大型變電站智能巡檢機器人應用現狀及問題

王恩仲 李瀟

【摘要】隨著人工智能的發展，常規變電站向建設智能化變電站的方向推行，智能巡檢機器人技術在各個變電站的應用也在逐漸鋪展開來。本文結合云南某大型變電站智能巡檢機器人的應用情況，對智能巡檢機器人在大型變電站中的應用現狀及問題進行分析，并提出了相應的改進措施。

【關鍵詞】大型變電站;智能巡檢機器人;應用現狀;問題分析。

0 引言

隨著變電站向建設智能化變電站方向的發展，變電站的自動化水平也在逐漸提高，而智能巡檢機器人技術則在各個變電站逐漸得到推廣和應用。在《2020年國務院政府工作報告》中提出的新基建中特高壓的發展將涉及到很多大型變電站的建設，而傳統的巡檢模式必然滿足不了高速發展的智能化變電站建設，智能機器人巡檢將成為以后變電站巡檢的主要方向。

當前的變電站巡檢方式主要依靠運維人員通過巡視、抄表、記錄以及使用一些相配套的檢測儀器對變電設備進行檢查，但是這種人工巡檢方式由于各種外界因素的影響導致其質量難以得到保證[1]。而變電站智能巡檢機器人通過下發計劃巡檢任務或專項巡檢的方式，在無人值守或少人值守的變電站對室外高壓設備進行巡檢，可以及時發現電力設備的溫度異常、表計數值異常等設備異常現象。智能巡檢機器人技術的應用極大的解放了人力，使變電站設備運維效率得到提升。

雖然機器人巡檢技術近年來發展迅速，但因當前機器人巡檢技術智能程度有限，且機器人巡檢還在試行、推廣階段，在任務規劃、數據獲取和診斷分析等方面供電局多參照人工巡檢的方式執行。而大型變電站因本身電力設備多、型號種類豐富、占地面積廣等對智能巡檢機器人的應用是極大的挑戰。

1 巡檢機器人簡介

巡檢機器人按照應用場景的不同，分為室內巡檢機器人和室外巡檢機器人。而本文介紹的是室外巡檢機器人。

變電站巡檢機器人系統由機器人本體、監控系統、機器人室、微氣象系統等組成。變電站巡檢機器人通過監控系統進行管理，可以與生產管理系統等實現信息交互。其系統總體架構如圖1所示。

1.1機器人本體

機器人本體由底盤單元、供電單元、傳感單元、控制單元及導航單元組成。底盤為輪式底盤，驅動機器人進行移動;供電單元采用鋰電池為機器人各供電模塊進行供電;傳感單元為可見光攝像頭、紅外熱像儀、超聲傳感器，對巡檢時相關信息進行采集;控制單元負責對各傳感數據進行處理、運算及對執行機構進行控制;導航單元為無軌化3D激光導航方式，實現機器人定位導航。

1.2監控系統

監控系統功能包括機器人管理、任務管理、實時監控、巡檢結果確認、巡檢結果分析、用戶設置、機器人系統調試維護七大模塊。

（1）機器人管理模塊：主要為了實現變電站多臺機器人之間的選擇切換，選擇其中一臺機器人后，界面中的任務管理、電子地圖及實時監控三大模塊均切換至對應選擇的機器人工作界面。模塊主要包含機器人切換、視頻監控及電子地圖、實時信息、設備告警信息、系統告警信息等相關信息展示。

（2）任務管理模塊：任務管理模塊主要實現全面巡檢、例行巡檢、專項巡檢、特殊巡檢、自定義任務、地圖選點及任務展示等功能。每個功能均集合了任務編制、任務下發等功能。根據不同巡檢任務類型自動預設相關巡檢點位，并自動生成任務名稱。

（3）實時監控模塊：主要實現視頻監控，巡檢上報信息查看及機器人控制等功能。

（4）巡檢結果確認模塊：主要包括設備告警確認、主接線展示、間隔展示、巡檢結果瀏覽、巡檢任務審核、巡檢報告生成六個模塊。用于對機器人的巡檢結果，包括各類設備告警信息數據，以及各巡檢點位采集的圖像、音視頻信息等進行核查確認，并生成巡檢報告。

（5）巡檢結果分析模塊：實現各巡檢點位任務的查詢、瀏覽、輸出功能，分析各設備的巡檢覆蓋情況，并可實現對該巡檢任務信息查詢、瀏覽及審核確認，具備導出相應報告功能。

（6）用戶設置模塊：主要實現用戶權限管理功能。

（7）機器人系統調試維護模塊：主要實現巡檢地圖維護、機器人參數設置、機器人數據庫維護等功能。

1.3機器人室

機器人室用于機器人的自主充電及日常停放，采用彩鋼復合板、輕鋼結構、防水卷材、防腐木板等制作而成，占地面積約4㎡。機器人室內按需配備空調、充電箱、自動卷簾門等設備。室內充電箱采用220V電壓。

1.4微氣象系統

微氣象系統能夠采集環境溫度、濕度、降水量、大氣壓、風向、風速等主要氣象要素，并能實時遠程監視，能夠有效地提高機器人的任務適應性。

2 巡檢機器人應用情況

隨著國家新基建概念的提出，我國大型變電站的數量將變得更多。我國最早研究變電站巡檢機器人的是山東省電力公司電力科學研究院和山東魯能智能技術有限公司[2]。目前云南電網主要使用的是山東魯能的智能巡檢機器人，而在2018年5月21云南電網公司在南網率先實現變電站巡視機器人集中管控標志著該公司在南方電網率先實現公司級機器人主站對公司范圍內機器人集中管理。巡檢機器人與主站聯調對接后，從設備臺賬、業務規范、數據格式、通訊接口等方面實現了統一整合，為變電站巡檢機器人的規范化建設奠定了堅實基礎，成功實現了云南電網變電站機器人巡視的集中管控，以及變電站機器人巡視作業從作業計劃、工單分配、站內巡視、數據回傳、數據分析、巡視作業績效管控的“閉環管理”。云南電網做為西電東送的主網架，大型變電站數量眾多，但在面對大型變電站時，巡檢機器人應用依然面臨技術上的挑戰。

