變電站智能巡檢機器人研究現狀綜述

陳志 李國軍 蔣毓蔓

摘 要：變電站智能巡檢機器人是一種全自主運行的智能巡檢機器人，是基于移動機器人的發展，替代人工巡檢，實現設備自動檢測與預警分析。本文介紹其研究現狀，探討智能巡檢機器人的關鍵技術以及闡述其發展趨勢與應用前景，為變電站智能巡檢機器人的進一步開發利用提供參考。

關鍵詞：變電站；智能巡檢機器人；檢測；推廣應用

1 引言

變電站是各級電網的核心樞紐，保證其正常運行是為用戶連續供電的先決條件，而其巡檢工作在保證變電站正常生產、安全運行方面占有極其重要的地位。傳統巡檢方式是人工巡檢，其勞動量大、檢查質量難以保證。隨著電力行業智能機器人的興起，變電站智能巡檢機器人代替人工完成變電站設備的所有巡檢作業。

本文對現有變電站智能巡檢機器人進行廣泛調研，介紹國內、外變電站智能巡檢機器人的研究現狀，介紹變電站智能巡檢機器人關鍵技術，描述相關產品的推廣應用情況，預測未來發展趨勢。

2國內外研究現狀

2.1國外變電站智能巡檢機器人研究現狀

于上世紀六十年代，國外就已有移動機器人在電力行業應用的相關研究。20 世紀80 年代日本三菱公司和東京電力公司在已聯合研制500 kV 變電站軌道式智能巡檢機器人。加拿大魁北克水電站研制的變電站智能巡檢機器人在其所有的多個變電站進行區域運行，搭載紅外熱像儀、可見光圖像采集系統，實現遠程監控，并且可以實現遠程遙控，對機器人進行實時控制。2008 年巴西圣保羅大學研制了用于變電站內熱點監測的移動機器人，該機器攜帶紅外熱像儀，通過在變電站內架起的高空行走軌道線在站內移動，實現空中實時監測。[1]

2.2 國內變電站智能巡檢機器人研究現狀

1999年，山東電力公司和電力研究院合作成立電力機器人技術實驗室，啟動“高壓帶電作業機器人” 項目。2002 年成立了國家電網公司電力機器人技術實驗室，2004 年，該實驗室研制成功第一臺功能樣機，后續在國家 “863 項目 ”支持支持下，研制出系列化變電站巡檢機器人。2012成都慧拓變電站智能巡檢機器人在鄭州110 kV 牛砦變電站正式投入運行，該機器人可以對開關、儀表等進行視頻分析，自動判斷變電站設備的運行狀態及預警。2012年，重慶市電力公司和重慶大學聯合研制的變電站巡檢機器人在巴南500 kV 變電站成功試運行，可實現遠程監控及自主運行。

近年來，相關技術進步及市場規模增大，促使越來越多的廠家和機構進行相關研究及應用推廣，有力促進了我國巡檢機器人在自主導航、智能檢測、機器人自主充電等關鍵技術上的進步。

3 變電站智能巡檢機器人關鍵技術

3.1自主導航

準確導航和定位不僅是智能巡檢機器人實現安全自主移動的重要環節，同時還是進行全局路徑規劃的前提。目前對智能自主移動機器人在路徑規劃領域的探究依附的導航方法主要有：RFID導航、慣性、激光，GPS和視覺等導航方式。[2]

3.3充電技術

智能巡檢機器人為實現完全自主運行，智能巡檢機器人的充電方法按有無人參與分為自動充電和半自動充電。智能巡檢機器人一般采用自動接觸充電，而無線充電由于技術限制，目前實際應用極少。更科學的無線充電技術受技術的限制達不到工程需求，而隨著技術的發展，無線充電技術勢必成為智能巡檢機器人關鍵技術研究的重點和難點。[3]

3.4設備狀態檢測技術

變電站的設備檢測技術早期使用紅外測溫裝置檢測熱缺陷的方式檢測設備安全，研制智能巡檢機器人后配備紅外熱像儀和圖像采集裝置，以及利用遠程監控的方式代替人工現場觀測。

3.5電磁兼容技術

變電站的電磁環境非常復雜，其電磁騷擾影響通信效果，導致設備產生運行不正常、不能通信等現象。磁兼容技術是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾能力的技術。常用的電磁兼容性設計主要有屏蔽設計、濾波設計和接地設計。[4]

3.6控制技術

智能巡檢機器人的運動控制系統，包括車體的前進、后退、轉向以及云臺的升降、轉動。變電站智能巡檢機器人常采用PID進行控制，整個系統由被控對象和控制器構成。PID控制系統基于“過去、現在和未來”信息估計，結構簡單、具有較強魯棒性，廣泛用于工業控制。[5]

4智能巡檢機器人推廣應用情況

目前，國家電網公司正在向去全國各地推廣應用變電站智能巡檢機器人。變電站智能巡檢機器人在仿真設計、機器人操控、模式識別等多項關鍵性創新技術方面取得突破性發展，整體水平達到了國際領先水平。自投運至今，已經累計為客戶發現1000余項安全隱患，通過機器人的提前預警，及時進行處理，避免了重大電力事故。國外只見其科研機構發表論文，并未大規模推廣應用。但變電站智能巡檢機器人在實際運用中也暴露出一些問題，變電站智能巡檢機器人與電網實際運用需求存在一定的差異，存在各種機型性能良莠不齊，實用化智能巡檢機器人尚不夠成熟，智能化程度不高，技術標準體系存在較多空白等問題。

5 結語

本文對變電站智能巡檢機器人技術開展國內外調研，介紹智能巡檢機器人的基本情況以及中國、日本、加拿大等國家的變電站智能巡檢機器人發展情況，并對變電站智能巡檢機器人現有關鍵技術進行簡要分析，未來如何提高設備狀態檢測精度，提高變電站智能巡檢機器人的功能性、智能化水平依然是研究的重點。深入了解其實際應用需求，提高變電站智能巡檢機器人的適用性是變電站智能巡檢機器人今后發展的重要方向。

參考文獻：

[1]楊旭東，黃玉柱，李繼剛，李麗，李北斗.變電站巡檢機器人研究現狀綜述[J].山東電力技術，2015，42（01）：30-34.

[2]謝旭琛，陳曉鵬，石基，佘文錦.變電站巡檢機器人的應用技術探析[J].中國設備工程，2018（10）：221-222.

[3]楊墨，隋天日，曹濤，范強.變電站巡檢機器人自動充電系統[J].制造業自動化，2013，35（03）：47-49+53.

[4]黃益莊.變電站智能電子設備的電磁兼容技術[J].電力系統保護與控制，2008（15）：6-9+59.

[5]魯守銀，錢慶林，張斌，王明瑞，李向東，王宏.變電站設備巡檢機器人的研制[J].電力系統自動化，2006（13）：94-98.