基于500kV變電站可視化智能巡檢的措施

國網湖北超高壓公司荊門運維分部 李佩瑤 陳 晨 郭 蓉 劉 琪 湖北省超能電力有限責任公司荊門分公司 朱 凡

智能巡檢隨著用電需求日益提升，變電站建設數量也隨之增加，日常巡檢作為變電站運維工作中的重要環節，其中可視化智能巡檢技術的應用，不僅可以減少相關人員工作量，也能及時發現變電站運行過程中潛在故障，切實提高變電站巡檢工作效率和質量。

1 可視化智能巡檢技術應用現狀分析

變電站智能巡檢機器人所處工作環境具有一定未知性，其中智能導航定位功能實現則是可視化智能巡檢機器人在500kV 變電站運維工作中有效應用的關鍵要素，直接關系著運動狀態下的智能巡檢機器人是否可以按照定位路徑完成自主運行[1]；因此，若要使智能巡檢機器人高效完成巡檢任務，前提是其具有的導航系統必須具有良好的性能。智能巡檢機器人按照導航進行自主運行時，極易受到外部因素干擾而導致其位置、航向等出現較大偏差。智能巡檢機器人位置及航向偏差情況表現如圖1所示。

圖1 智能巡檢機器人位置及航向偏差情況表現

四輪八驅、四輪四驅、四輪兩驅是目前智能巡檢機器人在實際導航中較為常用的驅動模式。其中以四輪八驅為驅動的智能巡檢機器人，是通過驅動電機實現轉向，具有轉彎靈活性好、輪胎磨損小、轉彎半徑大的特點；以四輪四驅為驅動的智能巡檢機器人，是通過左右輪的速度差實現轉向，具有轉彎靈活性不足、輪胎磨損大、轉彎半徑小的特點；以四輪兩驅為驅動的智能巡檢機器人，是通過左右2個驅動輪速度差實現轉向，具有轉彎靈活、驅動輪胎磨損大、轉彎半徑小的特點，但運動穩定性相對較差。

2 基于500kV 變電站可視化智能巡檢的應用優化

2.1 指令操作優化

2.1.1 人機互動

基于500kV 變電站運維工作要求，優化可視化智能巡檢機器人應用的前提，要對其指令操作進行相應的調整和優化，同時結合實際情況對其視頻錄制、啟動關閉任務、手動巡檢及銜接狀態等功能進行逐一檢查，以保證人機互動操作流程，實現可視化智能巡檢機器人自主執行由變電站人工配置的巡檢任務?？梢暬悄苎矙z機器人狀態檢查直接關系著相關指令操作的順利實施，就運維人員而言，必須全面掌握對可視化智能巡檢機器人狀態連接檢查標準。因此，在自主執行巡檢任務期間，根據實際情況優化人機互動操作，確?？梢暬悄苎矙z機器人順利完成對500kV 變電站的巡檢任務。

2.1.2 查詢操作

巡檢數據查詢：可視化智能巡檢機器人在執行500kV 變電站的巡檢任務時，通常是通過機器人上所安裝的高清攝像頭對各類表記數據進行完整且準確地讀取，再以拍照的方式對相應數據信息加以反饋。運維人員要根據查詢數據內所顯示的紅色數據，對當前500kV 變電站運行環境是否存在溫升越界的情況進行判斷，以保證在執行巡檢任務期間及時處理所出現的一系列問題。

報表查詢：可視化智能巡檢機器人在執行500kV 變電站的巡檢任務時，運維人員可以通過操作報表查詢指令，即可將查詢結果在系統界面中顯示，使變電站一系列設備的運行數據全面掌握，同時也便于運維人員及時了解可視化智能巡檢機器人執行巡檢任務的實際情況[2]。機器人后臺巡檢管理系統可以在執行巡檢任務時，通過無線網絡基站接收機器人所傳送的圖像，再運用圖像分析算法對接收的圖像中的信息進行處理和讀取，實現更加準確地判斷500kV 變電站運行狀態是否存在異常，而運維人員也可以結合自動生成的巡檢報告及時開展500kV 變電站運維工作。

2.2 基于雙目視覺的巡檢路徑規劃

為更好地解決可視化智能巡檢機器人在實際應用過程中由于導航定位丟失而出現的一系列問題，并進一步提高500kV 變電站巡檢機器人的智能化水平及實現完全自主運行，應優化可視化智能巡檢機器人導航系統的應用性能，以減少各方面因素對其位置及航向的偏差影響，從根本上保證500kV 變電站的巡檢任務順利執行。

2.2.1 巡檢地圖數據預處理

基于500kV 變電站的雙目視覺巡檢路徑規劃，先要預處理基礎的規劃環境，再初始化巡檢地圖數據。通過運用Dijkstra 算法對變電站標定的巡檢范圍進行測定，在此基礎上完成最短巡檢路徑規劃。從以往可視化智能巡檢機器人實際工作情況來看，其中交通路網、通信路由等影響最短路徑規劃準確性的主要因素；可在巡檢地圖中預設基礎關聯節點，最大限度地縮短各節點之間的距離，以保證500kV 變電站可視化智能機器人順利執行巡檢任務。

