变电站巡检机器人替代人工测评方案

杨学志 巩潇 李梦玮 梁学修

随着我国智能电网和特高压建设的高速发展，变电站巡检机器人产业呈现出巨大的成长潜力和发展空间。如何提升變电站巡检机器人安全性和可靠性，切实满足变电站设备巡检作业需求，是变电站亟需考虑的问题。本文从质量保障的角度出发，阐述了变电站巡检机器人在功能、性能、安全等方面的标准要求与测试方法，提出变电站巡检机器人系统质量保障体系建设方案，以促进变电站巡检机器人安全可靠地替代人执行巡检作业。

随着智能电网建设的逐步深入，传统的运检模式已经无法满足现代电网的发展需求。自国家电网2013年对变电站巡检机器人首次招标开始，国内变电站巡检机器人呈现快速发展的态势，市场规模快速增长，发展潜力巨大。与此同时，机器人在实际应用中也暴露出一些问题。机器人巡检作业过程中，在雨雪或结冰的环境条件下，易出现防碰撞超声波误报、通讯延迟、运动功能明显降低或丧失等现象;部分机器人的自主导航定位系统稳定性差，巡检作业时经常出现机器人“走偏”，甚至出现翻车倾覆等事故。这些现象均反映出目前的变电站巡检机器人技术尚不够成熟、可靠性低、稳定性和智能化程度不高等问题。虽然目前市面上已有较多机型可供选择，但不同机型之间性能特点和技术指标良莠不齐，从而导致与实际应用效果差异较大，严重阻碍了机器人的规范化应用。

变电站巡检机器人简介

变电站巡检机器人是由移动载体、通信设备和检测设备等组成，采用遥控或全自主运行模式，主要应用于室外变电站设备巡检作业的移动巡检装置。

变电站机器人巡检系统是由变电站智能巡检机器人、本地监控后台、远程集控后台、机器人室等部分组成，能够通过全自主或遥控模式进行变电站巡检作业或远程视频巡视和指导的变电站巡检系统。

变电站巡检机器人可对变电设备进行红外测温、表计读数、分合执行机构识别，及异常状态报警等，并提供巡检数据的实时上传和数据分析、信息显示和报表自动生成等后台功能。

变电站巡检机器人存在问题

变电站巡检机器人改变了传统单一人工巡检方式，采用新技术手段为变电站巡检作业提供了更为客观、全面、准确的评判结果。然而，由于应用场景复杂、技术成熟度不足等多重因素，机器人在实际应用中也暴露出一些问题，严重阻碍了变电站巡检机器人规范化应用。

IP防护等级不达标

变电站机器人在室外环境工作，受天气灰尘影响较大，需达到较高的IP防护等级，以防止水、湿气、灰尘或污染物进入电子器件外壳，进而导致器件的损坏、寿命缩短或器件的失灵。目前，多数变电站巡检机器人未进行IP防护等级测试及适当防护，灰尘在接口、电路板的缝隙处过多地积累，可能导致出现接触不良或电路发热的现象，特别是在雨雪天气进行巡检时，潮湿环境中凝结的水也会造成一系列问题，甚至可能造成短路，存在严重的安全隐患。

室外导航定位能力不足

针对全天候、强电磁、室外等复杂背景下的特点，变电站巡检机器人集成了自主运动控制、精确导航定位、多传感器融合、多载波无线通信等前沿技术。然而，实际运行情况表明，变电站巡检机器人自主导航定位不稳定，巡检作业时经常出现机器人“走偏”现象，特别是当变电站环境发生变化时，机器人无法完成正常巡检任务，甚至出现翻车现象。

仪表识别能力不理想

变电站巡检机器人搭载可见光、红外等检测设备，主要用于对站内的变压器、互感器、断路器、隔离开关等本体设备的外观、各个部件和接头、各种表计、分合执行机构等进行巡视检测。根据现场运行情况来看，因受停靠位置的限制、设备区光线，以及天气的影响，机器人在仪表数据识别方面并不理想。

