變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的運維分析

徐慶峰，夏石偉，何碧靜

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修公司，杭州310000）

變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的運維分析

徐慶峰，夏石偉，何碧靜

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修公司，杭州310000）

介紹了變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的組成和主要功能，系統(tǒng)已在浙江500 kV芝堰變電站投入實際應(yīng)用，在積累運行維護(hù)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，分析得出了系統(tǒng)運行注意要點，歸納總結(jié)了經(jīng)典故障案例和處理方法，可為變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供一定的借鑒。

500 kV；變電站；智能機(jī)器人；巡視；維護(hù)

500 kV芝堰變電站智能化改造是國家電網(wǎng)公司3個智能化變電站升級改造試點工程之一，也是唯一一座500 kV電壓等級變電站智能化改造項目，作為芝堰變智能化改造的重要組成部分，以變電站智能巡視機(jī)器人為核心，配合固定監(jiān)測點，建立了覆蓋全站的變電站智能巡視系統(tǒng)。

芝堰變智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)自投運以來，已經(jīng)進(jìn)行了多次維護(hù)升級，現(xiàn)場運行情況總體良好，但也存在一些缺陷和技術(shù)上的不足，通過運行維護(hù)中的故障經(jīng)典案例分析，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的組成

變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)組成，如圖1所示。系統(tǒng)分為3層：基站層、通信層和終端層。基站層由監(jiān)控后臺組成，是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收、處理與展示中心，由數(shù)據(jù)庫、模型配置、設(shè)備接口、數(shù)據(jù)處理、視圖展示等模塊組成。基站層通過圖像處理和模式識別等技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備缺陷的自動識別和報警。

通信層由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、無線網(wǎng)橋基站及無線網(wǎng)橋移動站等設(shè)備組成，采用Wifi 802.11n無線網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，為站控層與終端層間的網(wǎng)絡(luò)通信提供透明的傳輸通道。

終端層包括移動機(jī)器人、充電室和固定視頻監(jiān)測點。移動機(jī)器人與監(jiān)控后臺之間為無線通信。固定視頻監(jiān)測點與監(jiān)控后臺之間采用光纖通信。充電室中安裝充電機(jī)構(gòu)，機(jī)器人完成巡視任務(wù)后或電量不足時，自動返回充電室進(jìn)行充電。

2 智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的主要功能

變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)分為基站和移動站機(jī)器人本體2部分。依據(jù)現(xiàn)場工作要求，機(jī)器人的主要功能應(yīng)能滿足變電站日常設(shè)備巡視、紅外線測溫、開關(guān)閘刀現(xiàn)場位置核對，實現(xiàn)一鍵式順控要求。主要功能包括：

（1）自動導(dǎo)航功能。通過磁軌跡和無源電子標(biāo)簽自主導(dǎo)航定位，按預(yù)先規(guī)劃的路線，自動執(zhí)行巡檢任務(wù)；差速轉(zhuǎn)向，原地轉(zhuǎn)彎；最優(yōu)路徑規(guī)劃和雙向行走，指定觀測目標(biāo)后計算最佳行駛路線；磁導(dǎo)航時超聲自動停障，完成巡視任務(wù)后或電量不足時，自動返回充電室進(jìn)行充電。

（2）靈活控制功能。可通過監(jiān)控后臺對機(jī)器人車體、云臺、可見光及紅外攝像儀進(jìn)行手動控制；實現(xiàn)設(shè)備巡檢自動與手動、近控與遠(yuǎn)控相互轉(zhuǎn)換；與順序控制系統(tǒng)相結(jié)合，檢查斷路器、隔離開關(guān)位置。

（3）設(shè)備檢測功能。通過預(yù)設(shè)觀測位置，自動抓取設(shè)備的紅外及可見光圖像，發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備破損、異物、銹蝕、松動、漏油等缺陷，以及電流和電壓等設(shè)備的熱缺陷；識別斷路器及隔離開關(guān)分合狀態(tài)；讀取儀表讀數(shù)、油位計位置；檢測運行設(shè)備異常聲音。通過最優(yōu)路徑快速移動到被控設(shè)備的最佳觀測位置，依次抓取斷路器或隔離開關(guān)三相設(shè)備的圖像，自動識別出設(shè)備的分合狀態(tài)并上報順控系統(tǒng)，實現(xiàn)被控設(shè)備位置的自動校核。