在這樣陌生又陌生的環境里，周小羽把自己的老爸換了，常愛蘭把自己的老公換了。他們兩個又齊心協力把家也給換了，換到了嶺北鎮。但嶺北鎮還是陌生的。

2.2.2 三維雙目視覺巡檢路徑規劃模型建立

根據500kV 變電站的巡檢工作需求，建立三維雙目視覺巡檢路徑規劃模型，發揮雙目視覺技術優勢，使智能巡檢路徑規劃程序與相應的控制系統實現雙向關聯，讓可視化智能巡檢機器人在雙目視覺技術應用支持下，增強自身的實際避障能力?；陔p目視覺的變電站巡檢路徑規劃指標參數見表1。

表1 基于雙目視覺的變電站巡檢路徑規劃指標參數

結合表1數據，調整與優化雙目視覺的變電站巡檢路徑規劃指標參數，再利用專業設備分析與掌握500kV 變電站的巡檢路徑規劃需求，使可視化智能巡檢機器人的避障能力得到有效提升的同時，也能確保所規劃的巡檢路徑為最優化[3]。

2.3 變電站智能巡檢多場景識別

2.3.1 智能巡檢場景識別模型建立

由信息融合的智能展示及虛擬與現實融合的智能操控這兩部分共同建立變電站智能巡檢多場景識別模型，以可視化載體綜合智能展示與智能操控為載體，滿足500kV 變電站巡檢場景識別的人機互動與虛實結合的需求。智能巡檢場景識別如圖2所示。

圖2 智能巡檢場景識別模型建立

可視化智能巡檢機器人在500kV 變電站中應用，需要在高精度的三維仿真場景中引入模擬機器人，以保證現實環境與仿真環境中機器人工作的協同性。機器人巡檢模塊利用雙目視覺技術進行距離測量并完成定位導航，再以人工智能與機器視覺為依托，滿足變電站可視化智能巡檢多場景準確識別的需求。

信息準確性與有效性是實現變電站智能巡檢與場景識別的關鍵要素，做好信息有效性判斷檢測工作尤為關鍵。導致信息失效的因素涉及多方面，以變電站中溫度信息有效性檢測為例；當溫度傳感器存在故障時，分類溫度傳感器可能發生的故障，利用以下公式對其可能出現的故障模式進行表示。

bjout（t）=xj或｜bjout（t）-xj｜=ζ 表示溫度信息恒定。

bjout（t）＞maxj或bjout（t）＜minj表示溫度信息超出正常范圍。

｜bjout（th）-bjout（th-1）｜＞Δ 表示溫度信息突變。

mj＞M 表示溫度信號振蕩。

上述公式中，t 為時間；xj與ζ 分別為常數和非常小的參數；bjout與Δ 表示第j個溫度信息實際輸出值和比較時間間隔中溫度兩跳變閾值；maxj為第j個溫度允許的最大值；minj為第j個溫度允許的最小值；th與th-1表示相鄰時間點h和時間點h－1間隔點；h 表示一個正整數；M 與mj表示允許的振蕩次數閾值和時間T內第j個傳感器溫度值的振蕩次數[4]。在執行巡檢任務期間，若有上述情況出現，則說明溫度信息無效，此時運維人員要結合機器人所反饋的信息開展變電站現場檢修工作，主要對通信鏈路進行檢修。

綜上所述，處于運行狀態下的變電站，由于受到各種因素影響而導致變電站內設備發生故障問題時，即可通過智能巡檢多場景識別與信息有效性檢查掌握變電站內一系列設備運行情況，精準定位故障所在位置，減少故障問題對變電站可靠、安全運行的影響，同時也能為運維人員開展現場檢修工作爭取更多時間。

2.4 激光傳感器選擇

為了將可視化智能巡檢技術優勢在500kV 變電站更好地發揮，合理選擇激光傳感器尤為關鍵；其中將3D 激光傳感器在智能巡檢機器人上進行安裝，在一定程度上能夠減少周邊環境因素對執行巡檢任務期間機器人定位精度的干擾影響。搭載激光傳感器的智能巡檢機器人不僅可以改善所具有導航系統的實際情況，而且能保證巡檢任務執行更加順利，解決巡檢機器人在實際導航中各種因素對其位置及航向精度的影響問題。

2.5 機器人輪胎選擇

巡檢機器人的輪胎及輪轂的問題，是造成可視化智能巡檢機器人在執行巡檢任務期間出現定位失敗的主要因素，機器人在執行巡檢任務時若因該原因出現脫軌情況，不僅會對巡檢任務執行力產生較大影響，也會降低500kV 變電站運維工作效率。因此，需要結合上述巡檢機器人轉向方式優缺點對比數據，選擇合適的輪胎類型，如鏤空實心輪胎，無特殊要求盡可能不使用充氣類型輪胎[5]。

3 結語

綜上所述，基于500kV 變電站，可視化智能巡檢技術的應用，不僅解決了傳統巡檢工作中存在的問題，又能替代人工操作完成各類型關于變電站的運維工作，如一次設備巡檢、紅外測溫等，減少工作量的同時，也極大地提升了500kV 變電站運維工作效率。