軌道式智能巡檢機器人在海洋石油平臺的應用

周暐(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 應用背景

海上石油平臺的一些室內電氣設備(如：變壓器間、不間斷電源UPS間等)的穩定安全運行是保證海上平臺正常運行的關鍵因素，需要運行維護人員準確全面地了解平臺上室內電氣設備的運行狀態，人工檢測的內容主要包括測溫、讀表、指示燈狀態等。海上平臺室內電氣設備是設備缺陷的高發區，需要運維人員重點巡檢。人工巡檢沒辦法做到隨時隨地，軌道式智能巡檢機器人系統可有效降低人工巡檢的安全風險，24 h對平臺上的室內電氣設備進行監控，方便運維人員及時有效地了解室內設備的運行狀態。

該系統搭載有監控攝像頭和傳感器，對軌道周邊的電氣設備進行監測和檢查，能夠實現海上平臺的電氣間內的設備全方位智能巡檢和監控，同時也可以人工進行手動操作，以獲得相關設備的關鍵信息。

2 系統組成

智能巡檢機器人是由軟件平臺、軌道總成、供電總成和通信總成組成，是一款可長距離水平方向運動、智能型、監控攝像設備搭載平臺系統，可裝載音頻視頻采集、影音播放、溫度控制檢測和紅外熱成像等設備。系統組成如圖1所示。

圖1 智能巡檢機器人系統組成

結構主要分為：底盤模塊、安全防護模塊、前端搭載模塊、可見光監控、紅外熱成像儀、局放傳感器、軌道部分、供電部分、通信部分、后臺監控部分。其中底盤模塊是由內部齒輪和四組從動滾輪組成，它的轉彎半徑超過60 cm且具有很強的過彎能力，在一些特殊的復雜的環境中做到了監測無死角。安全防護模塊即紅外光電傳感器，當巡檢機器人在探測發現巡檢線路上存在障礙物影響其通過時可以自動停車報警。前端搭載模塊用于搭載可見光攝像儀、紅外熱像儀和局放傳感器。檢測單元可支持搭載氣體傳感器或其他類型傳感器，以滿足特定設備狀態監測和操作、行業業務處理等定制服務?？梢姽獗O控包含高清攝像頭具有高像素和多倍光學變焦，聚焦快速且準確。紅外熱像能夠提前發現異常情況，避免演變為嚴重故障，杜絕財產損失或對人身安全構成潛在威脅。軌道部分型材則采用高強度鋁合金，可拼接為U型彎和S型彎，根據現場的環境進行設計。局放傳感器具備超聲波和地點波兩種檢測模式，傳感器通過電機傳送，具有一定的伸縮行程。供電部分采用軌道供電系統的供電方式，電源輸入為220 V AC，可以保證其在石油平臺上運行的穩定可靠性。

3 系統功能及應用

智能巡檢機器人系統是一個集自主巡檢、檢測、紅外測溫、局放檢測、儀表識別和視頻監控等功能于一體的全面的、強大的系統。

自主巡檢分為全自主和遙控兩個功能。全自主巡檢模式包括例行和特巡兩種方式。例行巡檢方式下，系統根據預先設定的巡檢內容、時間、周期、路線等參數信息，自主啟動并完成巡視任務。特巡方式由操作人員選定巡視內容并手動啟動巡視，機器人可自主完成巡檢工作。遙控巡檢模式由操作人員通過后臺軟件手動遙控機器人來完成巡檢工作。

檢測功能是指智能巡檢機器人配備局放傳感器、紅外熱成像儀、可見光攝像機等檢測設備，并能將所采集的視頻和聲音等信息上傳至本地監控后臺及遠程集控后臺?？膳渲每梢姽鈹z像機、紅外熱成像儀、局放傳感器。

紅外測溫功能是指巡檢機器人搭載具備自動對焦功能的紅外熱像儀，能夠對站內設備進行溫度檢測，在影像中能夠顯示溫度的最高點位置和溫度數值?？梢愿鶕嶋H要求對電流致熱型和電壓致熱型故障進行自動分析判斷并提出預警。

該巡檢機器人搭載局放傳感器，具備超聲波和地點波兩種檢測模式，支持點巡檢和線性巡檢兩種檢測方式。能夠對屏柜的局部放電數據進行讀取，自動記錄和判斷，并提出報警。

在進行巡檢工作時，該巡檢機器人可以安裝一部帶有自動對焦、遙控拍照、定時自動拍攝等功能的高清視頻攝像頭，對設備所處的周邊環境進行視頻和圖像的采集并將圖像傳輸到中控室里。并且該攝像頭能夠對有讀數的儀表進行數據讀取，對指示燈、壓板等進行狀態識別并提出報警。

巡檢機器人具有可見光和紅外視頻圖像采集功能，工作人員可通過上位機軟件操作機器人移動到指定位置，將監控范圍覆蓋到盲區。機器人可拍攝出站內各種設備高清圖像和紅外熱成像，并將采集到的信息經無線局域網實時傳輸到中央控制室，在中控室的工作人員便可根據高清回傳圖像判斷出監測的設備是否安全。當發現一些異常情況時工作人員可第一時間查清原因并采取相應的應急辦法。

平臺內部傳統的工業監控系統或多或少地存在盲區，單憑人工查看實時監控圖像無法24 h進行巡檢，存在著遺漏的問題。智能巡檢機器人系統可以方便平臺運行維護人員及時有效地查看了解電氣房間內相關設備的運行狀態，有效地降低風險。電氣機柜內設備的運行狀態主要通過機柜上各類儀表來顯示并判別，智能巡檢機器人通過視頻監控可以實時查看、讀取機柜上的相關儀表數據并進行有效的數據分析。機柜漏電的現象也是一個潛在的問題同樣需要關注，平臺上房間內的設備經過長期使用容易出現老化漏電的現象。通過對智能巡檢機器人系統搭載局放傳感器，對相應使用年份長老化的設備進行檢查并及時預警。同時，電氣間設備不間斷工作，加之散熱不好會產生柜體發熱的情況問題，對柜內的設備性能會產生影響。智能巡檢機器人可通過搭載紅外熱成像或溫度傳感器對設備表面和內部溫度進行實時監控，一旦監測出溫度過高會及時報警。

智能巡檢機器人應用在海洋石油領域始于墾利3-2油田擴建項目。該項目位于渤海南部，采用全海式開發，充分依托墾利3-2油田開展新建井口平臺的無人化設計，為保證無人平臺遠程合閘操作的可靠性，在WPFB井口保護架上設置無人巡檢機器人。通過WPFB井口保護架上電氣開關間內的無人巡檢機器人，實時檢測電氣設備狀態實況，記錄重要電氣參數，與EMS傳輸數據實現對比，同時增加設備溫度、局放等測量參數，記錄結果存檔，輸出巡檢周報和月報。既滿足巡檢要求，又減少人員等平臺次數，減少人誤操作的概率。

4 結語

隨著社會經濟和能源行業的快速發展和科學技術的不斷進步，在很多行業領域當中，工作智能化程度日益提高。在電力系統中，變電站智能機器人巡檢系統也已應用多年[1]，有效地解決了傳統人工巡檢的諸多問題，現場應用效果較為理想。如今，該系統也應用在智能無人值守石油平臺，相信在今后無人化海上平臺的應用，能夠更加降低平臺生產運行時的安全風險，減少人工巡檢次數，提高工作效率和設備的智能化自動化水平。