（4）特殊巡視功能。在惡劣天氣或危險環(huán)境下，代替工作人員進(jìn)行指定設(shè)備特巡，可通過手動控制調(diào)節(jié)機(jī)器人云臺位置對設(shè)備進(jìn)行近距離觀察，作為現(xiàn)場分析判斷的直接依據(jù)。

（5）設(shè)備狀態(tài)分析及告警。設(shè)備缺陷或故障智能分析并告警；自動將巡檢數(shù)據(jù)（溫度、分合狀態(tài)、儀表讀數(shù)等）和缺陷報警信息上送其他信息管理系統(tǒng)；按設(shè)備類型提供設(shè)備紅外圖像庫、設(shè)備缺陷或故障原因分析及處理方案，協(xié)助運行人員積累運行經(jīng)驗，提高設(shè)備缺陷識別和處理能力。

3 智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)常見故障的處理

3.1 紅外熱像儀通信中斷

紅外通信中斷有2種情況，一是圖像完全中斷；二是在巡檢過程中頻繁出現(xiàn)紅外熱像儀中斷的情況，每隔20～30 s就會通信中斷一次，導(dǎo)致許多觀測點巡視數(shù)據(jù)缺失，監(jiān)控后臺報機(jī)器人紅外熱像儀通信中斷告警。

處理時一般只需重啟機(jī)器人或者網(wǎng)橋轉(zhuǎn)換器即可恢復(fù)；如果仍不能恢復(fù)，則可能是機(jī)器人通信天線損壞或者紅外熱像儀自身損壞。自投運以來機(jī)器人發(fā)生通信天線損壞2次、紅外熱像儀損壞1次，已通過備品原件替換或聯(lián)系廠家處理。

3.2 機(jī)器人車輪停轉(zhuǎn)

機(jī)器人車輪無法運轉(zhuǎn)一般是驅(qū)動電動機(jī)故障，自投運以來只發(fā)生過1次。其主要原因有2個：一是雨天巡檢車輪驅(qū)動電動機(jī)進(jìn)水；二是夏天持續(xù)高溫下地面溫度過高造成電動機(jī)燒毀。出現(xiàn)這種情況，只能聯(lián)系廠家處理。

3.3 機(jī)器人通信中斷

當(dāng)智能巡視系統(tǒng)后臺報機(jī)器人通信中斷時，運行人員首先應(yīng)檢查機(jī)器人電量是否充足、天線是否完好、后臺程序是否正常運行，其次檢查機(jī)器人與后臺系統(tǒng)無線網(wǎng)橋是否正確連接并且通信正常。出現(xiàn)這種情況，一般可依次重啟智能巡視系統(tǒng)后臺程序、無線網(wǎng)橋轉(zhuǎn)換器即可恢復(fù)正常。

圖1 變電站智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.4 機(jī)器人無法返回充電室

機(jī)器人發(fā)生此類故障的次數(shù)較多，原因主要包括：磁軌道損壞造成機(jī)器人無法檢測到磁導(dǎo)航信號、RFID（射頻識別）點損壞造成機(jī)器人無法正確定位、磁軌道上存在障礙物等。出現(xiàn)這種情況，應(yīng)關(guān)閉機(jī)器人電源，之后將機(jī)器人推回充電室并充電，并排除故障。

3.5 機(jī)器人未執(zhí)行定時巡檢任務(wù)

智能巡視系統(tǒng)未執(zhí)行定時巡檢任務(wù)，原因主要包括：機(jī)器人與后臺通信中斷、定時巡檢任務(wù)沒有啟動、機(jī)器人控制模式為手動模式、機(jī)器人電量不足等。出現(xiàn)這種情況時，需檢查巡檢任務(wù)是否已正常開啟，機(jī)器人控制模式應(yīng)設(shè)置為自動模式，機(jī)器人應(yīng)充足電。

4 智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)運行注意事項

4.1 確保機(jī)器人巡視路線暢通

如果取走巡視路線上的井蓋，或者電纜溝蓋板等，沒有及時恢復(fù)正常，機(jī)器人巡視時很可能遭到損壞。機(jī)器人的超聲停障功能可以在一定程度上避免發(fā)生碰撞事故，但超聲停障存在一定盲區(qū)，比如可能檢測不到異常情況，導(dǎo)致機(jī)器人電動機(jī)堵轉(zhuǎn)燒毀。機(jī)器人采用磁軌道導(dǎo)航和RFID定位，如果磁軌道破壞、RFID丟失，也可能導(dǎo)致機(jī)器人巡檢時路線錯誤，甚至損壞，所以必須保證機(jī)器人巡視時路線暢通，磁軌道、RFID完整。

