變電站巡檢機器人的研究與制作

信蓮蓮

摘要：為了實現變電站巡檢全覆蓋。本文設計了兩款智能化、可控化、信息共享化的變電站智能巡檢機器人，兩款機器人可以實現自動遍歷變電站、站內隧道、變電站內空氣質量檢測、變電站內畫面拍攝、檢測數據上傳等功能。綜合變電站巡檢機器人能滿足“智慧城市”對于變電站內部環境及管線的檢測要求。彌補變電站監控系統只能定點監控的缺陷，實現移動式監控模式。開發潛力大，具有很高的推廣價值。

關鍵詞：智慧城市;變電站巡檢;自動遍歷隧道;移動式監控

一、前言

變電站采用人工定期巡檢并結合變電站監控系統反饋的監控報警信息，進行日常管理及維護，然而，變電站一般具有設備多、距離長及環境惡劣等特點，人工巡檢勞動強度大，效率低，且不利于巡檢人員的身心健康。此外，變電站監控系統只能做到定點監控，存在監控盲區。本項目設計了變電站智能巡檢機器人，相對于人工巡檢，具有以下優勢：

第一，可以有效減輕傳統的人工巡檢的巡檢人員負擔。工作人員利用機器人的網絡互連功能實現數據的實時上傳，通過遠程控制機器人就能完成巡檢工作，不僅工作量減少，而且遠離惡劣環境有益于身心健康。第二，變電站巡檢機器人嚴格的標準化操作，既能準確、客觀地反映系統運行狀態，又能消除不可抗力因素導致的運維失誤，同時永不疲倦地作業，極大提升了巡檢質量和效率。另外，作為移動式監控模式，還可以彌補綜合變電站監控系統只能定點監控的缺陷，進一步提高了綜合變電站的監控管理能力。第三，變電站巡檢機器人能取代原有的大量檢測設備，同時只需聘用少量技術和管理人才，會減少人力資源成本、復雜的人員協調和溝通成本。總之，變電站巡檢機器人在變電站的應用，是一種新型智能化巡檢模式。

二、設計方案

我們設計了兩款智能化、可控化、信息共享化的機器人，分別是Hound與Elfin，兩款機器人根據變電站環境和尺寸可以實現自動遍歷變電站、隧道、變電站內空氣質量檢測、變電站內畫面拍攝、檢測數據上傳等功能。與Elfin巡檢機器人相比，Hound巡檢機器人體積較大，但具有較強的穩定性，機器人對地下綜合變電站信息的日常收集與匯編，將不同坐標位置的變電站情況整理上傳，與Hound相比，Elfin巡檢機器人體積小，靈活性較強，適合在地下綜合變電站中狹小空間的巡檢工作，當地下綜合變電站中出現問題時，Elfin巡檢機器人能夠快速到達故障點巡檢，可以實現變電站內空氣質量檢測、變電站內畫面拍攝、彩色圖像傳輸、溫濕度和有害氣體數據上傳等功能。實現遙控巡檢、應急事故處理、例行巡檢、設備精確測溫、特殊巡檢、遠程監控指揮等任務。實現信息共享，進一步提高地下綜合變電站監控管理能力。

本項目的創新在于通過Hound與Elfin巡檢機器人實現了巡檢工作的自動化、信息化。取代原有的大量檢測設備并減輕工作人員的任務量，實現變電站巡檢全覆蓋。變電站巡檢機器人為了實現變電站內部無軌運動，采用定位裝置與運動控制裝置相結合的方法，對變電站內部的每個路段進行編碼。機器人搭載的射頻卡識別裝置可判斷出當前所處路段，結合給定路徑控制機器人轉向。

三、實施方案

立足于變電站巡檢，整個巡檢系統可分為前端巡檢工作層、中間通信服務層及后臺監控管理層。前端巡檢工作層的包括兩個巡檢機器人的本體設計及地下綜合變電站中的配套設施（如磁軌、智能攝像設備等）;中間通信服務層包括通信網絡、信號中繼站及專用充電插槽等，為智能巡檢機器人提供通信網絡、充電等配套服務。后臺監控管理層位于綜合變電站控制中心，主要由工作站、服務器、存儲器及展示設備等組成。具體研究內容包括機械結構設計、電路設計和配套軟件設計三個主要部分。其中，機械結構設計包括本體設計、材料選擇、模塊飛線;電路設計包括導航與定位設計模塊設計、智能充電管理技術設計、網絡通信模塊設計、電機驅動模塊設計、控制電路設計;配套軟件設計包括系統平臺軟件設計、集控站設計以及相應模塊的驅動程序設計。

Hound機器人包括控制系統、運動執行機構、導航定位裝置、管線檢測裝置、通訊裝置、電源管理系統。Elfin機器人包括控制系統、運動執行機構、氣體檢測裝置、溫濕度檢測裝置、導航定位裝置、通訊裝置、電源管理系統。項目實現了電腦上位機遠程監控功能。機器人本體、巡檢區域的工況信息及異常狀況均可通過電腦上位機遠程監測，并可以遠程控制操作Hound巡檢機器人。另外，在電腦上位機界面具有巡檢狀態提示。Hound巡檢機器人能夠沿著磁軌巡檢，具有極強的穩定性，并且位于頭部的攝像頭可以多角度旋轉。機器人將檢測到關于設備的可見光圖像/視頻等信息經過網絡通道傳輸到控制端計算機。

機器人將檢測到關于設備的紅外熱圖像經過網絡通道傳輸到控制端計算機。對相關信息進行分析后，若發現被檢測設備的實時溫度超過該設備預設允許的最高運行溫度，巡檢機器人會立即發出警報。

Elfin巡檢機器人實現了Android版本手機APP遠程在線監控功能（如圖5）。機器人本體、巡檢區域的工況信息及異常狀況均可通過手機APP遠程監測，并可以遠程控制操作Elfin巡檢機器人。利用機器人中彩色CMOS型圖像采集集成芯片結合視頻圖像識別技術，對地下綜合變電站中的表計，包括壓力表、溫度表、數顯表、液位計、軸承油位、避雷器泄漏電流和動作次數、電氣開關和閥門狀態等示值和位置，進行數據讀取，對管線進行外觀對比判別，自動記錄并生成報表，并經計算、判斷后發出報警，同時實時拍照和錄像至后臺，滿足運行人員隨時調用查看的功能。

機器人具備手動遙控巡檢和溫濕度自動采集兩種功能，通過溫濕度傳感器可測量地下綜合變電站中一定面積管線的整體溫濕度（傳感器測量的溫濕度為視場里所有物體溫濕度的平均值），并通過一定格式打包發送至手機APP。另外，可以人工設定最大溫度值T_max，通過比較采集結果T_get與T_max的大小，判斷是否出現管線過熱過濕現象。同時對在xx路段測得的error進行積分，可以讀取發生過熱過濕情況的故障點數量。通過機器人的智能分析識別系統，實現人機互動。

四、結論

變電站巡檢機器人可取代變電站內部的大量檢測設備，節約設備成本。彌補變電站監控系統只能定點監控的缺陷，實現移動式監控模式。開發潛力大，具有很高的推廣價值。它的應用可以節省大批人力物力，節省的成本大于自身成本，可以實現大規模的推廣應用。變電站巡檢機器人可將工作人員從繁雜的檢測工作中解放出來，保障工作人員身體健康，同時提高巡檢效率。

參考文獻

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