智能巡檢機器人技術在水電站的設計應用

田方 王飛 劉禮華

摘要：本文以減小巡檢人員勞動強度，保障巡檢人員人身安全，提升電站智能化智慧化技術水平為目標，通過對機器人巡檢技術發展現狀及電站人工巡檢制度的現實需求、電站環境特點等的分析，提出一種智能巡檢機器人系統在水電站的應用方案。

關鍵詞：智能化;巡檢機器人;人工巡檢;設計應用

1前言

近年來國家重點推動水電工程設計、建設的數字化、網絡化、智能化，充分利用物聯網、云計算和大數據等技術，研發和建設數字流域和數字水電，促進智能水電廠、智能電網、智能能源網友好互動。隨著機器人技術的不斷發展完善，智能巡檢機器人系統在水電站進行了應用試點，但在水電站巡檢領域尚未實現廣泛成熟的應用。本文根據水電站巡檢需求、電站環境特點以及機器人技術發展現狀提出一套適于水電站的智能巡檢機器人系統實施方案。智能巡檢機器人技術在水電站的設計應用將為提升水電站智慧化水平、實現精細化管理、降本增效提供重要的手段，從而全面提升發電企業核心競爭力。

2設計背景

機器人技術及其智能識別、驅動器技術、設備檢測監測感知技術等在水電站站的應用實施，對促進水電站數字化信息化水平，提高電站安全預警防控能力及突發事件應急處理能力、加快信息技術與安全生產深度融合等具有重要意義。

2.1實施的可行性及必要性

2.1.1智能巡檢機器人技術的成熟

隨著人工智能技術迅速發展，機器人、計算機領域的相關技術日趨成熟。工業機器人長時間穩定巡檢、多種探測技術監測、分析、識別且受環境因素影響低等優勢逐步凸顯。以人工智能技術為契機，創新發展水電站運營管理新模式，利用“機器人”“智能視覺”等新技術為水電站安全運維發展開創新的方向。

2.1.2水電站人工巡檢存在的弊端

目前水電站巡檢方式主要依靠人工進行定時檢查、駐點值守。一方面，依靠人工檢查容易受到個人經驗、主觀意識的影響，同時受到監測手段、數據記錄、數據分析方面的制約，往往花費大量人力而不能得到有效的數據結果。而人工巡檢采集到的數據信息范圍、準確性、實時性等方面均存在不足，采集到的數據難以數字化、系統化，無法實現對設備的運行狀態、檢修維護等方面進行全面綜合分析，并制定出檢修計劃、維護方案等高級功能;另一方面，人工巡檢還存在一定的安全風險，且隨著設備使用年限的增長，設備故障率逐步增高，需要投入更多的人力物力進行巡檢、維護，運維成本隨之大幅度增加。

因此人工巡檢工作實施效果存在諸多不足且巡檢工作質量難以穩定保障。

2.1.3電站自動化系統存在的監測盲點

水電站發展已進入智能化智慧化建設加速推進的新階段，而目前現有的傳感器技術對于漏水、漏氣、漏油、局部放電、機械異形、線路異物等狀況監測尚無成熟有效的解決方案。人工巡檢受巡檢班次、間隔時間等因素制約，往往不能及時發現并處置。

2.1.4運維人員編制精簡，加強電站管控

隨著電站智能化智慧化相關技術的不斷應用、成熟、發展以及集控中心的建立各電站運行維護人員數量配置逐步精簡。大量現場巡視工作與逐步精簡的人員配置存在較為突出的矛盾。

引入機器人巡檢系統，利用機器人集成最新的機電一體化和信息化技術，替代人工對水電站設備進行全面高頻次巡檢，確保設備自主化安全可靠運行，提升智能巡檢管理水平，提高巡檢過程的可控性。實現巡檢人員部分或完全的替代有利于電站運行維護人員數量的減少，降低勞動強度，降低運營成本。

3設計目標

3.1安全運維技術創新

在智能巡視機器人替代人工現場巡視的基礎上，充分利用圖像識別、紅外熱成像、聲音采集分析等技術，完善現地巡檢信息采集范圍以及數字化水平。有機結合智能化電站管控一體化平臺，使巡檢機器人系統充分參與到電站管控平臺對電站運行維護的智能分析決策中，提升電站智能運檢水平。

3.2安全巡檢、覆蓋全面

水電站設備眾多、巡檢區域范圍廣，在布置有高電壓電氣等設備的區域對人身安全存在一定的安全隱患。對于海拔三千米以上的電站，高寒缺氧環境惡劣的地區，對于巡視人員的安全危害的可能更大。而巡檢機器人在滿足運動、防護、安全的條件下，可以不受上述因素的影響，巡檢區域完全覆蓋全部電站樞紐建筑物，避免環境及設備等對巡視人員的危害的可能。

4系統功能設計

4.1系統概述

水電站巡檢機器人系統基于機器人自主運動平臺搭載多組高性能傳感器實現圖像采集、語音對講、局放檢測、環境采集以及智能導航與避障、充電等功能，系統后臺實現的綜合信息智能分析等功能。

4.2系統設備

智能巡檢機器人系統，主要包括：各型機器人（輪式機器人、履帶式機器人、軌道式機器人）充電單元、監測平臺（包括服務器、平臺軟件）組成。如圖4-1所示機器人將巡檢的數據通過專有的數據網絡上傳到監測平臺實現設備異常預警、安全管控及數據智能分析等功能。

4.3通信網絡平臺

智能巡檢機器人系統采用有線及無線通信方式，配置網絡交換機及若干個無線路由器組成局域網（如圖4-2），監測平臺及巡檢機器人通過有線網絡及無線網絡設備連接。

巡檢機器人系統站內通信主要采用無線傳輸方式，即巡檢機器人本體采集的相關信息、數據通過站內專用無線AP網絡與站控終端系統進行信息交互。無線通信網絡平臺應具備較高的抗干擾性，適應電站高電壓、大電流、強電磁場的特殊環境，進行穩定高速的信息傳輸。

4.4巡檢機器人形式及數量的選擇

目前巡檢機器人系統機器人載體主要包括輪式機器人、導軌式機器人及履帶式機器人等形式。由于電站樞紐的建筑較為復雜，現階段單一類型

的巡檢機器人尚不具備應對多種樞紐結構的能力。因此，需根據電站建筑物不同高程、不同設備間，配置不同類型的巡檢機器人。如在主廠房發電機層、母線層、水輪機層、蝸殼層、GIS室、主變平臺、升壓站等位置配置輪式機器人，在壩區邊坡等位置設置導軌式機器人。

不同層高及不同區域的機器人配置數量，需考慮滿足巡檢周期、巡檢時長以及巡檢機器人巡航能力那等多種因素，確定巡檢機器人的配置數量。

5總結

智能巡檢機器人技術在水電站的應用是對電站傳統巡檢模式的創新。實現利用現有成熟機器人技術替代人工完成電站巡檢工作。智能巡檢機器人系統通過“狀態跟蹤、狀態評價、風險分析、科學決策、綜合協調”等過程，提升電站智能化、精細化運行管理水平，極大的確保提升生產系統運行的可靠性。

隨著機器人巡檢技術的不斷升級完善，將最終全面取代人工巡檢制度。同時機器人巡檢技術的應用、成熟也會極大的促進提高水電站智能化智慧化的技術水平。

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