智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)安全性與應(yīng)用性研究

郝育紅

（冀中能源峰峰集團(tuán) 企管部，河北 邯鄲056107）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，我國(guó)電力生產(chǎn)化水平不斷提高，并向智能化的方向發(fā)展。變電站作為電網(wǎng)的核心部位，自動(dòng)化水平也日益提高。隨著無人值守化的普及，變電站巡檢質(zhì)量得到重視，傳統(tǒng)的巡視方式已不能滿足現(xiàn)代化變電站發(fā)展的要求。

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在變電站中的科學(xué)合理應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)人工巡檢的局限性，取得了良好的應(yīng)用效果，提高了設(shè)備運(yùn)行維護(hù)人員的工作效率和巡檢質(zhì)量。

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在一定程度上取代了人工的巡檢工作，有效的推進(jìn)了變電站無人值守的進(jìn)程，智能機(jī)器人代替人工巡視，將是未來的主要發(fā)展方向。

1 變電站巡檢技術(shù)分析

1.1 傳統(tǒng)變電站巡檢分析

變電設(shè)備巡視是保證變電站安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要制度。傳統(tǒng)變電站設(shè)備的巡視是由值班運(yùn)行人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的。

變電站的值班員在進(jìn)行人工巡檢時(shí)，主要是通過看、觸、聽、嗅等感官對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行感觀的、簡(jiǎn)單的定性判斷，并采用手工紙介質(zhì)記錄的工作方式。

人工巡檢時(shí)受人員的生理、心理素質(zhì)、責(zé)任心、外部的工作環(huán)境、工作經(jīng)驗(yàn)和技能技術(shù)水平的影響較大，會(huì)存在漏巡、漏發(fā)現(xiàn)和記錄信息偏差的可能性。

巡視人員巡視設(shè)備時(shí)，需要站在離設(shè)備較近的地方，這樣會(huì)危害到巡視人員的人身安全。

綜上所述，無人值班變電站的人工巡檢存在及時(shí)性、可靠性差，管理成本高，無法準(zhǔn)確考核巡檢人員工作狀態(tài)，巡視效率低下等明顯缺陷。

隨著無人值守變電站的普及，對(duì)變電站巡檢要求也逐漸提高，傳統(tǒng)人工巡檢已不能滿足未來變電站巡檢的要求，改革傳統(tǒng)落后巡檢方式勢(shì)在必行。

1.2 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)

變電站巡檢系統(tǒng)中所采用的智能機(jī)器人是由多傳感器融合技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)、導(dǎo)航與行為規(guī)劃技術(shù)、安防技術(shù)、無線傳輸技術(shù)等多種現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)集成應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。

智能機(jī)器人在變電站工作中能夠通過完全自主或遙控操作模式，替代傳統(tǒng)人工巡檢方式，對(duì)變電站各設(shè)備及有關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行巡檢。

巡檢內(nèi)容包括設(shè)備溫度、設(shè)備外觀、開關(guān)分合狀態(tài)、儀表等，具有檢測(cè)方式多樣化、智能化、巡檢工作標(biāo)準(zhǔn)化、客觀性強(qiáng)等特點(diǎn)。

巡檢系統(tǒng)集巡視內(nèi)容、時(shí)間、路線、報(bào)表管理于一體，并在圖像分析及判斷基礎(chǔ)上，對(duì)變電站運(yùn)行中出現(xiàn)的故障問題和異常情況進(jìn)行快速捕捉和及時(shí)上報(bào)，為無人值守變電站的建設(shè)與推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持，進(jìn)而促進(jìn)電網(wǎng)的穩(wěn)定與可靠的運(yùn)行。

相比傳統(tǒng)的人工巡檢方式，智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)主要有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）通過視頻模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，操作前后狀態(tài)的核對(duì)等業(yè)務(wù)功能，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升巡檢的效率，降低變電設(shè)備的運(yùn)行及維護(hù)成本，節(jié)省大規(guī)模安裝固定攝像頭的采購和維修的成本。

（2）巡檢系統(tǒng)采用數(shù)字化處理方式，在保證數(shù)據(jù)時(shí)效性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和描述統(tǒng)一，從而提升了系統(tǒng)的智能化水平和信息化管理水平，減少了管理成本。

2 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的特點(diǎn)

2.1 系統(tǒng)組成

智能巡檢機(jī)器人管理系統(tǒng)分為過程感知層、主控管理層和遠(yuǎn)程系統(tǒng)層。

（1）過程感知層

過程感知層是智能巡檢機(jī)器人搭載高清攝像機(jī)、紅外熱成像儀、音量探測(cè)器、溫濕度傳感器等設(shè)備，對(duì)變電站設(shè)備的健康狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)采集，監(jiān)控感知變電站設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)。

（2）主控管理層

智能機(jī)器人采集的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸至機(jī)器人后臺(tái)，所監(jiān)控的數(shù)據(jù)可進(jìn)行移動(dòng)平臺(tái)的智能共享，使得數(shù)據(jù)管理和傳輸更加便捷、安全、智能。

