智能巡檢機器人在變電站的應用分析

陳星 國網安徽電力公司合肥供電公司

傳統的人工巡檢方式暴露出滯后性，無法滿足變電站的巡檢需求，要重點探討和研究智能巡檢機器人在變電站的巡檢應用，采用基于地圖匹配的激光導航系統，設計智能巡檢機器人的軟硬件系統，提高智能巡檢機器人在變電站的巡檢應用覆蓋率和精度。

一、變電站智能巡檢的需求分析

我國幅員遼闊，電網規模宏大，管理節點眾多。變電站則是電網的關鍵管理節點之一，具有技術含量較高、設備數量眾多、危險系數高、地理位置分散等特點，一旦變電站出現故障，將直接造成區域性的停電事故，因此變電站的巡檢工作一直受到人們的高度關注。然而長期以來，我國在變電站的巡檢中采用了以人工巡檢為主的模式，這種依賴于人的巡檢方式雖然可以充分利用人的主觀判斷能力，但也存在著明顯的不足。例如體力消耗過大、巡檢過程中人身安全難以保證、設備運行狀態難以準確判斷、夜間無法巡檢、人為誤差顯著等等。這一系列的問題，使得變電站的管理領域對智能化巡檢提出了強烈的需求[1]。

二、智能巡檢機器人軟硬件系統設計分析

（一）智能巡檢機器人硬件結構設計

智能巡檢機器人內部構件主要包括有：激光傳感器、云臺、紅外熱像儀、超聲傳感器、機器人核心控制機箱、安全停障模塊、底盤模塊及輔助設備，能夠實現最高1m/s的直行速度和原地轉彎，實時監測機器人自身的高/低壓、過流、短路、斷路、過溫和通訊，并與激光雷達導航系統相結合，實現特殊復雜環境下的無死角監測。智能巡檢機器人還采用全向型云臺，支持垂直、水平方向的旋轉，云臺利用自帶的高清攝像頭進行精準的測溫。同時，智能巡檢機器人還配置有自主充電裝置和充電房，并通過監控平臺實時采集變電站戶外環境數據，實現與微氣象站的數據交互，基于TCP/IP協議獲悉變電站的降水、濕度、溫度、風速等信息，提升智能巡檢機器人的任務適應性。另外，智能巡檢機器人還有一些附屬設備，如：工作指示燈、音響、拾音器、遙控器等。

（二）智能巡檢機器人客戶端軟件功能

1.實時監控界面。通過實時監控界面查看當前的巡檢路線、位置、設備信息等，并顯示與巡檢任務相關的信息。2.巡檢計劃界面。主要是編輯巡檢任務，制定巡檢計劃，下發常規巡檢任務并查詢巡檢任務。3.遠程遙控界面。主要是控制機器人進行手動巡檢，實現對指定地點、設備的特巡，并實時顯示智能巡檢機器人的激光信息。4.其他界面。可以采用數據分析界面進行歷史巡檢數據的統計分析和顯示，包括：設備統計地圖、設備缺陷、巡檢任務、統計數據、任務日歷等[2]。

三、智能巡檢機器人在變電站的應用

（一）系統功能

智能巡檢機器人作為一個智能化電子系統，可以根據設計者的意愿和實際需求進行功能模塊的集成，具有很大的靈活性。但從當前的應用來年看，智能巡檢機器人在變電站中應用最多的功能主要包括路徑規劃、故障檢測、定位導航、遠程控制等等。當系統向現場巡檢機器人下發任務指令后，機器人需要通過內部算法模塊自動進行最優路徑的規劃，一般需要經過路徑搜索、路徑篩選和路徑模擬實驗等步驟，并經過人為的修正后，方可確定實際的巡檢路徑。故障檢測則主要依賴于紅外成像系統的溫度檢測功能，機器人通過紅外測溫實時分析各設備的溫度分布情況，并對過熱的地方進行拍照，同時采集設備發出的故障聲音，然后根據預設的條件進行故障分析和定位。定位導航是機器人按照規劃路徑行進的必要前提，變電站一般采用無軌導航，因此機器人內部實際上是導入了一個GIS地圖，也可以自帶GPS定位終端，使其可以自主完成定位、前進、拐彎、避障等功能。遠程控制是當前變電站巡檢機器人必不可少的功能，一方面，當機器人本身出現故障或出現突發情況時，需要由人對其進行遠程操控，防止事故發生。另一方面，對于一些較復雜的巡檢或維修工作，單靠算法是不現實的，可由技術人員遠程協助完成[3]。

（二）工作流程

變電站巡檢機器人在整個工作過程中，主要依賴于監控中心、管理中心、通信系統、機器人等四個環節的相互協調。首先，由技術人員在監控中心的系統界面上編輯好需要執行的巡檢任務，然后將巡檢任務轉換為機器指令，通過通信系統的發送端將指令發送到機器人的主控芯片上，機器人在接收到指令后，會調用相應的算法模塊進行路徑規劃，該路徑會先反饋回監控中心，由監控中心的技術人員根據實際情況進行修正并確認后，再次發送回機器人終端，機器人會根據確認后的路徑開始巡檢。其次，機器人在巡檢過程中會根據任務指令分別完成每一個子任務，并將結果記錄實時反饋給遠程監控中心，機器人前方攝像頭的畫面也會同步傳輸到監控中心，實現巡檢過程的可視化。接著，機器人巡檢中產生的數據會通過監控中心的大屏幕顯示出來，通過GIS系統的應用，技術人員可以直觀地了解每一個設備的運行狀態。最后，機器人完成巡檢任務后，會進行一個綜合評估，評估結果返回給監控中心，完成巡檢任務。到此，一個完整的機器人智能巡檢過程就完成了。監控中心則需要通過大數據平臺進行數據的統計分析，在現有數據基礎上預測變電站各設備的未來運行狀態趨勢，為變電站的管理提供決策依據[4]。

四、結語

綜上所述，智能巡檢機器人在變電站中的應用，不僅解放了人力勞動，更是提高了變電站巡檢的效率和質量，大大提高了電網運營水平，是未來變電站管理的重要發展趨勢之一。實際上，由智能巡檢機器人完全代替人類勞動只是一個美好的愿景，當前的智能巡檢機器人在巡檢過程中仍然需要一定程度的人工干預。隨著各種智能化技術及其配置技術的日益成熟，智能巡檢機器人有望成為未來變電站巡檢乃至全電網巡檢的主力軍。