探究巡檢機器人在無人值守變電站的應用

覃善西

摘 要：在配電網發展過程中，相應增加了變電站數量，開始實行無人值守模式。由于人工巡檢工作量比較大，變電站應用機器人輔助巡檢方式，可以明顯降低安全隱患，提升設備巡檢的可靠性。此次研究主要是探討分析巡檢機器人在無人值守變電站中的應用，希望能夠對相關人員起到參考性價值。

關鍵詞：巡檢機器人;無人值守;變電站;運營維護

在電力技術發展過程中，持續擴大電網建設規模，相應提升電力系統自動化水平。某地區變電站值班方式開始轉為無人值守模式，全面確保變電站生產與運營安全。由于傳統巡檢工作需要定期檢查變電站設備運行狀態，采集相關數據信息，然而隨著變電站數量的持續增加，相應加大變電站日常維護與巡檢難度。在機器人技術發展過程中，電力企業開始應用機器人進行變電站巡檢，可以使電力人員遠離帶電設備，可以為無人值守變電站提供新的巡檢模式，不僅能夠提升變電站巡檢效率，還能夠維護設備運行質量。

1、機器人巡檢系統

1.1系統總框架

機器人巡檢系統主要包括基層系統層、移動站系統層。基站系統層組成包括無線通訊設備、網絡集線器、后臺工程機、導航定位系統。后臺工程機系統主要采用C語言，具備交互界面功能、狀態信息監測功能、運動路線規劃功能。移動站系統層主要包括控制檢測系統和移動本體系統，具備云臺控制功能、驅動電機控制功能、超聲采集功能、導航定位功能、無線通信功能。移動站控制程序主要采用C語言開發，功能涉及到導航定位信息處理、機器人運動控制、狀態信息傳輸等。移動站和基站可以通過無線通信實現數據連接，可以有效傳輸數據遠程控制機器人。系統可以連接電力系統內部光纖通信網絡，實現數據交換和遠程控制。

1.2軟件控制系統

巡檢機器人軟件控制系統主要包括基站軟件、移動站軟件、微型嵌入式軟件等三類子系統。不同系統可以分工協作，全面完成巡檢任務。移動站系統和其余系統存在交互性，高度融合功能會使系統設計出現妥協，全面維護項目可擴展性。該控制系統屬于實時性數據監控系統，可以有效處理系統接收的數據，同時將數據作為狀態量展示。基站系統屬于控制中心，可以將指令下發給其他系統。

2、巡檢機器人在無人值守變電站中的應用

2.1設備模式識別

機器人啟動巡檢任務時，到達指定位置拍攝紅外圖像和可見光圖像，將圖像通過無線網絡傳輸給基站，利用基站設備模式識別系統，可以對圖像進行識別，從而識別斷路器設備運行狀態，檢測指定設備溫度。由于機器人停靠位置存在偏差，系統應當容忍拍攝圖像誤差，只需要確保無漏檢設備即可。在良好光照條件下，按照可見光圖像讀取儀表數據，對設備開關狀態進行判斷。

第一，建立設備圖片庫。在識別設備模式時，必須建立完整的圖片庫，圖片庫建設質量會對后續匹配與識別精度造成影響。為了確保機器人執行任務時，可以有效匹配拍攝圖片與庫存圖片，提升圖片拍攝速度。圖片庫內的標準圖片必須具備高清晰度，避免外界因素影響圖片質量。為了消除影響因素，降低匹配錯誤率，必須將不同時間段與不同環境拍攝的圖片存入到圖片庫中。

在圖像匹配過程中，系統可以自動確認停靠點，按照圖像拍攝時間與季節，通過溫濕度計、光敏傳感器和圖像分析法判斷環境氣候，在圖片庫中尋找對應的標準圖片，全面提升結果準確性，減少匹配搜索時間。

第二，實時匹配與檢測識別：機器人在巡檢過程中，會將拍攝圖片傳輸到基站系統，系統實時匹配和識別圖像信息。然而機器人拍攝照片所停靠位置與云臺角度存在偏差，可能會與圖片庫的圖片存在差異，此時需要通過歸一法和投影法消除偏差。機器人實時上傳的數據可以成功匹配圖片庫圖像，說明系統正確識別圖像包含設備，明確設備在圖像中的位置。

應用匹配算法的運算速度可以決定檢測識別過程時間，匹配1張圖片所需時間為4s，在巡檢任務中主要由機器人行駛完成整個運算過程。1張圖片中存在多個設備，當機器人停靠點拍攝圖像包含設備數量越多，則每個設備的拍攝時間就越短。采用高精度匹配算法可以確保設備識別的準確性，可以應用于多個設備匹配檢測中。

第三，圖片配準與狀態輸出：將紅外熱像儀和可見光攝像頭安裝在機器人云臺上，攝像頭焦距調節范圍大，可以拍攝不同距離的圖片。熱像儀無法調節焦距，視角比較小，然而可以觀察設備細微狀態。當攝像頭的焦距比較短時，且設備處于并排放置，熱像儀可以拍攝攝像頭無法拍攝的部位。

可見光拍攝圖像經過系統匹配后，通過紅外熱圖可以獲得設備溫度數值。盡管不同攝像頭屬于并排安裝，然而在實際拍攝時存在微小角度差，因此在匹配圖像時必須做好調整。由于算法上不存在新誤差，所得出的結果誤差主要是由于運算誤差所致，可以忽略不計。

第四，全天候識別：通過建立圖片庫，可以充分考慮區域內環境因素，標準圖片比較完整。機器人在不同時間段、不同氣候環境下所拍攝的圖片，都可以高度匹配圖片庫中的標準圖片，實現全天候識別。

2.2設備聲音采集

變電站設備正常運行與故障運行的聲音存在差別，通過分析聲音可以判斷變電站設備運行狀態。巡檢機器人具備聲音識別功能，通過該功能可以實現無人值守，全面提升巡檢安全性。

（1）技術原理：矢量量化屬于重要分類方式，在識別系統中可以針對不同識別對象進行建模。通過LBG算法，可以實現聲音特征的無導師聚類，形成不同碼本。在識別過程中，可以尋找測試語音和不同碼本的平均量化失真距離，將最小距離作為識別結果，對音頻數據狀態進行判別。

（2）技術開發：第一，描述聲音功能。在機器人巡檢數據界面中，可以查詢聲音識別功能。在巡檢過程中采集設備音頻信息，可以在界面內顯示音頻。如果檢測設備聲音異常，則會發出聲音異常報警聲。第二，音頻訓練。在聲音識別中音頻訓練屬于重要基礎，可以有效采集設備正常運行聲音，并開展集中式訓練，以此獲得聲音特征庫。第三，音頻識別。音頻識別主要是按照檢測聲音特征，對比音頻庫中的聲音，以此獲得識別結果。

通過巡檢機器人的運行實況可知，聲音識別功能有效作用于高抗設備與變壓器異常聲音識別中，功能運行狀態具備高穩定性，可以高度集成到機器人大程序中。通過聲音識別功能，可以促進變電站無人值守模式的發展。

3、結束語

綜上所述，巡檢機器人可以實現無人值守變電站設備檢測，及時掌握設備運行溫度和故障隱患，不僅可以降低人工成本，還可以提升效率，加強設備巡檢質量，排除設備安全隱患。此次研究通過分析巡檢機器人在無人值守變電站的應用，討論機器人在變電站運行工作中的應用可行性，介紹巡檢機器人的總體框架與軟件控制系統，全面提升變電站設備巡檢質量，降低人工風險與勞動強度，應用價值比較高。

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