无人值班变电站巡检机器人的研究及应用

2016-02-05高静

中国设备工程 2016年18期

关键词：变电无人基站

高静

（福建省检修公司福州分部，福建福州 350000）

无人值班变电站巡检机器人的研究及应用

高静

（福建省检修公司福州分部，福建福州 350000）

无人变电站巡检机器人在变电站工作中具有重要作用，为变电站的安全稳定运行提供了重要保障，是无人值班变电站巡检工作中的必要设备。文章对巡检机器人在无人值班变电站中的必要性进行了说明，对巡检机器人的构成进行了分析，并阐述了巡检机器人具有的重要功能。

无人值班；变电站；巡检机器人；研究

变电站设备很容易出现问题，因此需要对变电站进行巡检，发现变电设备存在的各种问题并及时解决，来保证变电系统的正常运行，因此，巡检机器人被研发出来，在确保变电站的稳定运行方面起到了重要作用。

1 无人值班变电站巡检采用机器人的必要性

随着电力系统自动化和智能化水平的提高，电气信号的获取可以利用多种自动化设备和技术来获得，例如监视控制、数据采集系统以及继电保护等。如今的变电站也实现了遥控、遥测、遥信等功能，变电站自动化程度得到明显提高。虽然变电站的自动化程度已经得到了一定发展，可以实现少人和无人值班，但是在无人值班时也会引起一系列的问题，甚至影响变电站的安全运行。其主要存在的问题有四点：（1）当变电系统中出现真空开关、端子漏气、避雷器漏电等问题造成的发热现象无法及时发现，可能会导致安全隐患。（2）防盗与防卫救护问题无法得到有效解决。（3）对主变、开关油位等部位以及设备外部的具体状况难以进行及时和详细的了解。（4）当遇到较大的风、雨、雪等恶劣天气时，变电设备很容易受到破坏，这就需要对变电站设备进行巡视检查，如果无人值班的情况下，就难以及时进行巡检，及时发现变电站设备出现的一些问题，设备故障等问题难以得到及时处理，为变电站造成损失。

由此可见，变电站的巡检工作十分重要，是变电站正常安全生产和运行的重要保证。在传统情况下，需要巡检人员每天定时对各个变电站进行巡查或者定期巡查，并采集相关数据和信息，及时发现存在的问题并解决。但花费大量人员来开展巡检工作，不仅会浪费大量的人力资源，同时重复性的巡检工作也会导致巡检人员产生厌烦情绪，出现对工作不负责的情况。例如没有进行实际的巡检工作就进行填写巡检报表等。为解决这一问题，变电站巡检智能机器人被应用，其配置灵活、技术先进、功能多样，为变电站的安全运行提供了保障。

2 机器人系统的总体机构

变电站巡检机器人集合了多种技术，主要包括传感器融合技术、导航技术以及无线传输技术等，系统非常复杂，功能也很强大。经过现场的运行，巡检机器人最重要的作用是能够代替巡检人员进行变电站设备的巡检工作，可以及时发现变电设备中出现的异常状况，及时发现问题并解决，有效保障变电站设备和系统的安全。

机器人的整体结构主要包括三个部分：基站、移动本体、电站设备检测系统。其中移动本体是整个机器人系统的重要载体，包含有多个系统，如移动车体、移动运动控制系统和通信系统，具有信息采集等功能。为了对机器人的移动本体进行有效的管理，需要建立监控中心，又叫做基站，基站与移动体的连接装置是无线网桥，利用局域网进行连接；检测系统包括外线热成像仪和摄像机等，具有内部温度信息采集和处理的功能。

基站系统使用计算机技术，系统在人员进行操作后，将命令信息传递到机器人移动体运动控制系统中，然后机器人再根据命令实施具体作业。基站系统主要包括电子地图、报警处理、声音、图像处理等模块，机器人的工作状况和运行状况也可以反映到系统中，工作人员通过基站系统可以及时了解机器人的工作状况，以便于及时对机器人进行维护。

