智能機(jī)器人在變電站三維實(shí)景巡檢系統(tǒng)中的應(yīng)用

邱曼曼 石瑋佳 王娣

【摘 要】提出了一種基于智能機(jī)器人的變電站三維實(shí)景巡檢系統(tǒng)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）和變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)高度融合在一起，利用變電站現(xiàn)有的輔助監(jiān)控系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)，構(gòu)建了交互性好、沉浸式、多視野的變電站三維實(shí)景智能機(jī)器人平臺(tái)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提高變電站監(jiān)控效率、減輕運(yùn)維人員負(fù)擔(dān)，克服各系統(tǒng)數(shù)據(jù)條塊分割、人工關(guān)聯(lián)的弊端，符合國家電網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)的要求。

【關(guān)鍵詞】智能巡檢機(jī)器人 三維實(shí)景 變電站

【Abateact】The application of intelligent robot on real three-dimensional platform for substation was proposed in this paper，the technology of virtual reality （VR） and intelligent substation inspection robot system was highly integrated，which wassupplemented by integration of existing auxiliary monitoring system and SCADA system.A well interactive， immersive， multi perspective substation real three-dimensional intelligent robot platform was built.The efficiency of substation monitoring can be reduced and personnel burden based on application of the system，also overcoming the various systems of data fragmentation and the drawbacks associated with artificial load，which meet the requirements of the State Grid Corporation.

【Key words】Intelligent robot，real three-dimensional，substation

1 引言

變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)是為適應(yīng)智能化變電站以及無人值守變電站發(fā)展需求，全面提高變電站智能化水平發(fā)展而來。它以智能巡檢機(jī)器人為核心，整合機(jī)器人技術(shù)、電力設(shè)備非接觸檢測(cè)技術(shù)、導(dǎo)航定位技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站全天候、全方位、全自主智能巡檢和監(jiān)控[1]。

在變電站運(yùn)行中，單一智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用確實(shí)給變電站巡檢工作帶來了一些實(shí)際便利，同時(shí)也存在一些缺陷和不足， 主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)相對(duì)孤立、難以實(shí)現(xiàn)全覆蓋、極端環(huán)境適應(yīng)能力不強(qiáng)、難以開展較復(fù)雜工作[2]。

本文提出了一種基于智能機(jī)器人的變電站三維實(shí)景巡檢系統(tǒng)，通過3D實(shí)景監(jiān)控平臺(tái)融合智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，消除機(jī)器人巡檢系統(tǒng)孤立運(yùn)行的歷史，可實(shí)現(xiàn)與安防視頻、火災(zāi)報(bào)警、PMIS系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和共享，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的異常聯(lián)動(dòng)的功能[3]，如圖1。

2 技術(shù)方案

2.1硬件構(gòu)成

基于機(jī)器人的變電站三維實(shí)景巡檢系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)，整體分為三層，分別為集控層、基站層和終端層。集控層可以對(duì)多個(gè)變電站的三維實(shí)景機(jī)器人巡檢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，包括三維實(shí)景監(jiān)控平臺(tái)；基站層由機(jī)器人后臺(tái)、智能管理機(jī)、控制和分析軟件系統(tǒng)組成；終端層包括智能巡檢機(jī)器人、固定點(diǎn)熱紅外攝像機(jī)、固定點(diǎn)可見光攝像機(jī)、在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、紅外傳感器等。

2.2 系統(tǒng)策略

通過3D平臺(tái)還原變電站現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景，將機(jī)器人巡檢的路徑在三維平臺(tái)系統(tǒng)中真實(shí)展示并進(jìn)行標(biāo)注；在3D場(chǎng)景中實(shí)時(shí)展示機(jī)器人巡檢位置移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)巡檢情況的直觀真實(shí)反映。

智能機(jī)器人結(jié)合3D實(shí)景平臺(tái)針對(duì)重點(diǎn)巡檢點(diǎn)設(shè)定巡檢預(yù)置位，確定巡檢預(yù)置位與3D實(shí)景電氣設(shè)備對(duì)應(yīng)關(guān)系。

針對(duì)機(jī)器人無法巡檢到的區(qū)域，借助于3D平臺(tái)融合的其他系統(tǒng)如SCADA系統(tǒng)、輔助監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行填補(bǔ)。

設(shè)定所需巡檢的設(shè)備點(diǎn)以及關(guān)注的數(shù)據(jù)量、視頻圖像外觀、熱紅外成像等必要的巡檢信息，系統(tǒng)自動(dòng)生成巡檢路徑，巡視人員通過平臺(tái)隨機(jī)或定時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢，當(dāng)進(jìn)入已設(shè)定的巡檢設(shè)備點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將相關(guān)的設(shè)備相關(guān)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中展示，并對(duì)實(shí)時(shí)巡檢的結(jié)果、過去時(shí)間短的變化趨勢(shì)等進(jìn)行正常與否進(jìn)行巡視、判定，形成遠(yuǎn)程綜合分析巡檢結(jié)果記錄，如圖2。

