巡檢機器人在超特高壓變電站的應用

牛志華，石 炎

（1.鄭州路橋建設投資集團有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南工業大學，河南 鄭州 450001）

0 引言

作為電力系統供電與傳輸的樞紐，變電站的安全運行將直接影響國民生產與生活［1-2］。在電力系統運行過程中，很容易發生各種故障如損傷、發熱、漏油和異物等，而目前變電站中絕大多還是采用人工排查、檢測的方式進行巡檢，效率低、勞動強度大、檢測結果不準確等缺點給工作人員帶來很多不便［3］。

隨著技術的發展，利用機器人技術進行巡檢的需求日益強烈。通過介紹巡檢機器人的整體結構、硬件組成、軟件功能及應用情況，表明在變電站中將機器人技術和巡檢技術相結合，可以顯著提升現有的工作效率，增強工作體驗，使變電站的維護、管理變得更加合理、規范，為變電站的運行提供更可靠的保證。

1 巡檢機器人組成原理

圖1 變電站巡檢機器人結構

超特高壓變電站巡檢機器人利用導航定位技術，結合可見光攝像機、紅外熱像儀、超聲傳感器、磁傳感器等先進傳感器實現最優路徑規劃、自動充電、采集設備圖像等功能［4］，通過無線傳輸技術將所有信息與數據發送到控制中心，利用圖像處理和模式識別等技術實現對設備熱缺陷、短路狀態、溫度檢測等情況的判別；對儀表讀數、油位計位置的識別。變電站巡檢機器人整體結構如圖1所示。

1.1 巡檢機器人硬件組成

超特高壓變電站巡檢機器人系統主要分為主控模塊、電源管理模塊、運動控制模塊以及云臺檢測模塊。其硬件組成如圖2所示。

圖2 變電站巡檢機器人硬件組成

主控模塊由主CPU控制系統、繼電器控制組和散熱器組構成，是機器人中樞神經控制器，控制協調機器人各個系統，實現與上位機交換數據［5］。電源管理模塊包括高容量高功率聚合物鋰電池組，用來實現電池電壓、電流的檢測與保護。運動控制模塊包括大功率高速直流電機、驅動器、編碼器，通過接收控制器指令，驅動電機實現前進、拐彎、加速、停止等功能。云臺檢測模塊包括可見光攝像機和紅外熱像儀，監測系統采用雙通道，其中可見光通道用于監測設備視頻的可視化情況，紅外通道用于監測發熱設備的熱溫度圖像。

1.2 巡檢機器人軟件介紹

超特高壓變電站巡檢機器人系統通過無線網絡建立起終端層與基站層的聯系，終端層負責接收數據和下達命令，基站層負責采集圖像與數據。系統包括一鍵啟動功能、休眠功能、任務定制功能、定時器起停功能、設備歷史曲線查詢功能與巡檢數據查詢功能等。

一鍵啟動功能。在桌面建立了一鍵啟動快捷方式，如圖3所示。每次啟動軟件只需要雙擊一鍵啟動快捷方式，而且該步驟增加了守護功能。當軟件被誤關掉時，軟件會自動檢測進程，進程沒有的會自己啟動。

任務定制功能。根據站內尋求，若臨時需要在一個周期時間內檢測某一間隔設備，不需要創建特定任務。可以通過任務定制的方式，在任務定制的界面里創建需要巡視的設備。針對該任務下發配置，依次打開控制巡檢任務界面點擊任務定制，即可實現任務定制功能。任務定制功能如圖4所示。

圖3 變電站巡檢機器人系統啟動控制

圖4 變電站巡檢機器人任務定制功能

巡檢數據查詢與報表查詢。數據查詢。一鍵啟動軟件后，依次點擊分析巡檢數據選擇查找起止時間查詢，即可查詢到該時間段機器巡檢數據。

圖5 變電站巡檢機器人查詢功能

報表查詢。一鍵啟動軟件后，依次點擊分析報表查詢選擇查找起止時間選擇查詢報表的類型查詢，即可查詢到該時間段內機器報表數據。任務巡檢報表界面如圖5所示。

2 機器人在變電站的應用

在電力系統運行的各類設備缺陷中，設備發熱缺陷已被定性為影響電網安全運行的重要因素。針對變電站的實際情況，介紹巡檢機器人在變電站的兩種典型應用場景。

2.1 設備紅外測溫

基于便捷、使用簡單的優點，紅外成像儀通常用于檢測設備外表溫度，主要由光學系統、光電探測器、信號放大及信號處理、顯示輸出等部分組成。紅外成像儀通過將光能轉換為電信號，經過線性處理后便可實現對被測目標的溫度檢測。

表1 被檢設備參數

檢測目的。對超特高壓變電站高壓電氣設備進行紅外測溫，排查主要變電設備隱患，確保變電站安全穩定運行。

檢測方法。先用紅外成像儀對設備待檢測位置進行全面掃描，檢測出溫度異常部位；然后對異常部位進行準確測溫得到當前設備準確溫度；最后根據相關標準計算相對溫差，進行缺陷判斷與處理。特高壓變電站的被檢設備參數如表1所示。

圖6 設備紅外圖譜

檢測結果：設備典型紅外圖譜如圖6（a）所示，溫度約10℃，濕度約52%；設備異常紅外圖譜如圖6（b）所示，溫度超出設備正常發熱溫度。對超特高壓變電站內設備進行全面的紅外溫度測試，發現并聯電抗器A相中性點套管端部異常發熱，根據DL/T 664—2008《帶電設備紅外診斷應用規范》規定，該缺陷為套管柱頭處缺陷，本次測試溫度為68.3℃（＞55℃），屬于嚴重缺陷。

2.2 超聲波帶電檢測

超聲波帶電檢測是將超聲波傳感器放在設備表面，若是變壓器內部存在局部放電，此時電流將以脈沖放電的形式撞擊周圍介質，形成超聲波信號，從而判定設備內部存在局部放電現象［6］。超聲波帶電檢測原理如圖7所示。

圖7 超聲波帶電檢測原理

檢測目的。通過對特高壓變電站進行超聲波局部放電檢測，排查站內設備隱患，確保變電站安全穩定運行。被檢設備技術參數如表2所示。

表2 被檢設備技術參數

檢測方法。首先連接檢測儀器與檢測探頭，儀器開機自檢；然后將檢測探頭放置在設備罐體側下方進行檢測；最后更換檢測點，每隔0.5m選取一個測點，對其他部位進行檢測。

檢測結果。被檢設備典型數據如表3所示，經分析比較，特高壓變電站未發現異常超聲波局放信號。

表3 被檢設備典型檢測數據

3 結語

介紹了變電站巡檢機器人在超特高壓變電站的應用。包括巡檢機器人的硬件組成和軟件組成以及機器人的現場應用情況。重點介紹了巡檢機器人在特高壓變電站內進行設備紅外測溫和超聲波帶電檢測的應用。在變電站內進行機器人巡檢，可輔助或取代變電站工作人員進行日常的設備巡檢、紅外測溫等工作，切實提高了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，是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。