智能變電站巡檢機器人的應用

張 培

（鄭州鐵路職業技術學院 電氣工程學院，鄭州 451460）

變電站是我國電力系統的重要組成部分。變電站的工作性能會直接影響變電系統的變電效率。加強智能化變電設備的利用，能夠最大限度地滿足人們生產和生活中對電力能源的需求，保障人們的用電安全，改善地區的經濟發展狀況[1-2]。但是，從現階段變電站的使用和工作情況來看，因為電力需求量劇增，傳統變電站無法滿足實際的用電需求，所以加強對智能化變電站的利用是形勢所需。為了保證電力能源的科學傳輸，要加強對電力設備的機動性巡檢，科學利用巡檢機器人促進電力行業穩定發展。

1 智能變電站相關內容

在科技發展水平不斷提升的背景下，智能設備被廣泛應用于各個領域，極大方便了人們的工作和生活。目前，我國對電力資源的需求量較大。如果沒有電力能源的支持，人們的工作和生活質量將會無法保證。因此，相關人員應該重視智能化設備的利用，重視智能變電站的可持續發展，加強先進技術的支持，促使電力行業穩定發展。智能變電站建設中，要充分考慮環保性，通過提升設備利用信息的通暢性，將智能變電站工作產生的數據傳輸至數字化控制中心，實現整個變電站的信息共享。智能化變電站與常規的變電站存在較大的區別，其中最大區別在于智能化設備可以實現自動化工作，可以為電力工作的開展節約大量的人財物力資源，能夠自動完成電力設備對信息的采集和測量。智能變電站中光纖的使用，降低了設備和電纜的能源消耗。智能變電站的使用情況由管理應用層直接控制，設備內部含有很多智能一次設備。另外，順序控制可以實現智能化的高壓設備操作。具體情況如圖1所示。

2 智能化變電站優勢與技術特性

2.1 智能化優勢

智能化變電站的技術優勢比較明顯，通常體現在以下4個方面。第一，智能化變電站改變了傳統變電站使用電纜的情況，可以節約電力資源，滿足生態化發展需求，發電更加低碳環保。智能化變電站主要利用光纜，可以減少電力資源消耗。無論是環保方面還是對光纜材料利用方面，智能化設備都具有顯著利用優勢。第二，利用智能變電站能夠體現交互屬性，不僅可以統計各個電網中的信息，還能根據數據分析結果做出數據反饋，為開展后續工作奠定基礎。第三，利用智能變電站能夠體現可靠性。電力企業利用智能化變電站可以實時傳送信息，提升電力資源利用率。第四，具有高安全性。相關人員通過智能加密手段加密檢測的信息，防止信息泄露。第五，機器人代替人工開展檢測作業，可以避免惡劣天氣對工作人員檢測作業造成的影響，第一時間掌握實際環境數據信息，了解變電站的實際情況。

2.2 智能變電站的技術特性

智能變電站的關鍵技術系統組成部分為間隔層、站控層和過程層等，各個組成部分都有自身的作用。所以，在智能化變電站建設中，需要嚴格遵循幾個技術特性。首先，在智能化變電站建設中要運用數字化設計理念，保證電子式互感器和智能斷路器的應用可以體現出智能化屬性[3-4]。其次，要在一次系統結構三層兩網上體現網絡化屬性，為智能化設備的利用提供網絡支持。再次，要體現系統結構緊湊的原則，數字化智能變電系統要具有體積小、重量輕等特點。如果可以將其應用于集成系統的開關設備，就可以根據變電站機電一體化理念，合理布置和優化對智能化變電站的功能，實現對設備的統一建模，保證智能化變電站之間的無縫通信，實現對智能化設備系統的維護。最后，循序執行智能變電站在線監測原則，保證設備的檢修狀態更加穩定。通過利用智能化變電站獲取電網的真實狀態，及時檢測智能電子裝置的故障與信號的回路狀態。使用智能化變電站時不存在未被監測的單元，且對設備的使用沒有盲區，大大提升了系統的安全性。