（3）遠(yuǎn)程系統(tǒng)層

數(shù)據(jù)與調(diào)度部門實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程共享，并輸出相關(guān)設(shè)備的缺陷診斷報(bào)表，為決策層提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)更加可靠，更加智慧。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

智能巡檢機(jī)器人管理系統(tǒng)具有巡檢自主化、導(dǎo)航無軌化、視頻監(jiān)控智能化、圖像識(shí)別精準(zhǔn)化、異常處理功能、環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自主供電系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)等多種優(yōu)勢(shì)。

2.2.1 巡檢自主化

智能機(jī)器人可替代人工進(jìn)行日常的巡視和檢測(cè)工作，具有自動(dòng)巡檢的功能。機(jī)器人按照每日規(guī)劃的巡視和檢測(cè)任務(wù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的巡檢點(diǎn)的位置，沿著預(yù)定的軌跡，依次進(jìn)行自動(dòng)巡檢，實(shí)現(xiàn)了變電站信息檢測(cè)的全覆蓋、全檢測(cè)。

智能巡檢機(jī)器人開展的巡視和檢測(cè)工作系統(tǒng)也支持定點(diǎn)或定任務(wù)巡檢。只需通過后臺(tái)系統(tǒng)，選擇想要進(jìn)行巡視的巡檢點(diǎn)，向機(jī)器人派發(fā)臨時(shí)巡檢任務(wù)，機(jī)器人就會(huì)按照選擇的任務(wù)內(nèi)容，規(guī)劃出最優(yōu)的巡視路徑，即可完成巡檢任務(wù)。

2.2.2 導(dǎo)航無軌化

巡檢機(jī)器人無軌化導(dǎo)航方案是通過機(jī)器視覺相機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。巡檢機(jī)器人進(jìn)入巡檢環(huán)境之前，預(yù)先設(shè)計(jì)好巡檢路徑，并在固定的巡檢點(diǎn)粘附二維碼以形成巡檢路線。當(dāng)進(jìn)入巡檢環(huán)境后，再進(jìn)行地圖數(shù)據(jù)的同步，即可開始執(zhí)行巡檢任務(wù)。

2.2.3 視頻監(jiān)控智能化

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)搭載的高清攝像機(jī)，采集實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)圖像，并經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，并設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中繼以保證視頻不丟包，不失真，最大范圍的進(jìn)行設(shè)備及環(huán)境的監(jiān)控。

智能巡檢機(jī)器人管理系統(tǒng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)視頻存儲(chǔ)、分發(fā)、系統(tǒng)配置、實(shí)時(shí)監(jiān)視、信息發(fā)布、視頻查詢、視頻回放、實(shí)時(shí)控制、抓圖、抓錄等多種功能，真正實(shí)現(xiàn)了智能巡檢機(jī)器人視頻監(jiān)控的智能化管理。

2.2.4 圖像識(shí)別精準(zhǔn)化

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)針對(duì)不同設(shè)備圖像對(duì)象（指針類、分合類、文字類等），采用不同算法進(jìn)行分類特征提取，保證訓(xùn)練特征的穩(wěn)定性，進(jìn)行分類識(shí)別，識(shí)別數(shù)據(jù)結(jié)果，實(shí)時(shí)輸出。2.2.5 異常處理功能

變電站中應(yīng)急事故主要是指設(shè)備發(fā)生停電、起火、爆炸等嚴(yán)重威脅變電站設(shè)備財(cái)產(chǎn)安全和巡檢人員人身安全的生產(chǎn)事故。

發(fā)生以上事故時(shí)，可以利用機(jī)器人作為前鋒，第一時(shí)間深入現(xiàn)場(chǎng)，利用移動(dòng)高清視頻，協(xié)助運(yùn)維人員觀察設(shè)備的實(shí)際狀況。

利用機(jī)器人實(shí)時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)信息，有利于組建遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)專家的聯(lián)合分析隊(duì)伍，加強(qiáng)設(shè)備疑難缺陷分析的實(shí)時(shí)性，便于人員在遠(yuǎn)方快速了解現(xiàn)場(chǎng)情況，掌握現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)。

通過機(jī)器人排查其他設(shè)備，快速掌握設(shè)備的故障情況，及時(shí)確定處理方案，從而保障人員的人身安全。

2.2.6 環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

智能機(jī)器人具有可見光攝像機(jī)等設(shè)備，并能將所采集的視頻上傳至監(jiān)控后臺(tái)。工作人員可通過上位機(jī)軟件操作監(jiān)控系統(tǒng)移動(dòng)到指定位置，控制云臺(tái)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)近距離地觀察和拍攝目標(biāo)物體，將監(jiān)控范圍覆蓋到盲區(qū)。

機(jī)器人可對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行視頻圖像的采集，并根據(jù)工作人員的需要，將圖像信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳回運(yùn)維班組，并自動(dòng)記錄拍攝地點(diǎn)和設(shè)備的名稱，以備工作人員日后能查詢完整的信息。

2.2.7 自主供電系統(tǒng)

