智能巡檢機器人在變電站中的應用及研究

孫本鶴，王廣玲，王 波

中國三峽新能源（集團）股份有限公司，山東 濟南 250002

0 引言

隨著科技水平的不斷提升，現代化的通信網絡已經升級到5G網絡，信息的傳輸速度不斷加快。同時，大數據、云平臺、邊緣計算等技術水平也在不斷提升，有效提高了數據的處理速度和計算機編程效果。同時，紅外熱像和紫外探測等傳感器的技術應用水平的有效提升，為巡檢工作提供了信息基礎。通過將語音、生物識別等技術融入機器學習中，提高了人工智能的學習效果，為智能巡檢機器人的構建提供了關鍵技術。

1 智能巡檢機器人概述

智能巡檢機器人是在智能系統的基礎上，將識別傳感系統以及計算和信息處理系統等進行結合，為機器人提供更多的功能，使其能夠憑借探測設備，對變電站的實際情況進行測量，并對所測量的數據進行智能分析，找出運行不合理或故障問題，并結合故障情況給出分析報告，以幫助維修人員及時維護管理。在使用人工對變電站進行巡檢時，一方面，成本消耗相對較大，人工檢修過程中存在一定的危險性，而且人工巡檢時間相對有限，新能源場站多實行集控管理，少人或無人值守，想要實現全天性的巡檢，需配置大量運維人員，成本消耗較大；另一方面，人工巡檢的精確度難以保障，有豐富經驗的巡檢人員能夠發現并判斷潛在安全隱患，而新員工或者缺乏足夠經驗的人員只能憑借檢查設備，發現已發生的故障，維修效率較低，可能發生巡檢維修不及時的問題。另外，工作人員在長時間的巡檢工作中，精力會不斷下降，從而無法保證巡檢的精準度。

通過使用智能巡檢機器人，能夠簡化巡檢過程，由人工或者智能程序對機器人進行控制，使用傳感器，使其通過不同方式探測變電站中設備的情況和變化趨勢，有利于提高檢測精準度，并且機器人能夠保持24 h不間斷的巡檢，避免發生檢測疲勞的情況，從而有效提升巡檢的安全性和可靠性。

2 智能巡檢機器人的系統

2.1 系統結構

機器人智能巡檢系統結構分為4層。（1）感知層。在巡視主機中設置相應的傳感器，對周圍的環境、場景等進行檢查和感知，機器人使用高清相機、紅外相機、溫濕度測量設備等，對變電站環境進行探測。（2）數據層。感知層中測量的數據云傳入數據層，進行儲存和傳輸[1]。通過相應的接口與探測器、數據庫等進行連接，并將數據進行初步整理，上傳至專門的文件夾或者數據庫，再通過總數據線將數據傳輸出去。（3）服務層。對數據進行識別和分析，通過智能程序對巡檢過程中得到的信息進行判斷和鑒別，發現數據存在缺陷時，給出相應的處理措施，通過智能聯動的方式共享信息。（4）應用層。對共享信息進行識別和執行，在系統、工程等配置的幫助下，構建單位模型，并給出相應的警報或者維修信號，同時給出故障報告相關數據，方便后續的人工處理。

2.2 控制系統

變電站智能巡檢機器人在運行過程中主要有2個控制系統。（1）基站控制系統。在該系統中，由人工對智能巡檢機器人進行遙控，工作人員利用計算機對機器人的巡視路線、行為等進行控制。通過基站設定編程程序，對機器人下發相關指令，如巡視路線、巡視時間、探測信息種類等，使其能夠按照程序設定進行自動巡視。機器人在程序控制下進行相應的工作，完成指令要求，并將數據進行上傳。（2）自主控制計算機系統。機器人通過核心系統的計算對行動進行控制。在運行過程中，使用導航系統對機器人的位置進行確定，同時對周圍的環境進行監控，結合導航和監控信息對巡檢的路徑進行規劃。智能系統對機器人的運動、行為等系統進行控制，并監控和檢測整個巡檢過程，收集和分析變電站的實際情況。

3 智能巡檢機器人的關鍵技術

3.1 導航定位技術

導航定位技術主要是磁導航技術和激光導航技術，通過應用該技術，使機器人能夠在規劃的路線中移動。在使用磁導航技術時，需要提前在變電站巡檢路徑中設置相應的磁性材料，以便機器人對行進路線進行識別和感應，避免發生路線錯誤或失控的情況。利用激光導航技術時，通過激光對障礙物進行檢測和識別，并規劃出相應的路線，避免發生碰撞的情況。其中，激光導航技術的應用效果更加靈活，并且路線規劃更為準確，不容易發生碰撞等意外。

