南網設備領域智能技術應用推進探析

中國南方電網有限責任公司 李志強 喇元 劉旭 王頌 張欣

1 實施背景

隨著我國經濟社會的發展，電力系統面臨著越來越多的挑戰和矛盾，不斷增長的電網規模和相對緊缺的人力資源存在矛盾，電力供應高可靠性要求和電力設備定期停電檢修之間存在矛盾。依靠簡單加大資金、人力投入的發展模式難以滿足新形勢下國家對電力行業的要求。因此，積極利用機器人、互聯網、大數據等現代技術手段，發展智能作業，提升企業的生產效率，提升供電可靠性，降低成本是未來10年公司的發展方向。

結合國家《中國制造2025》的戰略規劃和南方電網公司的實際情況，在變電設備運維領域開展智能作業是較為理想的選擇。一是，變電設備運維領域的先進技術應用較為集中，設備自動化水平、人員素質相對較高，外部環境基本穩定可控，開展智能作業的條件較好；二是，變電站運行、檢修、試驗等專業運維人員約占公司總人數的20%左右，主要從事定期巡視、倒閘操作、設備檢修等現場作業，是加班加點最為頻繁的群體，在此領域開展智能作業可以有效提升勞動生產率，降低人員勞動強度，具備開展智能作業的現實需求。

在各項智能化作業手段推廣和研究的同時，還需要開展智能化作業關鍵基礎研究和智能化裝備的研究，來適應作業方式的改變，為數據信息的良好交互與集成以及智能化作業應用奠定實踐基礎，搭建智能化作業平臺，實現業務的有效集成，為智能決策分析、業務連續性保障、數據資源全面管理與利用提供有力支持。

2 智能化作業技術現狀分析

2.1 智能化作業技術現狀

廣義來講，凡是能夠輔助人工進行電力作業（運行、維護、操作、檢修、試驗）并應用了信息化或智能化器件的技術都是電力行業智能化作業技術。目前在電力行業應用的智能化作業技術主要包含電網能量管理系統技術（EMS）、狀態監測技術、智能變電站技術、機器人技術、智能穿戴技術、變電站駕駛艙技術等。

其中，機器人目前在電力行業的應用主要有：核電站檢測機器人、輸電線路檢測與作業機器人（無人機巡線）、變電站巡檢機器人、電動汽車換電池機器人、配電線路帶電作業機器人、地下電纜檢測機器人等，而應用最廣泛也最成熟的是變電站巡檢機器人。

變電站巡檢機器人用于智能變電站、無人或少人值守變電站，代替或輔助人工全自主進行設備巡檢，為變電站狀態檢測提供創新型技術手段。在國內，自從國家電網在2005年期間完成了國家863項目交付的樣機（不具備現場作業能力）之后，變電站巡檢機器人技術就開始迅速發展。截至目前，前變電站巡檢機器人已經經歷了5代產品，技術相對趨于成熟。在導航方式上，由磁軌導航（有軌）方式發展到2D激光SLAM導航（無軌）方式，實現了無軌自由巡檢，并開始3D激光導航方式的研發；在任務規劃上，由通過到達定點讀取RFID標記獲得任務繼而進行數據采集，不具備任務規劃能力發展到具備任務規劃能力，無需通過RFID標記獲取任務，實現任務自由化；在環境感知與控制上，在2D激光導航基礎上加裝了防跌落傳感器提高了環境感知能力；在數據采集上，主要以可見光和紅外為主，基本無變化，但在分辨率、智能算法和紅外溫度歷史比對等方面進行了全面優化，并提高了數據采集的精度；同時在其他功能上，逐步加入了電源管理模塊、雙向對講、近距離超聲避障、音頻采集等功能。

目前的主流機型均搭載紅外熱成像及可見光傳感器，可對變電站設備開展紅外測溫、進行表計讀取等日常巡檢，輔以鏡子、固定攝像機等方式，提高了變電站設備巡檢覆蓋率。紅外測溫方面，機器人基本可以取代人工測溫；表計讀取方面，非指針式和安裝角度不佳油表油位讀數仍然難以解決，而針對一般表計，在表盤無積污、拍攝角度無反光的情況下，準確率能達到90%以上；外觀缺陷檢查方面，仍然無法做到全自動分析判斷，一般是人工事后復核并進行判斷記錄，系統可在此基礎上自動出具報表。通過機器人巡視和測溫，一能提高巡視和測溫的質量，二能延長人工巡視和測溫的周期。

除此之外，工作組對目前主要的智能化作業技術做了初步評價分析，以確定公司未來的推廣應用路線。

2.2 智能化作業技術成熟度分析

表1 智能化作業技術初步分析與評價

3 智能技術推進工作要求及目標

3.1 推進原則

推進工作總體通過按照對“技術成熟、需求迫切”的技術推廣應用；對“理論基礎成熟、應用后成效明顯”的技術重點研究；對有“一定理論基礎，科技前沿技術”的技術前瞻性研究的分階段實施方式，實現檢修和試驗工作的智能化。

表2 智能化技術推進工作推進要求

接上表

3.2 階段性目標

1. 2016年底，完成智能作業領域的戰略規劃；完成變電站巡視機器人、輔助操作機器人等可以推廣應用的智能化作業手段的引進消化工作；對表2中重點研究課題進行立項研究；初步建立智能作業專業組織機構和人員隊伍。

2. 2018年底，實現變電站設備軌道式巡視機器人覆蓋全網 220kV及以上電壓等級變電站；各分子公司完成“機器代替人”智能化作業示范變電站建設，可自主選擇至少一座220kV及以上電壓等級變電站進行建設，建設內容包括：變電站各區域間智能巡檢擺渡軌道、變電站無軌導航專業巡檢機器人、變電站機構箱等箱體自動化改造、變電站敞開式刀閘智能化、電動化改造、工業機器人變電站輔助作業應用及智能頭盔等智能化穿戴設備的應用；各分子公司電科院至少配備一套變電設備智能化綜合試驗平臺；重點研究課題至少完成關鍵技術研究任務的60%；對表2中前瞻性研究的課題開展需求分析、前期調研工作，以實現原理突破，形成可行性研究報告。

3. 2020年底，實現變電站設備軌道式巡視機器人全網110kV及以上電壓等級變電站全覆蓋，初步達到對變電站內50%的一次設備、80%的二次設備和80%的變電站設施開展日常巡視；將“機器代替人”智能化作業示范變電站推廣至全網500kV變電站及220kV樞紐變電站，預計可降低全網變電站專業巡視工作量的30%以上，降低專業巡視人力資源成本的45%以上；實現變電設備智能化綜合試驗平臺覆蓋至各基層高壓試驗班組，提高預防性試驗作業效率60%以上，減少現場作業人員50%以上；重點研究課題完成工程樣機制備并開展試點應用；前瞻性研究課題完成相關技術的理論儲備和技術分析，部分具備試制條件的課題可以開展原理樣機或者工程樣機的制備。

3.3 總體目標

2018年，完成示范變電站建設，實現示范變電站日常巡視和倒閘操作的無人化；全網智能化作業應用率達到20%以上；現場作業綜合勞動生產率提升20%以上，電網主設備管理智能化達到國內先進水平。

2020年，實現全網110kV-500kV變電站日常巡視、專業巡視和倒閘操作無人化技術的推廣應用；對已推廣應用的智能化作業手段形成完整的技術標準體系；通過重點研究形成的智能裝備達到現場實用水平；形成一批具有高端智能裝備研制能力的專業人才隊伍；全網智能化作業應用率達到50%以上；現場作業綜合勞動生產率提升50%以上；電網主設備管理智能化達到國際先進水平。