移动站主要包括的部分有移动车体、运功控制子系统以及工作子系统等。具体的工作原理为由工作子系统采集图像，然后传输到基站；运动控制子系统主要依据传感器信息，来对巡检路径进行规划，运动控制子系统的主要作用是对机器人巡检过程中的运动、行为进行控制。在机器人移动车体的结构设计中，前轮起驱动作用，并且有两个电机分别提供动力，实现差速转向；后轮可以进行灵活转向，以方面机器人的灵活运动。

3 机器人的主要功能

机器人在巡检中为非电气信号的采集提供了移动载体，对非电气信号的采集提供了有利条件，在机器人这一平台上装载不同的检查系统和装置来实现多种功能，例如，远程在线红外热像仪系统、声音采集处理系统以及移动物体闯入报警系统等。

3.1 远程红外监测与诊断系统

此系统采用在线式红外热成像装置。该系统包括红外图像采集装置、图像处理、图像显示等模块。在进行工作时，系统可以对设备的温度进行检测，依据设定的标准温度进行判断，如果检测到设备温度超出标准温度，系统会以声音或者文本的形式将信息转递给基站。另外，通过光识别功能，还可以对一些设备的温度梯度进行判断，可以生成某一时刻或者过去某一段时间内的温度曲线，对设备的检测有重要作用。

3.2 远程图像监测与诊断系统

此系统先利用基站对图像进行分析，传输分析结果或者等待进一步对图像进行确定。其具体的步骤为：系统首先对图像进行预处理，对设备进行识别，比较本次传输的图像与之前的传输图像，结合设备的对应参数，对图像进行综合分析和判断。如果设备运行正常，切换下一幅图，设备运行出现异常状况，则对上一级发出报警信号，图像也可以被调度人员远程调用，大大提高了传送效率，调度人员不需要时刻关注系统的屏幕，减小了调度人员的工作量。

3.3 声音监测与诊断系统

声音检测与诊断系统主要是对变压器发出的声音进行采集并分析。声音是通过移动体携带的麦克风来进行收集的，利用无线网络将声音信息传递到基站。通过构造检测模型的方式，声音信息进行分析，进而判断变压器是否处于正常的运行状态，如果经过分析发现变压器处于异常状态，需要发出故障报警，并对故障的具体状况做进一步的确定。

3.4 移动物体闯入侦测报警系统

变电巡检的一个目的是会防止变电站受到外力的破坏，主要有人为破坏或者其他动物的闯入对变电站造成破坏。变电站巡检机器人的应用中，监控中心需要对环境中的可疑目标进行重点监控，并对可疑目标进行录像和报警，使目标得到操作人员的重视，也便于故障发生后，为故障的调查提供可靠的依据。该系统根据采集的视频信息以及数据，对视频中的相对运动物体进行分析，并提取运动目标区域的视频状况，以声音和文本的形式进行报警，以提示监控人员注意。并在移动目标出现时，对其进行录像。

3.5 人机交互监控系统

人机交互监控系统能够对巡检机器人进行远程、实时监控和控制，人机交互监控系统主要包括以下几个方面：（1）客户端登录界面，再进行客户端登录界面设计时需要根据无人值班变电站的实际需求，对变电站巡检机器人的使用进行规范，合理设置变电站巡检机器人的权限，只有登录相应的账号才能够对机器人进行远程操作，查阅历史数据信息。（2）客户端显示界面，在进行客户端显示界面设计时，既需要考虑与windows软件的兼容性，还应该保证界面的清晰程度，因此采用模块化设计方式，主要模块包括：电子地图巡检模块、数据显示模块、系统运行模块、图像显示模块以及机器人控制模块等，进行合理的布局。（3）数据库显示界面，数据库显示界面主要包括四个部分，即测温图像显示区、数据曲线图显示区、数据库显示区以及数据库操作区，不同的显示界面具有相应的功能。（4）巡检地图显示界面，该界面的主要功能是对机器人的巡检任务点进行标识，通过对变电站的平面图进行分析，制定科学合理的巡视路线，并且通过无线网桥对机器人的位置信息进行采集，并且通过该界面对机器人当前检测设备的情况和运行情况进行模拟。同时还具有手控巡检方式，通过双击屏幕上设备的名称或者设备，能够指挥机器人运动至该设备范围，对设备的温度进行检测。