變電站智能巡檢機(jī)器人在運(yùn)維工作中的應(yīng)用

陳辰杰

摘要：變電站智能巡檢機(jī)器人是機(jī)電一體化、導(dǎo)航定位技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、多傳感器融合等技術(shù)的產(chǎn)物，其相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和創(chuàng)新是電力發(fā)展的基礎(chǔ)，機(jī)器人巡檢是未來變電站巡檢的必然趨勢(shì)。本文主要對(duì)變電站智能巡檢機(jī)器人在運(yùn)維工作中的應(yīng)用進(jìn)行了分析研究。

關(guān)鍵詞：變電站;巡檢機(jī)器人;具體應(yīng)用

引言

將巡檢技術(shù)有效應(yīng)用于高壓變電站中，大幅度降低人員的實(shí)際工作壓力，減少了各種基于人工失誤出現(xiàn)的各種問題發(fā)生的可能性。國家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展中，社會(huì)各領(lǐng)域?qū)﹄娏Φ男枨笤絹碓酱?，提升電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全及穩(wěn)定性開始變的越來越重要，基于此，有必要提升高壓變電站巡檢工作的質(zhì)量，重視應(yīng)用相關(guān)的各種現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，有助于促進(jìn)我國電力事業(yè)的發(fā)展。

1智能機(jī)器人應(yīng)用于變電站的現(xiàn)狀

1.1數(shù)據(jù)讀取問題

應(yīng)用于變電站的機(jī)器人普遍都裝著變焦的高清攝像頭，對(duì)于某些因高度過高而無法監(jiān)測(cè)的表計(jì)，機(jī)器人也能通過攝像頭變焦來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。按功能的設(shè)計(jì)來說，機(jī)器人在讀取數(shù)據(jù)方面發(fā)揮的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工巡視，傳統(tǒng)的人工巡視只能采取望遠(yuǎn)鏡這類的輔助工具進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)，而機(jī)器人的使用，大大降低了數(shù)據(jù)的誤差。但是由于光照條件、雨霧天氣及機(jī)器人攝像頭的清晰度等原因，在很多情況下機(jī)器人也不能很好的發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

1.2行進(jìn)及續(xù)航問題

一般來說，應(yīng)用于變電站的機(jī)器人在工作時(shí)，相關(guān)運(yùn)維人員都會(huì)為其設(shè)定的路線清理或移除障礙物，但偶爾也會(huì)出現(xiàn)一些特殊情況：比如有施工作業(yè)圍閉情況、站內(nèi)植物的生長，隨著植物的生長，其枝干慢慢延伸至機(jī)器人導(dǎo)航及行進(jìn)的路線上，使機(jī)器人無法前進(jìn)，便會(huì)始終保持開機(jī)狀態(tài)，等待前進(jìn)信號(hào)，直至耗盡電量自動(dòng)關(guān)機(jī)，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)后還要手動(dòng)將機(jī)器人運(yùn)往充電地點(diǎn)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還沒辦法按時(shí)完成預(yù)定的計(jì)劃工作。對(duì)于機(jī)器人的續(xù)航問題，目前變電站使用的機(jī)器人一般續(xù)航能力大約在7小時(shí)左右，對(duì)于220kV及以上電壓等級(jí)的變電站而言，機(jī)器人完成一次完整的全站巡視任務(wù)至少需要10小時(shí)以上，而一個(gè)500kV變電站的機(jī)器人巡視時(shí)間至少在16小時(shí)以上，機(jī)器人的續(xù)航能力還無法滿足或完全代替目前變電站的人工巡視周期。

1.3數(shù)據(jù)處理問題

就目前情況而言，機(jī)器人在變電站的使用僅僅取代了部分的人工作業(yè)，機(jī)器人只通過攝像機(jī)、紅外測(cè)溫儀等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集并加以簡單的分析，且目前數(shù)據(jù)識(shí)別、分析的正確率還存在一定的誤差，而目前對(duì)于變電站智能化的要求遠(yuǎn)不止如此。