3 應(yīng)用范圍

針對(duì)500kV變電站，越來越多的綜合監(jiān)控、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶來地運(yùn)行新課題，提出的了基于VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）技術(shù)，構(gòu)建交互性好、沉浸式、多視野的統(tǒng)一監(jiān)控平臺(tái)，可以無縫融合智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)、SCADA、視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)、各種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等，從變電站實(shí)際指揮、運(yùn)行診斷、檢修操作等實(shí)際使用的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)變電運(yùn)行設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)的采集，電氣設(shè)備、各種監(jiān)控裝置等真實(shí)位置場(chǎng)景及實(shí)時(shí)狀態(tài)以及歷史運(yùn)行記錄、歷史變化趨勢(shì)等進(jìn)行直觀、立體、逼真的集中再現(xiàn)，形成真正的良好交互性的沉浸式統(tǒng)一智能監(jiān)控平臺(tái)，提高監(jiān)控效率，減輕監(jiān)控人員的監(jiān)控負(fù)擔(dān)，克服過去各系統(tǒng)數(shù)據(jù)條塊分割、人工關(guān)聯(lián)的弊端，完全契合國網(wǎng)公司“大運(yùn)行、大檢修”的體系建設(shè)理念。

該平臺(tái)提出了全新的巡視方法，優(yōu)化了電力現(xiàn)有巡檢方法，通過優(yōu)化目前傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)巡檢模式，通過在該平臺(tái)上設(shè)定巡檢路線、巡檢設(shè)備、巡檢數(shù)據(jù)量、設(shè)備外觀等不同巡檢內(nèi)容，巡視人員在定時(shí)或隨機(jī)通過該平臺(tái)上進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢，當(dāng)進(jìn)入巡檢設(shè)備點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將相關(guān)的設(shè)備相關(guān)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中展示，并對(duì)實(shí)時(shí)巡檢的結(jié)果、過去時(shí)間短的變化趨勢(shì)等進(jìn)行正常與否進(jìn)行巡視、判定，形成綜合分析結(jié)果記錄，能遠(yuǎn)程、高效進(jìn)行電氣設(shè)備多系統(tǒng)、跨平臺(tái)巡測(cè)，減少現(xiàn)場(chǎng)巡檢頻次，形成和現(xiàn)場(chǎng)巡檢的高度互補(bǔ)、統(tǒng)一。

3.1 遠(yuǎn)程巡檢

設(shè)定所需巡檢的設(shè)備點(diǎn)以及關(guān)注的數(shù)據(jù)量、視頻圖像外觀、熱紅外成像等必要的巡檢信息，系統(tǒng)自動(dòng)生成巡檢路徑，巡視人員通過平臺(tái)隨機(jī)或定時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢，當(dāng)進(jìn)入已設(shè)定的巡檢設(shè)備點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將相關(guān)的設(shè)備相關(guān)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行集中展示，并對(duì)實(shí)時(shí)巡檢的結(jié)果、過去時(shí)間短的變化趨勢(shì)等進(jìn)行正常與否進(jìn)行巡視、判定，形成遠(yuǎn)程綜合分析巡檢結(jié)果記錄。

（1）按照規(guī)劃路線，設(shè)定巡視的興趣點(diǎn)設(shè)備、興趣點(diǎn)內(nèi)容，進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)巡視。

（2）采集在線巡檢系統(tǒng)中的每次巡檢數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)和設(shè)備模型綁定，方便檢索和規(guī)范巡檢作業(yè)記錄，并且可以將自己關(guān)注的設(shè)備信息設(shè)置成常用巡檢點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)巡檢。

（3）自動(dòng)巡檢，規(guī)劃路線，選擇要巡檢的設(shè)備，如主變、PT、開關(guān)，設(shè)置設(shè)備停留時(shí)間。

（4）場(chǎng)景內(nèi)手動(dòng)平視巡檢。

（5）通過場(chǎng)景中的設(shè)備，直觀檢索在線巡檢系統(tǒng)中的歷次巡檢數(shù)據(jù)。

3.2 智能機(jī)器人室外巡檢

智能巡檢機(jī)器人主要應(yīng)用于室外設(shè)備巡檢，巡檢內(nèi)容包括主變、開關(guān)、刀閘、母線、PT、CT、避雷器、電抗器、電容器、站用變等一次設(shè)備及其附件的外觀檢測(cè)；儀表數(shù)據(jù)讀取；主變、高抗等設(shè)備聲音采集；所有電壓及電流致熱型設(shè)備的紅外精確測(cè)溫等。

