電纜溝道智能巡檢機器人研究

杜秋實+張營+魯宇+王冠男+苗倩+齊士偉+時圣堯+劉安琪+劉曦

摘 要：電纜溝道智能巡檢機器人研究，是一種基于集成檢測和自動控制技術的巡檢裝置，該裝置配置的溫濕度傳感器、熱成像儀、攝像機、微波探傷儀和電源模塊等能實現對電纜溝道的溫濕度、熱分布、空間成像、設備物理缺陷等情況的實時監控，能代替人工高效率高質量的巡檢，及時發現電纜溝內的各種安全隱患，防患于未然。

關鍵詞：電纜溝；巡檢；機器人

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.096

電纜是變電站電能傳送和信息傳輸的重要載體，電纜主要在電纜溝中敷設，電纜溝上鋪設蓋板進行電纜保護。現階段輸變電工程大多實行無人值守變電站，且電纜溝位于地下，空間狹窄封閉，給運行人員定期巡檢帶來困難。對于電纜發生火災或運行過程中的不安全隱患很難及時發現。2016年6月18日凌晨，陜西西安330千伏南郊變（110千伏韋曲變）發生主變燒損事故，事故調查結果顯示，西安市長安區鳳棲路與北長安街十字路口（距330千伏南郊變約700米）電纜溝道井口發生爆炸；隨即，110千伏韋曲變#4、#5主變及330千伏南郊變#3主變相繼起火；約2分鐘后，330千伏南郊變6回出線（南寨Ⅰ，南柞Ⅰ、Ⅱ，南上Ⅰ、Ⅱ、南城Ⅰ）相繼跳閘。事故造成負荷損失24.3萬千瓦，占西安地區總負荷的7.34%；停電用戶8.65萬戶，占西安地區總用戶數的4.32%，此外還造成了嚴重的設備損毀和社會影響。

1 系統應用背景

西安“6.18”變電站爆炸事故的教訓為電力巡檢工作提出了更高的要求，電纜溝智能巡檢裝置成為電力行業迫切需求的部分。綜合分析得出電纜溝道主要存在以下安全隱患：（1）電纜溝內設備和電纜運行發熱導致空間溫度上升，且封閉空間不易散熱，溫度過高時電纜材料易老化，產生火災隱患；（2）地下電纜溝道內陰暗潮濕，電纜受潮后引起其絕緣性能下降，產生絕緣擊穿的隱患；（3）電纜溝道空間狹窄，給人工巡檢帶來很大困難，巡檢工作量大、任務繁重，且常規人力巡檢效率低下。因此，研制一種電纜溝智能巡檢機器人，提高地下電纜溝道巡檢質量和效率，成為巡檢人員亟待解決的問題。

2 系統工作原理

電纜溝道智能巡檢機器人旨在解決地下電纜溝道巡檢效率低、質量差，不能及時發現事故隱患等問題，做到對電纜溝內環境的實時監控。該巡檢機器人主體為移動載體，采用履帶式小車，車身前端設置有紅外線傳感器和照明燈，車身上部設置有溫濕度傳感器、攝像機、電源、微波探傷儀、熱成像儀、GPS單元、數據存儲單元和控制單元，該電纜溝道智能巡檢機器人的各個模塊協同工作實現以下的檢測、控制功能：（1）通過機身前方的紅外線傳感器檢測移動載體前方的障礙物，進而通過相應控制器實現自主避障、無人駕駛。（2）通過溫濕度傳感器、熱成像儀、攝像機、微波探傷儀實時監測電纜溝內溫度、濕度、熱分布、空間成像及設備物理缺陷等情況。（3）通過無線傳輸模塊將監測到的信息實時地發送給地面基站系統。（4）通過GPS單元實現對故障地點的定位，便于工作人員及時發現故障地點，快速搶修。（5）通過數據存儲單元對監測的數據進行數據存儲，以便于后期對采集到的數據進行分析和比對，形成數據資源庫，達到對電纜溝道情況的長期監管。

圖1為該電纜溝道巡檢機器人的示意圖：1-移動載體，2-紅外線傳感器，3-照明燈，4-溫濕度傳感器，5-攝像機，6-電源，7-微波探傷儀，8-熱成像儀，9-安裝座，10-水平支撐平臺，11-支撐架，111-水平低板，112-豎直側板，12-電動推桿。

3 系統特點

巡檢機器人可實現電纜溝及變電站設備巡檢的無紙化和信息化，切實提高設備巡檢的工作效率和質量，降低變電站運行人員的勞動強度和工作風險，為智能變電站或無人值守變電站的運行管理提供了一種創新型的設備檢測和監控手段。創新點如下：

（1）智能避障。通過機身前方的紅外線傳感器檢測移動載體前方的障礙物，進而通過相應控制器實現自主避障、無人駕駛。

（2）集成多種檢測功能于一體。通過溫濕度傳感器、熱成像儀、攝像機、微波探傷儀實時監測電纜溝內溫度、濕度、熱分布、空間成像及設備物理缺陷等情況，創新性引入微波探傷儀功能，用以檢查電纜和設備表面裂隙和內部缺陷。

（3）實時監測與本地存儲相結合。通過無線傳輸模塊將監測到的信息實時地發送給地面基站系統，通過數據存儲單元對監測的數據進行數據存儲，以便于后期對采集到的數據進行分析和比對，形成數據資源庫，達到對電纜溝道情況的長期監管。

（4）快速定位。通過GPS單元實現對故障地點的定位，便于工作人員及時發現故障地點，快速搶修。

（5）體積較小，高度可調節。機器人車身的上部豎直設置有可伸縮的電動推桿，電動推桿的底端固定于車身，工作人員可根據巡檢的空間大小自行調節推桿的高度。

4 結論

該電纜溝智能巡檢機器人安全可靠，高效便捷，功能完備，可有效預防電纜事故隱患的發生，提高電力自動化水平，加快電網智能化發展，推動電纜溝巡檢的無紙化和信息化，切實提高巡檢的工作效率和質量，降低變電站運行人員的勞動強度和工作風險，為智能變電站或無人值守變電站的運行管理提供了一種創新型的設備檢測和監控手段。

參考文獻

[1]陳興良，杜秋實，張營，魯宇.新型電纜溝道智能巡檢系統研究[J].黑龍江科技信息，2017，（12）：98.

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