蔡志全，張 晶，邢婷婷

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北唐山 063200）

引言

變電站作為電力樞紐站，不僅是電力電氣設(shè)備的中心，還是電力能量的轉(zhuǎn)換站，所以在供配電系統(tǒng)中占據(jù)著重要的地位。常規(guī)變電站的點(diǎn)巡檢工作由變電站值班員負(fù)責(zé)，因不同值班員的業(yè)務(wù)能力、責(zé)任心等存在著差異，這樣不僅會(huì)因人為因素的存在造成點(diǎn)巡檢標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不統(tǒng)一，還會(huì)造成漏檢、錯(cuò)檢現(xiàn)象的發(fā)生，所以最終呈現(xiàn)的點(diǎn)巡檢結(jié)果會(huì)出現(xiàn)誤差甚至是錯(cuò)誤。

隨著智能變電站技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站的運(yùn)維管理模式也發(fā)生了變化［1］，無人化是變電站發(fā)展的大趨勢。為實(shí)現(xiàn)變電站的無人化管理，巡檢機(jī)器人的應(yīng)用使得問題得到了解決。使用巡檢機(jī)器人不僅能夠克服人為點(diǎn)巡檢存在的諸多弊端，還能夠解放人力資源，豐富點(diǎn)巡檢內(nèi)容，為變電站無人化實(shí)現(xiàn)提供解決方案。巡檢機(jī)器人的使用，還可以實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)上傳與共享，所以采用巡檢機(jī)器人有明顯的優(yōu)勢。

1 變電站巡檢需求

變電站巡檢工作以站內(nèi)一次設(shè)備為重點(diǎn)對象開展，主要巡檢設(shè)備有：變壓器、隔離開關(guān)、斷路器、互感器、避雷器、母線、電容器、電抗器等［2］，其主要目的就是通過巡檢及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以避免設(shè)備狀況的進(jìn)一步惡化。巡檢任務(wù)主要有表計(jì)信息的抄錄，狀態(tài)指示信號的識別，設(shè)備本體放電和溫度檢測，變壓器油位讀取，設(shè)備運(yùn)行噪聲辨識，設(shè)備外觀檢測，隔離開關(guān)和刀閘位置檢測，環(huán)境溫度濕度檢測。

機(jī)器人代替人工進(jìn)行巡檢，應(yīng)具備人工巡檢所具有的基本功能，能夠精準(zhǔn)地對設(shè)備進(jìn)行“望聞問切”。巡檢機(jī)器人首先要有自主導(dǎo)航功能，根據(jù)預(yù)定軌跡移動(dòng)或自主規(guī)劃移動(dòng)路徑，在移動(dòng)過程中準(zhǔn)確地識別被檢設(shè)備與障礙物；其次，巡檢機(jī)器人可針對被檢設(shè)備的刀閘、斷路器位置、觸點(diǎn)溫度、局部放電、儀表顯示、運(yùn)行聲音及振動(dòng)等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與掃描及信息提取；最后，巡檢機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)良好的人機(jī)互動(dòng)，具備豐富完善的信息框架，可實(shí)現(xiàn)巡檢全過程的智能化管理，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在線分析與決策處理。巡檢機(jī)器人將所采集信息進(jìn)行歸納整理，能夠依據(jù)設(shè)定的報(bào)警等級進(jìn)行相應(yīng)的報(bào)警顯示，還可方便地將信息上傳到上級平臺(tái)。

2 機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)整體由巡檢機(jī)器人本體及后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)組成（見圖1），從下到上共分為三層：終端層、基站層和集控層。

圖1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)

終端層由智能巡檢機(jī)器人、機(jī)器人配套充電室和固定的檢測點(diǎn)設(shè)備組成。該層是整個(gè)系統(tǒng)的最底層也是最重要的部分，借助機(jī)器人完成各項(xiàng)預(yù)定指令。根據(jù)巡檢內(nèi)容的要求，巡檢機(jī)器人可進(jìn)行精準(zhǔn)定位，還能夠完成現(xiàn)場設(shè)備識別，狀態(tài)量采集和通信等。終端層的機(jī)器人充電室能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢機(jī)器人的自主充電工作，現(xiàn)場的監(jiān)測點(diǎn)設(shè)備為變電站現(xiàn)場管理提供在線視頻支持。

基站層由機(jī)器人后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、硬盤錄像機(jī)［3］、防火墻及基站系統(tǒng)和部分外部系統(tǒng)組成，該層負(fù)責(zé)終端層與集控層的信息傳遞與交換。該層主要為機(jī)器人和其他平臺(tái)提供數(shù)據(jù)交換功能，是重要的通信橋梁，將機(jī)器人采集到的各數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算處理，以及數(shù)據(jù)加密處理上傳到集控層。

集控層為遠(yuǎn)程集控管理，提供可視化的管理的終端平臺(tái)。該層主要為運(yùn)維管理團(tuán)隊(duì)提供良好的數(shù)據(jù)接口，在該層可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)巡檢數(shù)據(jù)等信息的顯示，報(bào)表導(dǎo)出，提取報(bào)警信息等。

3 巡檢機(jī)器人功能

變電站巡檢人員的日常點(diǎn)巡檢工作依據(jù)點(diǎn)巡檢標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，遵循巡檢周期、時(shí)間、路線、項(xiàng)次等內(nèi)容要求。使用巡檢機(jī)器人代替人工，機(jī)器人也必須具備人工點(diǎn)巡檢的功能，借助智能化高科技手段的優(yōu)勢豐富巡檢。

