南网设备领域智能技术应用推进探析

中国南方电网有限责任公司 李志强 喇元 刘旭 王颂 张欣

1 实施背景

随着我国经济社会的发展，电力系统面临着越来越多的挑战和矛盾，不断增长的电网规模和相对紧缺的人力资源存在矛盾，电力供应高可靠性要求和电力设备定期停电检修之间存在矛盾。依靠简单加大资金、人力投入的发展模式难以满足新形势下国家对电力行业的要求。因此，积极利用机器人、互联网、大数据等现代技术手段，发展智能作业，提升企业的生产效率，提升供电可靠性，降低成本是未来10年公司的发展方向。

结合国家《中国制造2025》的战略规划和南方电网公司的实际情况，在变电设备运维领域开展智能作业是较为理想的选择。一是，变电设备运维领域的先进技术应用较为集中，设备自动化水平、人员素质相对较高，外部环境基本稳定可控，开展智能作业的条件较好；二是，变电站运行、检修、试验等专业运维人员约占公司总人数的20%左右，主要从事定期巡视、倒闸操作、设备检修等现场作业，是加班加点最为频繁的群体，在此领域开展智能作业可以有效提升劳动生产率，降低人员劳动强度，具备开展智能作业的现实需求。

在各项智能化作业手段推广和研究的同时，还需要开展智能化作业关键基础研究和智能化装备的研究，来适应作业方式的改变，为数据信息的良好交互与集成以及智能化作业应用奠定实践基础，搭建智能化作业平台，实现业务的有效集成，为智能决策分析、业务连续性保障、数据资源全面管理与利用提供有力支持。

2 智能化作业技术现状分析

2.1 智能化作业技术现状

广义来讲，凡是能够辅助人工进行电力作业（运行、维护、操作、检修、试验）并应用了信息化或智能化器件的技术都是电力行业智能化作业技术。目前在电力行业应用的智能化作业技术主要包含电网能量管理系统技术（EMS）、状态监测技术、智能变电站技术、机器人技术、智能穿戴技术、变电站驾驶舱技术等。

其中，机器人目前在电力行业的应用主要有：核电站检测机器人、输电线路检测与作业机器人（无人机巡线）、变电站巡检机器人、电动汽车换电池机器人、配电线路带电作业机器人、地下电缆检测机器人等，而应用最广泛也最成熟的是变电站巡检机器人。

变电站巡检机器人用于智能变电站、无人或少人值守变电站，代替或辅助人工全自主进行设备巡检，为变电站状态检测提供创新型技术手段。在国内，自从国家电网在2005年期间完成了国家863项目交付的样机（不具备现场作业能力）之后，变电站巡检机器人技术就开始迅速发展。截至目前，前变电站巡检机器人已经经历了5代产品，技术相对趋于成熟。在导航方式上，由磁轨导航（有轨）方式发展到2D激光SLAM导航（无轨）方式，实现了无轨自由巡检，并开始3D激光导航方式的研发；在任务规划上，由通过到达定点读取RFID标记获得任务继而进行数据采集，不具备任务规划能力发展到具备任务规划能力，无需通过RFID标记获取任务，实现任务自由化；在环境感知与控制上，在2D激光导航基础上加装了防跌落传感器提高了环境感知能力；在数据采集上，主要以可见光和红外为主，基本无变化，但在分辨率、智能算法和红外温度历史比对等方面进行了全面优化，并提高了数据采集的精度；同时在其他功能上，逐步加入了电源管理模块、双向对讲、近距离超声避障、音频采集等功能。

目前的主流机型均搭载红外热成像及可见光传感器，可对变电站设备开展红外测温、进行表计读取等日常巡检，辅以镜子、固定摄像机等方式，提高了变电站设备巡检覆盖率。红外测温方面，机器人基本可以取代人工测温；表计读取方面，非指针式和安装角度不佳油表油位读数仍然难以解决，而针对一般表计，在表盘无积污、拍摄角度无反光的情况下，准确率能达到90%以上；外观缺陷检查方面，仍然无法做到全自动分析判断，一般是人工事后复核并进行判断记录，系统可在此基础上自动出具报表。通过机器人巡视和测温，一能提高巡视和测温的质量，二能延长人工巡视和测温的周期。

除此之外，工作组对目前主要的智能化作业技术做了初步评价分析，以确定公司未来的推广应用路线。

2.2 智能化作业技术成熟度分析

表1 智能化作业技术初步分析与评价

3 智能技术推进工作要求及目标

3.1 推进原则

推进工作总体通过按照对“技术成熟、需求迫切”的技术推广应用；对“理论基础成熟、应用后成效明显”的技术重点研究；对有“一定理论基础，科技前沿技术”的技术前瞻性研究的分阶段实施方式，实现检修和试验工作的智能化。

表2 智能化技术推进工作推进要求

接上表

3.2 阶段性目标

1. 2016年底，完成智能作业领域的战略规划；完成变电站巡视机器人、辅助操作机器人等可以推广应用的智能化作业手段的引进消化工作；对表2中重点研究课题进行立项研究；初步建立智能作业专业组织机构和人员队伍。

2. 2018年底，实现变电站设备轨道式巡视机器人覆盖全网 220kV及以上电压等级变电站；各分子公司完成“机器代替人”智能化作业示范变电站建设，可自主选择至少一座220kV及以上电压等级变电站进行建设，建设内容包括：变电站各区域间智能巡检摆渡轨道、变电站无轨导航专业巡检机器人、变电站机构箱等箱体自动化改造、变电站敞开式刀闸智能化、电动化改造、工业机器人变电站辅助作业应用及智能头盔等智能化穿戴设备的应用；各分子公司电科院至少配备一套变电设备智能化综合试验平台；重点研究课题至少完成关键技术研究任务的60%；对表2中前瞻性研究的课题开展需求分析、前期调研工作，以实现原理突破，形成可行性研究报告。

3. 2020年底，实现变电站设备轨道式巡视机器人全网110kV及以上电压等级变电站全覆盖，初步达到对变电站内50%的一次设备、80%的二次设备和80%的变电站设施开展日常巡视；将“机器代替人”智能化作业示范变电站推广至全网500kV变电站及220kV枢纽变电站，预计可降低全网变电站专业巡视工作量的30%以上，降低专业巡视人力资源成本的45%以上；实现变电设备智能化综合试验平台覆盖至各基层高压试验班组，提高预防性试验作业效率60%以上，减少现场作业人员50%以上；重点研究课题完成工程样机制备并开展试点应用；前瞻性研究课题完成相关技术的理论储备和技术分析，部分具备试制条件的课题可以开展原理样机或者工程样机的制备。

3.3 总体目标

2018年，完成示范变电站建设，实现示范变电站日常巡视和倒闸操作的无人化；全网智能化作业应用率达到20%以上；现场作业综合劳动生产率提升20%以上，电网主设备管理智能化达到国内先进水平。

2020年，实现全网110kV-500kV变电站日常巡视、专业巡视和倒闸操作无人化技术的推广应用；对已推广应用的智能化作业手段形成完整的技术标准体系；通过重点研究形成的智能装备达到现场实用水平；形成一批具有高端智能装备研制能力的专业人才队伍；全网智能化作业应用率达到50%以上；现场作业综合劳动生产率提升50%以上；电网主设备管理智能化达到国际先进水平。