智能巡檢機(jī)器人采用220 V交流供電，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行選擇相關(guān)便于取點(diǎn)的位置，布置機(jī)器人的充電裝置。

在執(zhí)行任務(wù)過程中，機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電量情況，如出現(xiàn)電量過低，則自主觸發(fā)返航充電任務(wù)，并發(fā)出電量過低的警告。

智能巡檢機(jī)器人返航至充電位置，執(zhí)行自主充電任務(wù)，并確認(rèn)是否充電成功，如未充電成功，則重復(fù)執(zhí)行充電任務(wù)，待充電完成后，繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務(wù)。

2.2.8 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)

過程層智能巡檢機(jī)器人搭載智能感知傳感器，通過無線傳輸至局域網(wǎng)，再通過主控終端接入管控平臺(tái)。

3 智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)在變電站的實(shí)際應(yīng)用

電業(yè)分公司首先在35 kV梧桐莊變電站、北大峪變電站進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

針對(duì)梧桐莊變電站現(xiàn)場(chǎng)布置情況以及功能需求，采用一套室內(nèi)輪式智能巡檢機(jī)器人，進(jìn)行主控室與6 kV高壓室全覆蓋，通道門在機(jī)器人運(yùn)行時(shí)處于常開狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)智能化管控，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享?？紤]到由于35 kV高壓室區(qū)域，每個(gè)柜體外表設(shè)備數(shù)據(jù)較少，且與6 kV高壓室不在同一個(gè)區(qū)域，布置一套機(jī)器人的性價(jià)比較低，所以不在該區(qū)域布置機(jī)器人。

針對(duì)北大峪變電站現(xiàn)場(chǎng)布置情況以及功能需求，采用一套室內(nèi)輪式智能巡檢機(jī)器人，進(jìn)行6 kV高壓室2個(gè)室全覆蓋，通道門在機(jī)器人運(yùn)行時(shí)處于常開狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)了設(shè)備狀態(tài)的智能化管控，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享。

3.1 巡檢任務(wù)內(nèi)容

智能巡檢機(jī)器人巡檢任務(wù)包括以下內(nèi)容：

（1）內(nèi)屏柜外觀檢查;（2）開關(guān)運(yùn)行指示燈、數(shù)字顯示、投退狀態(tài);（3）刀閘遙控狀態(tài);（4）開關(guān)量模塊檢修狀態(tài);（5）溫濕度控制器溫度、濕度顯示;（6）遠(yuǎn)方/就地切換把手狀態(tài);（7）帶電顯示器電源顏色;（8）帶電顯示器閉鎖顏色;（9）室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)。

3.2 路徑規(guī)劃

35 kV梧桐莊變電站機(jī)器人路徑規(guī)劃如圖1所示。

圖1 35 kV梧桐莊變電站機(jī)器人路徑規(guī)劃Fig.1 Path planning of robot of 35 kV Wutongzhuang substation

35 kV北大峪變電站機(jī)器人路徑規(guī)劃如圖2所示。

圖2 35 kV北大峪變電站機(jī)器人路徑規(guī)劃Fig.2 Path planning of robot of 35 kV Beidayu substation

3.3 室內(nèi)智能巡視解決方案

以室內(nèi)機(jī)器人移動(dòng)巡檢為主，搭載可見光攝像機(jī)、溫濕度采集設(shè)備等傳感器，同時(shí)具備自動(dòng)升降功能，可對(duì)設(shè)備及環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。

室內(nèi)巡視方案由機(jī)器人、監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)器人充電樁、通信基站等4大部分組成。

機(jī)器人巡檢可有效地替代巡檢人員進(jìn)行繁瑣、重復(fù)的巡檢任務(wù)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓室二次設(shè)備的隱患和缺陷；充電是供機(jī)器人完成自主充電；機(jī)器人通信基站用于機(jī)器人與監(jiān)控系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

3.4 充電樁布置方式

智能巡檢機(jī)器人采用220 V交流供電，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行選擇相關(guān)便于取點(diǎn)的位置，布置機(jī)器人充電裝置。在執(zhí)行任務(wù)過程中，機(jī)器人實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電量情況，如出現(xiàn)電量過低，自主觸發(fā)返航充電任務(wù)，并發(fā)出電量過低的警告；返航至充電位置，執(zhí)行自主充電任務(wù)，并確認(rèn)是否充電成功，如未充電成功，則重復(fù)執(zhí)行充電任務(wù)，待充電完成后，繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務(wù)。

3.5 工作站布置方案

智能機(jī)器人系統(tǒng)工作站和服務(wù)，均布置在主控室工作臺(tái)的位置，便于工作人員操作，同時(shí)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 結(jié) 語

智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)已在變電站中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)將逐漸取代運(yùn)行人員完成變電設(shè)備的日常巡視、紅外測(cè)溫、操作前后設(shè)備狀態(tài)檢查等工作，不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備巡視工作的無紙化和信息化，提高了設(shè)備巡視的工作效率和質(zhì)量，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，提升了變電站的智能化水平，為變電站無人值守提供了更先進(jìn)的技術(shù)支撐平臺(tái)。