电源管理系统不可靠

变电站巡检机器人以电池组为动力源。电源管理系统通过实时采集电池组及设备的电压、电流、温度等重要参数，及时预警电量不足等异常状态，调整电源管理策略。根据设备电压、电流，及功率需求，机器人自动进出充电室进行充电，保证机器人全自主运行的能源供应。根据现场运行情况来看，机器人经常出现自主充电失败问题，在机器人电量耗尽后，停滞在变电站现场，甚至手动充电后也无法正常巡视。

变电站巡检机器人测试项目

变电站巡检机器人存在的问题，反映出目前的变电站巡检机器人技术尚不成熟、可靠性低、稳定性和智能化程度不高，加之应用场景复杂、标准规范不健全、检测认证体系不完善等多重因素，变电站巡检机器人的规范化应用严重受阻。

本文针对变电站巡检机器人系统，从产品质量保障、过程质量保障和应用服务保障三个维度建立质量保障体系，辅助提升变电站巡检机器人关键技术的成熟度，提高机器人产品的安全可靠性，支撑国家电网相关部门形成质量监管体系，促进变电站巡检机器人产业的健康发展。

1.产品质量保障体系，面向变电站巡检机器人本体、本地监控后台，及集成联调系统，从功能性能、机械电气安全、功能安全和信息安全等方面搭建产品测试体系，有助于提高变电站巡检机器人产品质量与安全可靠性。

2.过程质量保障体系，在符合产品质量保障体系要求的基础上，对变电站巡检机器人企业研发设计过程、部署施工过程等进行审查，有助于提高整体系统实施质量和产品一致性。

3.应用服务质量保障体系，通过试运行阶段的定期检测和监测，建立应用服务质量评价体系，发现产品和系统在实际应用过程中存在的缺陷、问题等，辅助持续优化和提升变电站巡检机器人的安全性和可靠性，确保机器人可靠替代人。

产品质量保障体系

产品质量保障体系分为三级，第一级对机器人的基本功能、性能和安全性提出了要求，是机器人需要满足的最低要求;第二级对机器人的功能安全与可靠性提出了要求，是机器人规模化应用的基础;第三级对机器人的信息安全提出了要求，可有效避免机器人系统遭受非授权或意外访问、篡改和破坏等行为，是机器人走向实际应用不可或缺的一环。

第1级

第1级检测内容主要包括针对机器人本体的功能性能、机械电气安全测试，以及零部件审查，针对本地监控后台的功能性能测试，针对集成联调系统的功能性能、通信、数据、接口等测试。

第2级

针对变电站巡检机器人本体、本地监控后台的软件和硬件开展功能安全测试和评估，避免安全系统失效造成环境的破坏、设备财产的损失，甚至让使用者或操作人员受到伤害。

第3级

针对机器人本体、本地监控后台、集成联调系统，开展信息安全测试与评估，并提出解决方案。主要目的是通过实施管理和技术措施，避免变电站巡检机器人系统遭到非授权或意外的访问、篡改、破坏及损失。信息安全测试评价指标分为技术指标和管理指标。技术指标包含物理和环境安全、网络边界安全、网络和通信安全、设备应用安全和数据安全五大方面。由于信息安全与机器人本体、传感器、本地监控后台、网络设备等关联密切，因此进行统一综合测评。管理指标主要包括：安全策略与管理制度、安全管理机构与人员、安全管理建设外包软件开发、安全运维管理漏洞和风险管理四大方面。

过程质量保障体系

在符合产品质量保障体系要求的基础上，对变电站巡检机器人企业研发设计过程、部署施工过程等进行审查，有助于提高整体系统实施质量和产品一致性。

产品生产过程审查

本阶段针对集成商的工厂进行能力审核，以ISO9001质量进行管理体系作为基础并附加上更高的要求，比如，原材料检验、过程检验、成品检验、风险评估等。通过文件审核、工厂访谈、数据收集等审核方式，以量化的形式表现集成商真实能力与企业需求的匹配程度，验证集成商能否按照合同要求持续交付符合要求的合格产品。