3.2 檢測識別技術

智能巡檢機器人應具有較強的檢測識別技術，以便對變電站中的不同情況進行識別，收集環境中的信息，并對信息進行分析，了解變電站中是否存在故障或問題。在對變電站進行檢測時，主要對設備的外觀情況進行檢測，對開關狀態進行識別，對變電站中不同的表計、壓板、把手、位置、油溫表等的狀態和相關數據進行讀取和識別，同時使用紅外線測量設備溫度。使用智能巡檢機器人對變電站進行巡視時，可以通過激光雷達等技術對站內情況進行單位重構，為工作人員提供變電站的三維全景，明確站內主要的一次及二次設備的坐標情況，展示不同的構件情況，具有較強的真實性[2-3]。

3.3 圖像識別技術

在對站內設備進行識別時，通過圖像識別技術，對不同時間段設備進行拍照和對比，分析出設備是否存在問題。在紅外線識別的過程中，能夠通過紅外熱成像攝像機對站內不同設備的紅外光譜進行獲取和展示，測量設備的表面溫度。例如，在變電站開關柜內部的線路老化時，電路電阻變大會導致發熱情況，使用紅外光譜能夠檢測到該處的溫度異常，從而發現線路老化等故障，并給出預警。

3.4 自動充電技術

為了保證智能巡檢機器人的正常運行，應使其在工作過程中對自身電量進行識別，從而在電量下降到相應標準后，進行自主充電，避免出現機器人電量不足而無法運行的問題。由于智能巡檢機器人需要充電，在設計巡檢路線和巡檢工作時，應將充電時間考慮進去，避免充電影響正常的巡檢工作。同時，應保持充電的安全性，設置專門的充電樁，智能巡檢機器人通過信號識別后，與充電樁進行對接，實現安全充電。充電樁應具有防誤觸等功能，避免對環境和工作人員產生危險。

4 智能巡檢機器人應用于變電站中的優缺點

智能巡檢機器人在變電站巡檢工作中，具有一定的優勢。（1）機器人具有智能系統，能夠自主對檢測到的信息進行識別和處理，通過網絡實現多方聯動，提高了巡檢工作的實際效率。（2）在運行過程中具有安全性，一方面所檢測的信息通過智能加密手段，能夠有效避免信息泄露的情況，保障檢測數據的安全；另一方面，由機器人代替人工在惡劣天氣和環境中進行檢測，能夠避免對工作人員的安全造成傷害，同時準確了解實際的情況和環境數據，幫助了解變電站具體情況。（3）在機器人系統中融合了多種技術，能夠有效對環境進行探測，并對周圍的實際情況進行識別，通過系統的分析作出決策。在發現故障后，能夠對故障的實際情況進行檢測，給出詳細的報告并及時預警，由工作人員進行檢修。（4）機器人巡檢的操作較為簡單，監控畫面清晰，且能夠智能識別和分析，方便運維和管理。

雖然智能巡檢機器人優點較多，但也存在一定的缺點。受到技術水平的影響，智能巡檢機器人的各項功能系統還有待開發和細化，而且其在運行中可能會受到一定的干擾，智能化程度有限，需要加強對其系統的編程，提升其智能化水平。此外，在對環境進行識別時，其識別的技術還有待提升，以提高監控真實度和全面性。

此外，智能巡檢機器人在作業的過程中，應保證整體的安全性，一方面，對機器人自身的運行軌跡和情況進行監控和識別，保障巡檢工作的正常進行；另一方面，對工作人員進行識別，與其工作運行軌跡進行對比，避免誤觸和互相影響，保證正常巡檢工作的開展。

5 智能巡檢機器人在新能源場站中的應用可行性

以110 kV甘肅定西南川變電站為例，對智能巡檢機器人在其新能源場站中的應用可行性進行分析。在實際運行過程中，首先，機器人運行時，利用單位可視化技術，對變電站內部的運行狀態進行建模，構建出三維實景，將實景中的數據與SCADA系統進行關聯，并在實時監控和數據收集的過程中對實景進行更新，使工作人員能夠在三維畫面中任意選擇監控畫面。其次，在對變電站內進行檢測時，不僅能夠對設備情況進行安全監控，還能夠識別工作人員是否佩戴安全防護裝置，發現異常情況后對其進行抓拍取證，并進行語音播報提醒。再次，在系統中能夠對多重功能和數據進行觀察，數據融合效果良好，方便工作人員操作。最后，聯動攝像機和機器人，可以多視角對變電站進行觀察。由此可知，智能巡檢機器人在實際的應用中具有良好的適用性，并且在新能源場站中具有較強的實用性。

6 結束語

綜上所述，在變電站中使用智能巡檢機器人，不僅能夠提高巡檢工作的檢測效果，還能夠使相關企業有效降低人力成本，同時能夠提高變電站的整體巡檢質量。同時，將智能巡檢機器人應用在新能源場站的巡檢工作中的可行性較高。