基于機器人技術遠程輸電巡視的研究與實踐

馬叢淦，王 闖，杜覺曉，吳淼喆，鄭 娜，張藝凡，李 煒

(國網北京市電力公司，北京 100031)

0 引言

目前專業巡檢人員老齡化現象日趨嚴重，人員承載力整體下降。而面對線路運維管理工作日趨精細化趨勢，加上工作經驗豐富的職工較少，完成線路運維工作壓力變大，未來靠人工完成日常的巡視工作已不現實。隨著科技的發展，互聯網技術的應用，機器人代替人類完成工作成為趨勢，現就機器人代替人來進行輸電線路巡檢技術進行分析。

目前輸電線路巡檢包括：例行巡視(包括本體巡視和通道巡視)、帶電登檢、紅外測溫、弧垂測量、交叉跨越測量等工作。統計顯示某檢修分公司例行巡檢的年度工作量是125 301工日，相當于100名專業巡檢人員、275名通道巡視人員全年不休地開展各項例行巡檢工作，并且帶電登檢、紅外測溫等工作均無法實現1次/年的工作標準，實際完成工作量在60 %—70 %。部分巡檢項目未按公司標準開展巡檢工作，不利于設備的安全穩定運行。而機器人依據設定好的程序，可實現線路的自動巡檢，解決了輸電線路人工巡檢的漏查漏報問題，通過機器人的程序化操作，將輸電巡檢工作固化，使巡檢質量可控能控。

1 技術原理

巡檢機器人是在架空輸電線路地線上行走，通過搭載可見光攝像機、紅外熱像儀、激光雷達等巡檢設備，對輸電線路及其附屬金具、桿塔、線路走廊進行巡視的智能巡檢設備。通過對地線進行局部改造，機器人可跨越桿塔實現全線路巡檢；還可自主完成巡檢任務規劃、越障、線路巡檢工作。巡檢結果既可在線實時查看，也能導入后臺數據管理系統進行整理、歸類與分析。

在安裝過程中需2人操作，一人上塔進行安裝，另一人于地面進行牽引操作。在巡視過程中，機器人可自動實現桿塔間的跨越，攝像頭(探頭等)可根據需要調整角度，對地線、導線、連接部位以及周邊環境等進行檢測。

1.1 可實現的巡檢項目

(1) 通過搭載可見光攝像機可實現本體巡視和通道環境巡視，2項工作可同步進行。

(2) 通過搭載紅外熱像儀可實現線路接頭的紅外測溫。

(3) 通過搭載激光雷達系統，機器人可獲取線路走廊圖片及三維點云數據，經過后期數據處理與分析，可形成線路走廊三維立體模型，并計算導線弧垂、導線與導線及導線與其他物體的距離，實現弧垂測量及交跨測量。

(4) 通過搭載高清照像機可實現線路的帶電登桿檢查作業。

(5) 通過搭載除冰鉆頭可實現架空地線除冰和導線觀冰。

1.2 機器人巡檢技術條件

(1) 工作環境：機器人工作溫度范圍為-25—60 ℃，外殼防護等級IP65，允許工作風力12級，可在低溫雨雪或高溫天氣工作。

(2) 電源及續航：機器人可通過安裝在桿塔上的太陽能充電基站實現在線充電，滿足遠距離、長時間續航能力要求，每次充電時間6 h，可保障巡檢8 km；也可以通過人工更換電池的方式實現不間斷巡檢。

(3) 巡檢能力：機器人搭載可見光照像機，每秒可拍30張分辨率為1 920×1 080的高清圖片，夜間可搭載星光像頭實現微光夜視能力。

(4) 越障能力：可以穿越懸垂線夾、防震錘、接續管，并通過塔頭局部改造，加裝過橋實現耐張桿塔的穿越。

(5) 數據傳輸：通過4G無線傳輸，實現危急、嚴重缺陷實時回傳。

2 技術比較

同人力相比，機器人巡檢具有如下優勢：

(1) 比人工巡檢質量高：機器人依據設定好的程序，可實現線路的自動巡檢，解決了輸電線路人工巡檢的漏查漏報問題；通過機器人的程序化操作，將輸電巡檢工作固化，巡檢質量可控能控；

(2) 比人工巡檢效率高：真正實現了運檢一體化，將本體巡視、通道巡視、帶電登檢、紅外測溫同步完成。

各項巡檢工作標準及標準工時如表1所示。與人工巡檢相比，機器人巡檢效率明顯提升，其中本體巡檢(含紅外測溫)較人工巡檢提升471.8 %，通道巡檢較人工巡檢提升111.5 %。