以下是产品生产过程审查的主要内容。

1.组织机构和品质系统

（1）质量部门在工厂中所处的地位，职责和工作情况;

（2）人员情况（QC人员及关键工位的实际认知和操作）。

2.来料检验

（1）检验条件（环境、设备、计量/校准情况、人员）;

（2）待检物品、合格品、废品的堆放及标识;

（3）来料检验的实施（作业指导书：包括抽样标准、AQL 水平、检验方法和判定依据;人员操作能力、测试记录、判定和放行等）;

（4）集成商的审核。

3.仓库

（1）仓库条件（整机和零部件）;

（2）零部件和成品的存放及标识;成品的保存和交递;

（3）领发料的过程，领发料控制文件;

（4）BOM 文件（零部件清单）的检查。

4.生产过程

（1）重要岗位的作业指导书和人员操作情况;

（2）产品的标识及可追溯性;

（3）生产过程中不合格品的处理;

（4）巡检人员的作业指导书及原始记录。

5.例行检验

（1）作业指导书和人员操作情况及测试记录;

（2）安全测试设备的计量/校准和日常功能检测记录。

6.出货前的抽样检验 （最终检验）

（1）抽检的作业指导书（抽样标准：AQL水平及检验方法）;

（2）抽检记录。

7.设备检验

（1）安全测试设备台帐;

（2）主要设备的校准证书;

（3）内部校准方法和记录。

部署施工过程审查

本阶段针对集成商产品出厂后的现场部署施工进行审查，通过文件审核、技术验收、现场监督等方式，对工程开工需要具备的文件、基建施工要求，以及现场施工过程进行检查与监督，提升系统全过程施工质量，保障用户使用安全可靠。

文件审核阶段主要针对部署施工开工前所需要的文件进行审核，保障施工手续完善、施工准备充分;技术验收阶段主要依据集成商部署施工阶段的基建施工要求、工程调试检查要求进行审查; 现场监督阶段针对部署施工活动现场进行审查与管理，包括部署施工现场人员管理、过程管理、质量监督等。

应用服务质量保障体系

通过试运行阶段的定期检测和监测，建立应用服务质量评价体系，发现产品和系统在实际应用过程中存在的缺陷、问题等，辅助持续优化和提升变电站巡检机器人的安全性和可靠性，确保机器人可替代人。

1.研究机器人应用服务质量评价指标

根据变电站巡检机器人应用特点，将其应用质量划分五个维度：安全性、可靠性、应用服务能力、用户满意度、智能化水平，具体详见表1。

2.形成机器人应用服务质量年度监测报告，促进产品质量持续提升

通过分析变电站巡检机器人应用服务质量保障评价指标，按照“实施前-实施中-实施后”的应用服务质量过程控制方针，在安全性、可靠性、应用服务能力、用户满意度、智能化水平等五个方面对机器人进行跟踪和操作管理，提出应用服務质量保障要求，形成机器人应用服务质量年度监测报告，促进产品质量持续提升和更新换代，更好更快地实现“机器换人”在电力巡检作业中的应用。

总结

目前的变电站巡检机器人技术尚不成熟、可靠性低、稳定性和智能化程度不高，加之应用场景复杂、标准规范不健全、检测认证体系不完善等多重因素，变电站巡检机器人的规范化应用严重受阻。

本文结合变电站巡检机器人在应用过程中出现的典型问题，面向变电站巡检机器人系统，包括机器人本体、本地监控后台，及集成联调系统，从产品质量、过程质量和应用服务三个维度建立质量保障体系，可有效降低安全风险，确保机器人符合标准与法规要求，显著提升机器人产品及系统在机械结构、电气设计、控制系统等方面的质量水平，更好更快地实现“机器换人”在电力巡检作业中的应用。