3 巡檢機器人在實際應用中的不足

3.1巡檢機器人自動導航

巡檢機器人導航是機器人本體需具備的功能之一，是巡檢機器人安全而高效行走的保障。目前巡檢機器人主要采用無軌化3D激光導航方式，根據激光導航的原理，需要提前對變電站的設備、建筑等信息進行采樣，建立2D柵格地圖。其巡檢機器人導航方式分為三個步驟：建圖、定位、路徑規劃[3]。建立好的2D柵格地圖對于常規變電站，一般來說是不需要改動地圖的，但對于大型變電站來說，

巡檢機器人自動導航則面臨巡視環境發生改變，狹窄地形激光定位丟失等問題。

巡視環境發生改變主要是因為電力行業的快速發展，大型變電站經常推廣各種新型項目，例如說給變電站35kV區域設備加裝安全圍欄，巡視人員通過時可以自己開關門進入，但對于巡檢機器人來說新安裝的安全圍欄就未在2D柵格地圖內，如果不提前將安全圍欄門全部打開并固定住，巡檢機器人不知道有這扇門，就可能會自己撞上去，有可能造成安全圍欄門或巡檢機器人的損傷。同時因為環境的改變，巡檢機器人可能就無法識別當前環境，停在此區域。根據這種情況，需要廠家人員到現場重新掃描當前巡視區域環境，并做測試，確保巡檢機器人能正確返回充電室。

狹窄地形激光定位丟失主要是因為大型變電站占地大，巡檢機器人網絡通信在距離巡檢機器人通信基站較遠的地方信號較差，可能會出現巡檢機器人因為通信差而暫停移動或是直接激光定位丟失，且巡檢機器人在狹窄的地形或是有圍網的電力設備周圍行駛時是關閉超聲停障功能的。因為如果不關閉超聲停障功能，巡檢機器人在地形狹窄處或是有圍網的電力設備周圍行駛超聲停障功能就會報警，巡檢機器人就會暫停移動，而恰恰是因為巡檢機器人關閉了超聲停障功能，在狹窄地形激光定位丟時巡檢機器人就有可能碰撞到電力設備，造成巡檢機器人受傷，如圖二所示。根據這種情況，應要求廠家人員優化巡檢機器人巡檢路線，盡快開發機器人離線巡檢模式，在變電站信號薄弱的地區加裝巡檢機器人通信基站。

3.2巡檢機器人紅外測溫

在變電站中紅外測溫是檢測電力設備運行是否正常的重要手段，對于大型變電站來說，人工紅外測溫工作量很大，使用巡檢機器人測溫可以極大提高變電站運維效率。但因為巡檢機器人紅外測溫是一個模擬人工巡檢的過程，巡檢機器人在到達預定位置，通過獲得巡檢目標的最佳圖像數據傳輸至監考后臺進行智能分析，并通過電力設備整體溫生特性、局部溫升特性和溫差變化作為判別電力設備是否存在溫度異常的依據。而巡檢機器人在紅外熱成像時往往容易受到周圍溫升高設備的干擾或是周圍照明光源的干擾，導致巡檢機器人雖然測的是選定部位的電力設備，但是采集到的溫度卻是周圍溫升高設備或是照明光源的溫度，使此部位的測溫結果無效，這在圍網內的電力設備上體現很明顯。根據這種情況，應要求廠家優化巡檢機器人紅外測溫的程序邏輯，而電站運維人員則應在巡檢機器人紅外測溫時及時關閉開關場的照明設施。

3.2巡檢機器人表計讀取

巡檢機器人在進行可見光巡檢時，需要拍攝設備清晰圖案，實現對其狀態或讀數的準備識別。但在實際應用中，巡檢機器人在大型變電站中的表計卻存在拍攝圖片模糊、讀數識別錯誤的問題，而因為大型變電站設備眾多，可見光巡視的數據錯誤率就比較高。

表計拍攝圖片模糊、讀數識別錯誤主要出現在大型變電站中的GIS設備或圍網內的電力設備上。GIS設備的一大優點是占地面積小、結構緊湊，但對于巡檢機器人來說，過于緊湊的電力設備結構導致相關表計的讀取困難，因為巡檢機器人身高有限，即使調整了拍照角度，拍出的照片也容易模糊。在大型變電站中圍網中的設備較多，例如說交流濾波器中的避雷器讀數就容易讀數識別錯誤，因為圍網對機器人的拍照干擾很大，即使廠家人員采取了拍照時虛化圍網，對相應電力設備拍照點位的圍網剪切開個小窗的方式，實際讀數依然容易讀數錯誤。根據這種情況，應要求廠家優化圍網內拍照的電力設備識別策略，減少圍網對機器人巡檢的干擾。

4 結束語

綜上所述，巡檢機器人技術的應用已經在我國取得很大的發展，但在大型變電站應用方面，依然存在極大的技術挑戰，應在巡檢機器人設計安裝時考慮到這些情況，提前進行技術攻關，不斷的完善巡檢機器人應用技術。

參考文獻

[1] 錢金菊.變電站智能機器人巡檢任務規劃[J].廣東電力.2017.

[2] 文宗林.智能巡檢機器人應用現狀及問題[J].低碳世界.2018.

[3] 陳曦、孫楊.變電站機器人巡檢運維技術培訓教材[M].中國電力出版社.2020.