电力机器人技术在电网中的应用研究

(贵州北盘江电力股份有限公司董箐发电厂，贵州 贞丰 562200)

0 引 言

电力作为工业发展和社会生活的主要组成部分，国家发展和人民生活离不开电力，这就对电力的发、输、变、配、用等多个环节的设备系统可靠性和稳定性、运维工作的准确性和有效性、设备监视的实时性提出了更高标准。机器人技术是一个相对较新的现代技术领域，跨越了传统工程学的边界，尤其是新领域工程，如应用工程，制造工程和知识工程，它的进步和发展在很大程度上改变了我们的生活。自1959年美国科学家恩格伯格制造出全球首台机器人Unimate以来，机器人被广泛用来完成对精确度、精确性、可重复性、量产性和质量有严格要求的任务[1]。机器人在电力行业的全面应用对电力系统的安全稳定运行具有举足轻重的意义。

2015年《中国制造2025》明确将机器人作为重点发展领域。2016年《机器人产业发展规划(2016-2020年)》着力推动机器人产业快速健康可持续发展，积极打造面向全球的机器人技术和产业生态体系。2017年《新一代人工智能发展规划》指出应研制智能工业机器人、智能服务机器人，实现大规模应用并进入国际市场。2018年我国电力机器人行业的第一个标准《电力机器人 术语》编写工作已经启动，是电力机器人标准化发展的里程碑，对于电力行业发展和技术路线的规划起到了至关重要的推动作用。这一系列的政策和文件推动着电力机器人的快速发展。

1 电力机器人概述

为了适应高复杂环境、多操作场景的需要，电力机器人在电力系统中的应用是十分必要的，不仅能时刻保障电力系统设备处于稳定运行状态，又能开展高效的巡视、检修与维护，提高电力多环节的运维效率和运维水平。电力机器人的主要特点有以下几个方面：

(1) 电力机器人的巡视、检修的工作质量不受客观环境条件和人为主观因素影响，无论什么运维环境、什么气象地理条件下，机器人按照既定的巡视检查路线开展巡维工作，有针对性对设定的发电、输电、变电、配电等应用场景的设备进行巡视和检查，做到客观、全面评价，提高设备巡维水平，为设备安全稳定运行提供保障。

(2)电力机器人可以代替人工处理一些例如火电蒸汽管道泄露检查、核电反应堆检查、高压输电线检查等一些高危作业场景的工作，同时如变电站巡视检查、线路巡视、设备台账管理等需要消耗大量人力、物资的工作，利用机器人不仅避免危险和大量重复性劳动，而且可以保质保量完成，不会出现由于人员的疏忽造成巡视不到位等问题。

(3)电力机器人将图像识别、声音识别、红外测温、可见光检查、激光测振等多功能集成于一体，可以将巡检和检查情况记录并上传至管理系统，同时可以对测试情况进行判断，提高了巡视质量和巡视效果，解决了人工巡视、检查的效果受运维人员技术水平影响的，造成对设备缺陷误判、错判等问题。

2 电力机器人分类

按照应用领域分类可分为发电、输电、变电、配电电力生产的四大领域机器人。按照应用场景不同则分为电力调度应用、电力巡检应用、电力检测应用和电力维护应用四个方面。电力机器人分类图如图1所示。

图1 电力机器人分类

3 电力机器人应用

3.1 电力调度应用

电力调度机器人能够完全改变以人工调度为主的调度方式，将人工智能、大数据等技术融入调度领域，实现充分利用态势感知和人工智能的智慧调度机器人模式。这对电力调度具有十分重要的现实和发展意义。近些年人们一直在不断尝试，部分成果在主配网的调度中应用。2018年杭州供电公司配网调度指挥中心正式投运了全国首个虚拟人工智能(AI)配网调度员帕奇，能够实现故障判断、计划发令、抢修指挥、知识图谱学习新业务等功能。2019年广东省地调度端程序化操作机器人首次在全国实现全面程序化操作部署，并投入运行。能够实现远方遥控“一键操作”，操作设备与系统的隔离，全过程实现智能安全校核。