4.2 極端天氣避免啟動巡視

機(jī)器人經(jīng)過防水測試，達(dá)到IP53的防護(hù)等級，完全可以應(yīng)對一般雨天。但應(yīng)對大到暴雨等極端天氣時，可能存在隱患。雨天時圖像效果也受到一定程度的影響，所以在大到暴雨等極端天氣時，宜盡量避免啟動巡檢任務(wù)，提前關(guān)閉定時巡視任務(wù)。

4.3 臨時、順控任務(wù)和手動控制

創(chuàng)建臨時任務(wù)，執(zhí)行順控任務(wù)時，要確認(rèn)機(jī)器人處于停靠點，或在停靠點停車方向和停車距離范圍內(nèi)，便于機(jī)器人確定所處位置和車體方向。不能確定機(jī)器人位置時，應(yīng)先啟動尋道任務(wù)，等機(jī)器人自動停止任務(wù)后，再創(chuàng)建臨時任務(wù)或執(zhí)行順控任務(wù)。

特殊情況下，需要手動控制機(jī)器人時，必須特別注意安全。打開控制平臺，切換成手動控制模式。可以點擊界面上的箭頭，或使用鍵盤的上下左右方向鍵控制機(jī)器人的運動方向，空格鍵代表停止。連續(xù)點擊箭頭和按鍵機(jī)器人加速，點擊相反方向的箭頭和按鍵機(jī)器人減速。注意盡量低速運行，避免倒行。如果發(fā)現(xiàn)無法控制，可以嘗試先用鼠標(biāo)點擊運動控制窗口，然后再進(jìn)行控制，出現(xiàn)緊急情況時需直接關(guān)閉機(jī)器人電源。

4.4 充電室自動門打開、關(guān)閉和機(jī)器人重啟、關(guān)機(jī)

從后臺計算機(jī)手動控制自動門時，要確定對應(yīng)機(jī)器人處于充電室附近，自動門的2根天線之間沒有嚴(yán)重遮擋。充電室配電箱內(nèi)通信指示燈為綠時，表明自動門通信連接正常。

從后臺計算機(jī)控制機(jī)器人重啟后，可以恢復(fù)機(jī)器人初始狀態(tài)。但從后臺計算機(jī)控制機(jī)器人關(guān)機(jī)后，必須到現(xiàn)場按動機(jī)器人啟動按鈕，機(jī)器人才能啟動，恢復(fù)初始狀態(tài)。

4.5 加強(qiáng)保養(yǎng)維護(hù)

盡量避免用手觸碰、搖動機(jī)器人雨刷、天線等機(jī)器人敏感部件，防止損壞。保證機(jī)器人后臺運行正常，后臺關(guān)閉、待機(jī)休眠、運行異常等，都會導(dǎo)致機(jī)器人無法正常完成巡視任務(wù)。為保持良好外觀和巡視效果，需要定期機(jī)器人清理機(jī)器人本體和攝像機(jī)鏡頭。

5 結(jié)語

從智能巡視機(jī)器人系統(tǒng)日常運行維護(hù)中的故障經(jīng)典案例出發(fā)，得出應(yīng)對處理方法，總結(jié)歸納了其運維注意事項。智能巡視系統(tǒng)日常工作，需要一個穩(wěn)定的運行環(huán)境以及精心的維護(hù)。操作人員必須經(jīng)過培訓(xùn)，熟悉操作步驟及注意事項，掌握異常處理方法，才能安全地控制機(jī)器人，完成變電站的智能巡視工作。

[1]陳樹勇，宋淑芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）∶1-7.

[2]周立輝，張永生，孫勇，等.智能變電站巡檢機(jī)器人研制與應(yīng)用[J].2011，35（19）∶85-88.

（本文編輯：楊勇）

Operation and Maintenance Analysis on Substation Intelligent Inspection Robot System

XU Qingfeng，XIA Shiwei，HE Bijing
（State Grid Zhejiang Maintenance Company，Hangzhou 310000，China）

This paper introducesthe the compositions and major functions of substation intelligent inspection robot system.The system has been applied in Zhejiang Zhiyan substation.By analysis the paper concludes operation essentials of intelligent inspection system based on maintenance experience，summarizes and analyzes typical fault cases and handling methods，which is of reference meaning for popularization and application of substation intelligent inspection system.

500 kV；substation；intelligent robot；inspection；maintenance

TP23

：B

：1007-1881（2014）05-0030-03

2013-10-17

徐慶峰（1982-），男，浙江東陽人，工程師，從事變電運行維護(hù)工作。