斷與識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目通過(guò)了由國(guó)內(nèi)變壓器行業(yè)專家組進(jìn)行的性能測(cè)試和科技項(xiàng)目驗(yàn)收。

油浸變壓器人工巡檢麻煩且危險(xiǎn)

近幾年，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等前沿科技的不斷滲透，各行各業(yè)都迎來(lái)了飛速發(fā)展，同時(shí)也面臨越來(lái)越大的供電需求。在供電系統(tǒng)中，變壓器擔(dān)負(fù)著電壓轉(zhuǎn)換和能量傳輸?shù)闹匾饔谩?/p>

根據(jù)采用的絕緣介質(zhì)的不同，可以分為油浸式變壓器、干式變壓器和氣體絕緣變壓器。其中油浸式變壓器主要由線圈、鐵心以及油箱構(gòu)成，線圈和鐵心都封閉在油箱里。油箱里充滿了礦物絕緣油，對(duì)線圈起到絕緣保護(hù)作用。

“礦物絕緣油起到絕緣、冷卻、滅弧的作用，能夠保護(hù)變壓器，但當(dāng)發(fā)生疑似缺陷時(shí)，油浸式變壓器檢查維修起來(lái)非常困難?！眹?guó)網(wǎng)天津電科院變壓器專業(yè)負(fù)責(zé)人魏菊芳介紹，以往檢修人員通過(guò)外部電氣及油色譜分析試驗(yàn)，很難判斷變壓器內(nèi)部異常及部位。通常需要采用人工鉆入變壓器本體或吊罩的方式進(jìn)行檢查，存在著工作效率低、檢查準(zhǔn)確性差和安全風(fēng)險(xiǎn)隱患高等三大難題，每次檢查需要耗費(fèi)大量的人力和物力。

以一臺(tái)220千伏異常變壓器為例，放油檢查處理費(fèi)用約30萬(wàn)元，檢查大約需10天。

為了解決這一難題，國(guó)網(wǎng)天津電力考慮用機(jī)器人替代人工完成這項(xiàng)復(fù)雜而又危險(xiǎn)的工作。

“考慮到機(jī)器人要在礦物絕緣油中工作，因此我們采用了‘機(jī)器魚的設(shè)計(jì)。‘機(jī)器魚可在水平面上360度原地旋轉(zhuǎn)，具有全方位巡航能力。它的水平巡航速度可達(dá)2米每分鐘，上浮下沉速度可達(dá)1.5米每分鐘，自主下潛深度懸停誤差控制在3厘米以內(nèi)，還可根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)點(diǎn)，自主規(guī)劃巡檢路徑。”國(guó)網(wǎng)天津電科院研發(fā)人員劉力卿介紹。

“機(jī)器魚”可用于大型油浸式變壓器移位、變形、過(guò)熱等內(nèi)部狀態(tài)檢查，具備體積小、移動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)，可在不影響變壓器內(nèi)部環(huán)境的基礎(chǔ)上，在變壓器內(nèi)部對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行檢查，判斷變壓器內(nèi)部是否存在異常，有效提高變壓器檢修效率，大幅縮短變壓器停電檢修時(shí)間，降低檢修費(fèi)用，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

智慧大腦讓“機(jī)器魚”耳聰目明

讓“機(jī)器魚”在油中靈活地“游動(dòng)”，并且“耳聰目明”地對(duì)變壓器進(jìn)行各種識(shí)別和檢測(cè)，離不開國(guó)網(wǎng)天津電科院為這條魚打造的“智慧大腦”。

最初，這條“機(jī)器魚”遠(yuǎn)沒(méi)現(xiàn)在這么“聰明”。在研制過(guò)程中，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)遇到了缺陷圖像自主識(shí)別、定深懸停等技術(shù)難題。而解決這些難題對(duì)“機(jī)器魚”準(zhǔn)確識(shí)別變壓器內(nèi)部缺陷至關(guān)重要。

“當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)并沒(méi)有研發(fā)先例可供借鑒，也沒(méi)有成熟的硬件平臺(tái)作為載體?！眲⒘η浠貞浾f(shuō)，例如“機(jī)器魚”在變壓器內(nèi)部檢查過(guò)程中，會(huì)受到變壓器油清晰度、相機(jī)補(bǔ)光強(qiáng)度、“機(jī)器魚”移動(dòng)和拍攝角度等影響，使傳輸出的圖像較為模糊，對(duì)準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)缺陷造成不利影響。

另外，在巡檢變壓器的時(shí)候，需要“機(jī)器魚”巡視范圍廣，視覺(jué)畫面變化快。為解決這一問(wèn)題，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間探索，嘗試研究了多種圖像處理方法，最終確定了適用的圖像增強(qiáng)方法和目標(biāo)缺陷自主識(shí)別方法，達(dá)到了良好效果。

“最終，我們應(yīng)用了三維空間定位技術(shù)、姿態(tài)控制技術(shù)、全局路徑規(guī)劃技術(shù)以及圖像自主識(shí)別技術(shù)，解決了‘機(jī)器魚在變壓器封閉空間內(nèi)的無(wú)線定位、無(wú)線控制、無(wú)線圖像傳輸?shù)入y題，使其能在變壓器內(nèi)部靈活、準(zhǔn)確移動(dòng)，并快速確定變壓器內(nèi)部狀態(tài)及故障位置?！眲⒘η湔f(shuō)。

接下來(lái)，國(guó)網(wǎng)天津電力將圍繞小型化、便捷化、智能化方向?qū)Α皺C(jī)器魚”進(jìn)行迭代升級(jí)，優(yōu)化其物理結(jié)構(gòu)，完善圖像識(shí)別功能，提升典型缺陷自主識(shí)別能力，增強(qiáng)操控方式便捷性，并選取天津試用區(qū)域變壓器進(jìn)行重點(diǎn)推廣，提升變壓器巡檢智能化水平，有力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。