3.1 自主導(dǎo)航及多巡檢模式

變電站巡檢機(jī)器人具備全天候巡檢功能，集成激光雷達(dá)、深度相機(jī)［4］和超聲波傳感器等，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)巡檢過程中的精準(zhǔn)定位、智能導(dǎo)航和立體避障。機(jī)器人具備自主巡檢、定點(diǎn)巡檢和遙控巡檢功能，運(yùn)行人員選擇具體設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)巡檢時(shí)，機(jī)器人能夠自動(dòng)優(yōu)化巡檢路線。巡檢機(jī)器人可在惡劣環(huán)境下有效地開展點(diǎn)巡檢，借助路徑規(guī)劃和避障功能確保設(shè)備以及人員的安全。當(dāng)變電站因檢修施工等環(huán)境有變化時(shí)，機(jī)器人能夠自主學(xué)習(xí)與校正，實(shí)現(xiàn)外界變化對全局的影響最小化。機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測電量情況，根據(jù)續(xù)航情況實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電，以滿足日常的工作可以在無人化前提下進(jìn)行。

3.2 局放及紅外檢測

巡檢機(jī)器人搭載暫態(tài)低電壓檢測、超聲波檢測傳感器、熱成像儀（見圖2）和拾音器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的一體化檢測，準(zhǔn)確識別變電站內(nèi)配電柜的局部放電現(xiàn)象，生成設(shè)備的紅外成像信息，拾取設(shè)備的運(yùn)行聲音數(shù)據(jù)，針對異常檢測信息和故障信息進(jìn)行報(bào)警。

圖2 紅外熱成像圖

機(jī)器人伸縮機(jī)械臂具備升降功能，可將搭載的檢測設(shè)備提升至高處的觀測點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全程無死角檢測。

3.3 儀表及開關(guān)狀態(tài)識別

巡檢機(jī)器人搭載有高清攝像機(jī)，通過圖像處理算法對站內(nèi)配電柜上的各類儀表識別、捕捉，可以對指針式儀表、數(shù)字式儀表等全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別，并提取有效的狀態(tài)信息。該相機(jī)還對變電站設(shè)備上的指示燈、刀閘位置指示、運(yùn)行工作狀態(tài)指示等信息進(jìn)行采集，捕捉到的高清圖像通過圖像處理算法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別。

3.4 環(huán)境監(jiān)測

巡檢機(jī)器人配備有多種先進(jìn)數(shù)據(jù)采集傳感器，提供溫度、濕度、PM2.5、風(fēng)速等多種變電站環(huán)境的數(shù)據(jù)監(jiān)測，實(shí)時(shí)檢測變電站工作環(huán)境的安全隱患。

3.5 本地監(jiān)控系統(tǒng)

巡檢機(jī)器人的日常管理、巡檢任務(wù)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、巡檢結(jié)果分析、用戶設(shè)置［5］、機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)、智能告警等功能由本地管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)。

（1）機(jī)器人管理：機(jī)器人管理模塊主要為了實(shí)現(xiàn)一站多臺(tái)機(jī)器人之間的選擇切換，子功能模塊包括站內(nèi)所有機(jī)器人。

（2）任務(wù)管理：包括全面巡檢、局部放電專項(xiàng)巡檢、自定義巡檢及任務(wù)展示功能模塊［6］。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控：包括巡檢監(jiān)控和機(jī)器人控制功能。

（4）巡檢結(jié)果分析：包含巡檢結(jié)果瀏覽、巡檢報(bào)告生成、對比分析功能，見圖3。

圖3 巡檢結(jié)果瀏覽

（5）用戶設(shè)置：包含告警閾值設(shè)置、權(quán)限管理和巡檢點(diǎn)位設(shè)置功能。

（6）機(jī)器人系統(tǒng)調(diào)試維護(hù)：包含軟件設(shè)置、機(jī)器人設(shè)置功能。

（7）智能告警：根據(jù)設(shè)置的告警閾值，為用戶提供各種采集數(shù)據(jù)的異常狀況告警［7］。智能化告警，分級管理，多種上報(bào)方式可供組合選擇。

通過后臺(tái)瀏覽器網(wǎng)址進(jìn)入機(jī)器人管控界面，進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)控里面的任務(wù)模式，在界面右側(cè)顯示為機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)測圖像（見圖4），上面為可見光高清圖像，下面是紅外熱成像儀圖像。左側(cè)總體大致分為四層分別為：氣體檢測和紅外測溫實(shí)時(shí)信息、機(jī)器人本體模塊狀態(tài)、機(jī)器人地圖、實(shí)時(shí)信息和實(shí)時(shí)告警信息。

圖4 機(jī)器人的實(shí)時(shí)監(jiān)控操作

4 結(jié)語

變電站巡檢機(jī)器人的使用，是推進(jìn)變電站無人化的一項(xiàng)重要舉措。針對變電站點(diǎn)巡檢的智能化需求，變電站巡檢機(jī)器人必定會(huì)憑借其自身優(yōu)點(diǎn)在電力行業(yè)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。雖然變電站巡檢機(jī)器人的推廣和使用切實(shí)提高了點(diǎn)巡檢工作的效率，能夠達(dá)到基本的使用要求，但是巡檢機(jī)器人的路徑規(guī)劃和圖像解析仍然存在定位不準(zhǔn)，用時(shí)過長等問題，這也是今后研究的重點(diǎn)。在第四次工業(yè)革命的背景下，不斷涌現(xiàn)的各項(xiàng)新技術(shù)將融合到機(jī)器人及其管理平臺(tái)中，屆時(shí)將進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能化水平，為變電站提供更加安全可靠的服務(wù)。