3 智能變電站巡檢機器人研制

3.1 巡檢機器人的結構

為了使電力設備的工作開展更加有效，要在智能化變電設備中安裝巡檢機器人。這種智能化和巡檢功能的組合，不僅可以使機器人自動完成導航，還可以實現機器人自動的定位，做好各種部件的傳感分布，構建智能巡檢機器人的關鍵系統框架。機器人機體質量越大，能量的消耗越大，所以需要控制機器人的質量，從而提升機體結構承載力，保證其重力調節的有效性，進而促進控制箱與重力機制的連接。巡檢機器人的結構構造總體為移動機構、中心機構和控制箱3個部分，詳細劃分為光纖陀螺、主控制器、過濾器、障礙物傳感器、擋板、驅動輪、強力刷子吸口、電動鼓風機、電動控制器、清掃用電機驅動器、行走表示燈和光傳送設備等，具體如圖2所示。

3.2 設計巡檢機器人系統

為了滿足智能化變電站的工作需求，設計人員需要在巡檢機器人設計中適當地加入相關巡檢機器人技術。例如，根據實際需求建立監測技術和數據分析技術等，完善智能化巡檢機器人的自身功能，完成日常巡檢工作的監督工作，并利用加密技術實時交互和傳遞信息。在系統設計中，移動控制子系統的硬件組成包括主板、障礙物傳感器、運動控制卡與驅動輪等。這些組件的作用就是負責實現機器人的行為和運動功能，有效采集巡檢機器人利用所需的外部環境數據等智能規劃可視路徑，使智能巡檢機器人的利用符合車體動力學理論，保證了電機驅動正常運行，提升了巡檢機器人的運行效率，保證了其自主運動功能。巡檢機器人工作子系統的關鍵工作是檢測變電站中的數據，可以有效采集和傳輸圖像、聲音等，從而實現自動充電等功能。

4 智能變電站巡檢機器人的應用

4.1 識別檢測功能的應用

在智能化變電站巡檢機器人利用中，要想保證各項功能的完善，需要安裝各種檢測設備，實現對障礙物的有效檢測和功能識別，從而科學判斷各種路障。其中，巡檢機器人設備主要配備的工具是可見光攝像機，主要功效是實現對圖像、音頻等信息的采集。利用巡檢機器人能夠獨立讀取、記錄和分析有效信息，便于科學分析變電站的工作狀態。同時，利用圖像匹配方法分析變電站的數據庫信息，能夠有效匹配變電站的可見圖像和數據庫中的圖片。在算法設計中，能夠矯正圖像信息的形變，使灰度差別降至最低。如果利用能量歸一化和灰度均衡化、投影直方圖法、主成分分析法等分析圖像信息，巡檢機器人的圖像匹配程度會更高，準確度也會更高。以上方法可以人工標定圖片庫中所有的設備數據，一旦圖像匹配成功，便可識別和定位智能變電設備，提升識別檢測功能的準 確率。

4.2 智能巡檢分類功能的應用

巡檢機器人在日常工作時會使用兩種既定的模式，一種是訓練模式，另一種是返航模式。除了這兩種模式，巡檢機器人還可根據實際需要設定其他巡檢方式，但這些隱藏功能利用的次數較少，通常會被 忽略[5-7]。

4.3 定位導航功能的應用

對定位導航功能的運用，首先要預先設定行進軌跡，讓巡檢機器人在遇到障礙物后可以自行完成掉頭、直行和轉彎等操作，到達指定位置后可以利用紅外攝像機探測可見光，通過調整設備清晰角度提升拍攝的清晰度。其次，要利用圖像處理功能。通過系統自帶的紅外熱像儀和可見光電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）等設備監測目標對象，有效判斷電力設備的高溫異常情況。可見光攝像機設定高度為500～600 mm、行走速度為0.5 m·s-1，邊走邊沿引導線拍攝。循線攝像機會檢測上下左右4個邊界圖像來分析線路的異位等情況，詳細記錄主變、刀閘開合實際位置等，然后利用自動讀取儀器儀表處理報警故障。最后，要利用無線傳輸功能，將監測到的圖像、聲音等信息在最短的時間傳輸到監控中心，然后在監控中心的調控令指導下完成巡檢機器人與外部的通信。

5 結語

智能變電站在日常生活中應用廣泛。為了發揮智能變電站的作用，提升電力工作效率，要將智能變電站巡檢機器人應用于日常電力工作，根據變電站實際發展狀況，設定巡檢機器人的工作內容，保證巡檢企業人在工作中能夠遵循相關原則，有效傳輸電力數據，促進電力行業穩定發展。