3.2 电力巡检应用

电力机器人从事巡检工作是在电力系统中应用较早的领域，且随着电力系统的不断扩大和发展，其应用的需求和场景是不断增大的。发电领域，文献[2]研发了一种具备视频图像识别、红外测温、激光测振及声音识别、专家系统分析等多功能的智能巡检机器人在火电厂应用，尤其是跑冒滴漏监测和声音泄露检测方面具有明显优势。输电领域，文献[3]研制了输电线路巡检穿越式和跨越式越障两种机器人，实现了档距巡检、耐张端巡检和多耐张端或全检巡检，进行上线和下线的自动巡检作业。变电领域，智能巡检机器人是目前应用比较成熟的电力机器人，通过巡检室内、室外的有轨和无轨型巡检机器人，能实现红外测温、设备状态的自动识别和分析判断，可以替代人工的巡视工作。如山东鲁能机器人、中科院机器人、浙江国自机器人等越来越多的研发机构和电网投入其中，大大提升了巡检机器人的功能和性能，对完全替代人工又迈出一步。

3.3 电力检测应用

随着状态检修和电网智能化的技术发展，电力系统网架增强，系统稳定性要求提高，电力行业的检测越来越重，为此，2013年电能表柔性自动化鉴定系统在重庆市电力公司研发并投入使用。2014年国内首个机器人及自动化设备检测中心在山东省电力公司建设并投入使用，实现对无人机自动检测。文献[4]研制输电线断股检测机器人，利用图像梯度分布的不同实现复杂作业的断股检测。文献[5]研制了绝缘子电阻检测机器人可大大提升测试效率，同时能够满足不同方位的瓷绝缘子测试需求。

3.4 电力维护应用

电力设备的维护工作大多依靠人力工作执行，这样不仅效率低，而且一些环境气候复杂、危险系数极大的任务工作存在极大的安全隐患。2009年，我国第一台输电线路除冰机器人在山东超高压公司和南网超高压柳州局投运。2016年，国内第一台输电带电作业机器人能实现带电清除、更换绝缘子等作业。文献[6]研制了断股修补机器人通过驱动轮和越障机构实现断股悬垂复位。文献[7]研制输电线路带电紧固螺栓机器人，通过视觉反馈和力反馈完成代替人工完成紧固工作。文献[8]研制输电线路绝缘子清扫与检测机器人，能携带清扫机构和检测装置实现绝缘子的带电清扫与检测。文献[9]研制用于清扫与检测GIS管道内腔异物的机器人系统，实现在腔内平滑运行，无死角进行检测。

4 电力机器人应用的面临问题及展望

随着电力机器人的技术发展和现场应用经验正常，同时也暴露出现有机器人发展存在的一些问题：

(1)标准化工作方面：电力机器人标准分布在多个不同的标准管理部门；标准制定缺乏顶层设计、协调统一；仅从应用角度出发，缺乏上下游参与及检测类标准。在今后的工作中应加快制订和建设电力机器人的标准体系，电力机器人的性能、功能能完全满足电力行业的标准，让电力机器人发挥其优势，既有人工巡视的优势同时又能弥补不足。

(2)巡检工作方面：电力机器人自动巡检虽可得到图片、视频等巡检信息，但其巡检结果的判断准确率还仍需提高，目前仍需人工干预，进行人为观察和甄别，效率较低。

随着图像识别技术、通信技术、大数据技术和人工智能技术的飞速发展，通过高效率、高精度识别和提取机器人获取的信息，以及大数据和人工智能技术，分析设备的潜在隐患、寿命预测，实现系统设备的全生命周期管理，为系统设备的可靠运行提供保障。

(3)维护工作方面：大部分维护机器人的功能是单一的，以完成单一作业任务为主，而维护工作任务种类众多，单一作业任务使用频次低，易造成维护机器人利用率低。

随着电网智能化发展，机器人在电力系统中的维护场景和工作势必会增加，多功能单机电力机器人实现多次或单次能并行实现多维护场景下的作业执行是电力维护机器人的发展趋势，来有效提高机器人利用率及降低使用成本。

5 结束语

电力机器人始终是电力行业提高工作效率，实现自动调度、自动巡视、自动维护等领域的有力手段。目前电力机器人的理论研究和实践经验都比较丰富，但仍然存在着标准化、功能等方面的诸多问题。但随着信息化、精密设备研发、技术标准和技术管理水平的不断提升，机器人的稳定性、可控性不断改善，在电力行业的全面应用和替代人工将会是指日可待。