在變電站運(yùn)行中，智能機(jī)器人的應(yīng)用確實(shí)給變電站巡檢工作帶來了一些實(shí)際便利，同時(shí)也存在一些缺陷和不足， 主要表現(xiàn)在：系統(tǒng)相對(duì)孤立、難以實(shí)現(xiàn)全覆蓋、極端環(huán)境適應(yīng)能力不強(qiáng)、難以開展較復(fù)雜工作。

本次項(xiàng)目通過3D實(shí)景監(jiān)控平臺(tái)融合智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，消除機(jī)器人巡檢系統(tǒng)孤立運(yùn)行的歷史，可實(shí)現(xiàn)與安防視頻、火災(zāi)報(bào)警、PMIS系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和共享，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的異常聯(lián)動(dòng)的功能。

具體功能實(shí)現(xiàn)如下：

（1）通過3D平臺(tái)還原變電站現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)場(chǎng)景，將機(jī)器人巡檢的路徑在三維平臺(tái)系統(tǒng)中真實(shí)展示并進(jìn)行標(biāo)注；

（2）在3D場(chǎng)景中實(shí)時(shí)展示機(jī)器人巡檢位置移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)巡檢情況的直觀真實(shí)反映，如圖3；

（3）在3D實(shí)景平臺(tái)中反應(yīng)機(jī)器人的自主巡檢工作計(jì)劃，實(shí)時(shí)反饋報(bào)警信息，并將巡檢的結(jié)果進(jìn)行分類保存，方便后續(xù)查詢，如圖4；

（4）在3D實(shí)景平臺(tái)中嵌入機(jī)器人行走系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)等的控制權(quán)，通過3D實(shí)景平臺(tái)上的操作來遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行特檢；

（5）針對(duì)機(jī)器人無法巡檢到的區(qū)域，借助于3D平臺(tái)融合的其他系統(tǒng)如SCADA系統(tǒng)、輔助監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行填補(bǔ)。

3.3開關(guān)柜內(nèi)等隱蔽區(qū)域巡檢

針對(duì)日常巡檢工作，可能無法掌握開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)、電纜溝內(nèi)等隱蔽區(qū)域的具體情況，通過在變電站內(nèi)各個(gè)重要柜體內(nèi)、電纜溝內(nèi)部署集成紅外傳感器、LED燈的智能小巧網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，傳感器來彌補(bǔ)這方面的不足。

作為工作人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢、機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)巡檢無法巡檢到的隱蔽區(qū)域，我們通過在3D實(shí)景平臺(tái)巡檢功能設(shè)置將這些日常很難巡檢到的興趣點(diǎn)加入到巡檢計(jì)劃當(dāng)中，最終達(dá)到對(duì)變電站進(jìn)行全方位的巡檢的目的。

3.4智能告警

在整個(gè)三維場(chǎng)景中，每個(gè)設(shè)備模型會(huì)隨著實(shí)時(shí)采集來的數(shù)據(jù)，智能判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。對(duì)于出現(xiàn)異常的，三維場(chǎng)景會(huì)自動(dòng)將設(shè)備渲染成紅色告警模式并定位，不斷提示操作人員及時(shí)排除故障；

整個(gè)三維場(chǎng)景中，每個(gè)設(shè)備模型會(huì)隨著實(shí)時(shí)采集來的數(shù)據(jù)，智能判斷設(shè)備工作狀態(tài)是否正常。對(duì)于出現(xiàn)異常的，三維場(chǎng)景會(huì)自動(dòng)將設(shè)備渲染成告警模式并定位，不斷提示操作人員及4 結(jié)語

本平臺(tái)提出了全新的運(yùn)行、監(jiān)控方法和思路，提高了運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)水平和運(yùn)檢效率，促進(jìn)了安全生產(chǎn)運(yùn)行管理工作，保障設(shè)備健康運(yùn)行，提高供電可靠性，為智能電力的電力智能物聯(lián)網(wǎng)奠定堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫國凱，韓剛.《變電站巡檢方式對(duì)比及其智能巡檢機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)》.《電氣時(shí)代》，2008年07期.

[2]謝偉杰.《智能巡檢系統(tǒng)在變電站中的應(yīng)用》.《黑龍江科技信息》，2014年25期.

[3]張垚.《500kV變電站實(shí)行無人值守運(yùn)行管理模式》.《通訊世界》，2014年17期.

作者簡(jiǎn)介：

邱曼曼（1987—），女，安徽太和人，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，主要研究電力系統(tǒng)變電運(yùn)維；石瑋佳（1992—），女，安徽滁州人，學(xué)士學(xué)位，助理工程師，主要研究電力系統(tǒng)變電運(yùn)維；王娣（1985—），女，安徽淮北人，學(xué)士學(xué)位，工程師，主要研究電力系統(tǒng)變電運(yùn)維。