表1 巡檢工作標準及標準工時

(3) 比人工巡檢視野好：機器人從高空巡視，可以實現輸電線路的無死角巡視，有益于發現密封院落內的潛在隱患；同時三維描述可以精確測量隱患與帶電體、帶電體與帶電體之間的距離，解決了帶電測量操作難度大、風險高的問題；

(4) 比人工巡檢更經濟：機器人可以同步開展各項例行巡檢工作，相對人工巡檢更有經濟優勢，也比直升機巡檢更靈活、更便宜、更有效。

3 應用實例

3.1 110 kV退運線路試驗

目前，該檢修分公司對某耐張桿塔塔頭進行了改造(為機器人過耐張地線定制了“過橋”)，并在某110 kV退運線路8—10號塔間對機器人巡視功能進行試驗，巡檢效果如下：

(1) 機器人重量適當，操作人員提升安裝方便；

(2) 機器人結構嚴密，在架空地線上行走平穩，可安全穩定運行；

(3) 機器人可以順利通過10號耐張桿塔，通過時間為11 min。

3.2 220 kV在建線路試驗

某220 kV在建測試線路全線29.782 km，共95基。其中，直線桿64基，全部為鐵塔；耐張桿31基包括鐵塔28基，鋼管桿3基；全線30個耐張段。巡檢方案如下：

(1) 機器人平均巡檢效率為8 km/天，在220 kV全線共設3個充電點，分別在線路起點和終點搭設上下線裝置；除每次充電6 h外，機器人可不間斷巡檢；

(2) 在線路金具安裝完畢后立即開展機器人巡檢工作，并完成應用機器人搭載三維激光掃描成像儀和紅外熱成像儀的第1次全掃描工作；第1次全掃描工作完成后2日內將機器人巡檢報告提供給輸電運檢單位，輸電運檢單位負責開展影像資料價值評估工作，并上報檢修公司的指揮中心、運維檢修部進行下一步的分析處理。

3.3 實際線路巡檢情況

開展巡檢前，在桿塔塔身搭設上下軌道，將機器人放置在軌道下端的平臺上，機器人可自動上下塔，在多條線路上轉場作業，充分發揮其最大效用。

巡檢前對機器人行為完整定義，機器人上線后根據預設程序自主執行巡檢，依次對設備進行拍照、檢測，如圖1所示。發現線路異常自動告警，提醒控制中心進一步核查和確認。這樣，就可實現對帶電線路的巡檢檢查。

圖1 機器人巡檢過程示意

4 巡檢報告要求

4.1 巡檢報告周期

依據巡檢周期制定巡檢報告的周期(見表2)，如遇到危急隱患或缺陷，應及時上報。

表2 針對不同巡視工作的巡檢報告周期

4.2 巡檢報告內容

巡檢報告應包括巡檢日期、設備名稱及段落、工作量(里程數、基數)、工作時段、工作類型(通道巡視、本體巡視、弧垂與交叉測量)，以及發現問題、歷史數據對比分析，機器人巡檢性能分析；并在報告后形成交叉跨越臺賬、環境隱患臺賬、設備缺陷臺賬等。

5 下一步研究方向

5.1 覆冰觀測業務需求

針對線路覆冰精確觀測覆冰厚度問題，建議研究在導線上加裝“覆冰觀測標尺”。為應對導線不均勻覆冰，觀測標尺應360°有刻度；同時機器人應具備多角度精確觀測的能力，從而通過機器人的高清攝像機實現刻度的精準觀測。

5.2 巡檢系統實時回傳現場危重缺陷

為應對巡檢過程中發現的危急缺陷或隱患，機器人巡檢系統應具備危重隱患、缺陷的自動識別能力，并通過APP等方式實時回傳畫面，以便業務人員及時處理問題，從而避免危重隱患、缺陷影響線路安全運行。

5.3 機器人巡視后期技術研發

解決現場人員的人員緊缺問題，同時增加現有技術圖像標準的宣貫，增強使用人員對于遠程設備的掌控力度，與現有圖像識別、大數據分析技術的成果相結合，在無人狀態下由電腦自動識別報警，減輕監視人員的工作壓力。

6 結束語

機器人巡檢系統融合移動互聯的開發理念，應用了現有主流巡檢機器人技術，在應用過程中融合了生產經驗和機器人特有圖像采集識別技術，實現技術與現場的協調配合，可為現代化電網運維檢修管理和實施提供支撐，緩解輸電人員壓力。