變電站智能巡檢系統的研究

國網青島供電公司 于海龍 劉曉偉 李志戈 肖文軍 李旭平

1 引言

變電站日常設備巡視是保證變電站安全運行的一項重要的管理制度。截止目前，常規人工巡視方法由于存在勞動強度大、安全系數低、人工成本高等缺點，智能巡檢機器人系統已經在變電站巡視管理中嶄露頭角[1]。

變電站智能巡檢機器人系統，是國網公司為適應智能化變電站及無人值守變電站發展需求，全面提高變電站智能化水平而研制開發的，擁有安全自主產權和發明專利，整體技術水平處于國際領先水平。該系統以智能巡檢機器人為核心，整合機器人技術、電力設備非接觸檢測技術、多傳感器融合技術、模式識別技術、導航定位技術以及物聯網技術等[2]，能夠實現變電站全天候、全方位智能巡檢和監控，提高正常巡檢作業和管理的自動化和智能化水平，為智能化變電站和無人值守變電站提供創新型的技術檢測手段和安全保障，更快的推進變電站無人值守的進程。變電站機器人巡視現場如圖1所示。

圖1 機器人巡視實例

本文以某220kV智能化變電站機器人巡檢系統為例，對機器人運行原理、系統功能和巡視路線設計進行研究，采用機器人技術進行巡檢，是智能變電站和無人值守變電站巡檢技術的發展方向，具有廣闊的發展空間和應用前景。

2 機器人巡檢系統

變電站設備巡檢機器人系統采用分層控制結構，分為上下兩層：基站和移動站控制系統層、系統層。變電站巡檢機器人主要用于戶外變電站代替巡邏人員巡邏檢查。機器人可以攜帶紅外熱像儀電站設備檢測裝置[3]，可見光CCD等[4]，自主和遙控的方式，代替室外高壓設備的監測，以檢測電力設備的內部熱缺陷，外部如機械或電氣問題：異物，損傷，發熱，漏等，對操作人員診斷電力設備運行和故障事故先兆提供相關數據。機器人系統能夠在正確的時間代替人的檢查工作，并能生成報表，如機器人不能方便值班時間巡邏人員（如在00:00和03:00）或惡劣的天氣條件下，在沒有監督人員的前提下，可根據檢查的固定路線，并能自動返回出發點。

3 機器人運行的基本原理

機器人依靠前端的磁傳感識別事先設計的巡行軌道，通過識別埋設的RFID點來執行停靠位置的各種命令[5]，包括轉彎、檢測、停車、充電、開門等等。通過磁軌道的導航與停靠點的命令組合來完成既定的巡檢任務。機器人任務的啟動主要有兩種方式，一種為定時啟動，主要是在機器人調試完畢情況下無需人為操作的自主運行任務。另一種為人為控制啟動模式，主要是在有參觀要求與特殊緊急情況下的啟動方法。

圖2 智能巡檢機器人結構示意圖

機器人充電主要有自動（推薦）與手動（當機器人電量已經不能滿足啟動時采用），自動充電即讓機器人能夠采集到充電的RFID點，這樣機器人便會執行充電命令，同樣如果要實現機器人自動開啟充電小屋的門禁也是讓機器人采集到開門點的RFID點。所以針對午山站要完成一次人為控制的自動充電即把機器人斷電推到離開門停靠點不遠的機器人軌道上，然后上電，待后臺與機器人通訊正常以后，啟動任務。機器人便會首先順著軌道行進到開門點，執行開門動作，然后進屋充電等等。圖2為智能巡檢機器人結構示意圖。

4 系統功能及巡視路線設計

變電站智能巡檢機器人系統分為基站和移動站機器人本體兩部分。依據現場工作要求，研制的機器人系統主要系統功能如下：

（1）方便用戶對機器人系統進行配置，根據配置定時下發自動規劃任務；根據用戶配置，自動采集和存儲可見光圖像和紅外圖像，并經行分析和處理，動態顯示機器人當前采集的可見光圖像和紅外圖像如圖3所示。

圖3 機器人巡檢數據采集界面

（2）手動控制機器人的運動和機器人云臺的動作，實時顯示機器人當前的方位和運動狀態，顯示機器人的當前位置和速度的數據信息如圖4所示。

圖4 機器人操控系統平臺

（3）顯示機器人的電源狀態，并進行分析和異常報警，顯示機器人外圍傳感器的信號狀態，并進行報警，查詢機器人現場采集的歷史數據，并進行對比分析。

智能巡檢機器人采用磁導航方式，該導航方式具有抗干擾能力強、可靠性高、不受雨雪天氣影響等優點，是目前室外移動機器人最可靠和成熟的導航方式。

定位點為機器人在全局路徑規劃中提供定位和任務信息，包括位置坐標、設備間隔、任務內容等。根據變電站具體設備分布圖，本變電站機器人巡檢路線圖如圖5所示。

圖5 機器人巡視路線圖

5 結論

采用機器人技術進行變電站巡檢，既具有人工巡檢的靈活性、智能性，同時也克服了人工巡檢存在的一些缺陷和不足，更適應智能變電站和無人值守變電站發展的實際需求，具有巨大的優越性。本文闡述了機器人及智能巡檢系統的基本原理，并結合某220kV智能化變電站重點介紹了智能巡檢系統的功能和巡視路線設計，充分體現了變電站智能巡檢系統在變電站日常巡視管理中的廣闊發展空間和應用前景。

[1]魯守銀,蘇建軍.機器人在變電站巡檢中的應用[J].機器人技術與應用,2007,25(1):485-493.

[2]矯德余.基于嵌入式系統的智能巡檢機器人研制[D].中國石油大學(華東),2010.

[3]肖鵬,王海鵬,等.變電站智能巡檢機器人云臺控制系統設計[J].制造業自動化,2007,5(1):33-36.

[4]李云紅,李軍華,李培.紅外熱成像技術在電廠的應用[J].現代電子技術,2008,31(6):180-184.

[5]王建元,陳永輝.基于圖論的電力巡檢機器人智能尋跡方案[J].電力系統自動化,2011,35(19):85-88.