1.4使用方法單一

運(yùn)維人員在對(duì)某些故障問題進(jìn)行處理時(shí)，通常會(huì)采用人力監(jiān)測(cè)，不能很好的利用機(jī)器人的功能，只把機(jī)器人作為日常監(jiān)測(cè)、收集數(shù)據(jù)的單一性工具。

2高壓變電巡檢機(jī)器人智能技術(shù)

2.1行走機(jī)構(gòu)

應(yīng)用于變電站移動(dòng)巡檢機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要可以分為3類：輪式行走機(jī)構(gòu)、履帶式機(jī)構(gòu)和固定軌道式機(jī)構(gòu)。其中輪式機(jī)構(gòu)在變電站巡檢機(jī)器人的使用中最為廣泛。

2.1.1輪式行走機(jī)構(gòu)

輪式行走機(jī)構(gòu)的移動(dòng)性、靈活性較強(qiáng)。具有在狹小空間范圍內(nèi)的行走、轉(zhuǎn)向的能力。現(xiàn)有的輪式移動(dòng)機(jī)器人主要分為兩輪和四輪驅(qū)動(dòng)。相較于兩輪驅(qū)動(dòng)，四輪驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性、驅(qū)動(dòng)能力和轉(zhuǎn)彎靈活性優(yōu)于兩驅(qū)設(shè)計(jì)。但其機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且需要較大的設(shè)計(jì)空間。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)依賴于變電站內(nèi)相對(duì)平坦的地面，對(duì)于變電站內(nèi)顛簸不平整的石子路面的適應(yīng)性低，巡檢效率會(huì)受到一定程度的影響。

2.1.2履帶式行走機(jī)構(gòu)

對(duì)復(fù)雜路況的適應(yīng)性強(qiáng)，具有一定的翻越障礙、爬坡能力。但其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較大，靈活性低，不適用于變電站內(nèi)狹窄路面通行。

2.1.3固定軌道式機(jī)構(gòu)

機(jī)器人通過固定軌道的方式進(jìn)行移動(dòng)。這種移動(dòng)方式確保了機(jī)器人可以在預(yù)先設(shè)定的檢測(cè)路徑上通行，并且移動(dòng)精度較高，易于控制。但是單一的導(dǎo)軌路徑限制了機(jī)器人巡檢的靈活性。此種軌道式移動(dòng)機(jī)器人目前主要應(yīng)用于變電站室內(nèi)屏柜的檢測(cè)。

2.2導(dǎo)航技術(shù)

2.2.1磁軌導(dǎo)航

磁軌導(dǎo)航系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，它很少會(huì)受到外界環(huán)境因素的影響。按照預(yù)設(shè)的運(yùn)行軌跡將磁性材料預(yù)埋在地下，機(jī)器人通過傳感器探測(cè)磁力塊信息，不斷監(jiān)測(cè)行進(jìn)間偏移的位置。行進(jìn)間通過射頻識(shí)別（Radio FrequencyIdentificationDevices，RFID）雷達(dá)監(jiān)測(cè)預(yù)埋的標(biāo)簽，在相應(yīng)位置執(zhí)行不同的操作，如停車、轉(zhuǎn)向等。但磁導(dǎo)航方式需要對(duì)軌道進(jìn)行定期的維護(hù)，并且在一定程度上限制了機(jī)器人的活動(dòng)范圍，且機(jī)器人不能夠自主地躲避障礙。

2.2.2SLAM導(dǎo)航

同時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SimultaneousLocalizationandMapping，SLAM），是一種未知地圖導(dǎo)航技術(shù)，也是目前巡檢機(jī)器人較為流行的導(dǎo)航技術(shù)。機(jī)器人通過傳感器采集到的信息，在不斷計(jì)算自身位置的同時(shí)構(gòu)建周邊環(huán)境地圖。基于不同的傳感器實(shí)現(xiàn)SLAM導(dǎo)航，有著不同的差異。目前主流的兩種SLAM導(dǎo)航分別是基于激光雷達(dá)的激光SLAM和基于視覺的VSLAM（VisualSLAM）。激光SLAM應(yīng)用時(shí)間早于VSLAM，有著成熟的理論依據(jù)，并且在應(yīng)用上也十分穩(wěn)定成熟，可在強(qiáng)光照射下運(yùn)行。激光雷達(dá)測(cè)距準(zhǔn)確，其導(dǎo)航精度可達(dá)到厘米級(jí)。但是激光雷達(dá)的探測(cè)范圍有限且價(jià)格十分昂貴。VSLAM通過攝像頭采集數(shù)據(jù)，使用成本較低，通過三角測(cè)距的方法測(cè)算距離，雖然精度不如激光SLAM，但可以充分利用其收集到的紋理信息，這使得其在重定位和場(chǎng)景分類上有著優(yōu)異的表現(xiàn)。但其受光照因素制約很大，在光線昏暗處（無紋理處）無法正常工作。

2.3圖像識(shí)別

圖像識(shí)別作為巡檢機(jī)器人的重要技術(shù)之一，決定了監(jiān)測(cè)設(shè)備的準(zhǔn)確性，其實(shí)現(xiàn)方法也是機(jī)器人設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)重點(diǎn)考慮的因素之一?；跈C(jī)器人的云臺(tái)雙目視覺系統(tǒng)，利用紅外和可見光呈像相機(jī)拍攝采集紅外圖像、儀表指針數(shù)據(jù)、斷路器開關(guān)位置等信息，對(duì)采集到的圖像文件進(jìn)行處理，與前一次的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配對(duì)比，累計(jì)圖像分析、紋理判斷等對(duì)設(shè)備是否出現(xiàn)異常作出判斷?？衫贸叨炔蛔兲卣髯儞Q、霍夫變換等算法的研究實(shí)現(xiàn)開關(guān)位置識(shí)別等問題?；谏疃葘W(xué)習(xí)的圖片識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)圖像分類、圖像分割、物體檢測(cè)等。算法的優(yōu)化是圖片識(shí)別的核心問題。

2.4機(jī)器人無線通信網(wǎng)絡(luò)

為保障變電站巡檢機(jī)器人的有效運(yùn)用、信息的傳遞可靠，必須保障通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，且需要通信系統(tǒng)具有顯著的通信能力，避免在信息傳遞過程中，出現(xiàn)嚴(yán)重信息損失情況。現(xiàn)對(duì)幾種常見的通信技術(shù)進(jìn)行分析：（1）UWB通信技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)是無載波通信技術(shù)，它的發(fā)射功率不高，且安全性相對(duì)較高，帶寬也屬于高量級(jí)。但是傳輸距離相對(duì)較近，主要以移動(dòng)機(jī)器人室內(nèi)定位應(yīng)用較多。（2） LI-FI。該項(xiàng)技術(shù)依靠光譜，具有良好的保密性，且所消耗能量相對(duì)較低。缺點(diǎn)為該項(xiàng)技術(shù)不夠成熟，仍舊處于研究階段，且沒有進(jìn)行大規(guī)模推廣。（3） WIFI技術(shù)。常見的無線載波通信技術(shù)覆蓋面積廣，支持無線橋接，但其在具體的運(yùn)行過程中，能源消耗水平相對(duì)較高。（4） Mesh網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)屬于新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其保障了傳輸效率和帶寬容量可適應(yīng)變電站的需求。當(dāng)前，變電站機(jī)器人巡檢中，主要以 Mesh網(wǎng)絡(luò)為主要通信網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的無線通信，其安裝部署簡單，能夠規(guī)避通信堵塞。

結(jié)束語

隨著社會(huì)的進(jìn)步，變電站自動(dòng)化水平也在不斷提高，無人值守的現(xiàn)狀也越來越普遍，而變電站作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，其安全性對(duì)人們的生產(chǎn)和生活都有著重要影響，需要加強(qiáng)對(duì)變電站巡檢。而傳統(tǒng)的巡檢方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代變電站的發(fā)展，隨著國家推廣力度的增加，智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用也越來越廣泛，機(jī)器人巡檢也是未來主要的巡檢方式。

參考文獻(xiàn)

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