智能巡检机器人在变电站的应用分析

陈星 国网安徽电力公司合肥供电公司

传统的人工巡检方式暴露出滞后性，无法满足变电站的巡检需求，要重点探讨和研究智能巡检机器人在变电站的巡检应用，采用基于地图匹配的激光导航系统，设计智能巡检机器人的软硬件系统，提高智能巡检机器人在变电站的巡检应用覆盖率和精度。

一、变电站智能巡检的需求分析

我国幅员辽阔，电网规模宏大，管理节点众多。变电站则是电网的关键管理节点之一，具有技术含量较高、设备数量众多、危险系数高、地理位置分散等特点，一旦变电站出现故障，将直接造成区域性的停电事故，因此变电站的巡检工作一直受到人们的高度关注。然而长期以来，我国在变电站的巡检中采用了以人工巡检为主的模式，这种依赖于人的巡检方式虽然可以充分利用人的主观判断能力，但也存在着明显的不足。例如体力消耗过大、巡检过程中人身安全难以保证、设备运行状态难以准确判断、夜间无法巡检、人为误差显著等等。这一系列的问题，使得变电站的管理领域对智能化巡检提出了强烈的需求[1]。

二、智能巡检机器人软硬件系统设计分析

（一）智能巡检机器人硬件结构设计

智能巡检机器人内部构件主要包括有：激光传感器、云台、红外热像仪、超声传感器、机器人核心控制机箱、安全停障模块、底盘模块及辅助设备，能够实现最高1m/s的直行速度和原地转弯，实时监测机器人自身的高/低压、过流、短路、断路、过温和通讯，并与激光雷达导航系统相结合，实现特殊复杂环境下的无死角监测。智能巡检机器人还采用全向型云台，支持垂直、水平方向的旋转，云台利用自带的高清摄像头进行精准的测温。同时，智能巡检机器人还配置有自主充电装置和充电房，并通过监控平台实时采集变电站户外环境数据，实现与微气象站的数据交互，基于TCP/IP协议获悉变电站的降水、湿度、温度、风速等信息，提升智能巡检机器人的任务适应性。另外，智能巡检机器人还有一些附属设备，如：工作指示灯、音响、拾音器、遥控器等。

（二）智能巡检机器人客户端软件功能

1.实时监控界面。通过实时监控界面查看当前的巡检路线、位置、设备信息等，并显示与巡检任务相关的信息。2.巡检计划界面。主要是编辑巡检任务，制定巡检计划，下发常规巡检任务并查询巡检任务。3.远程遥控界面。主要是控制机器人进行手动巡检，实现对指定地点、设备的特巡，并实时显示智能巡检机器人的激光信息。4.其他界面。可以采用数据分析界面进行历史巡检数据的统计分析和显示，包括：设备统计地图、设备缺陷、巡检任务、统计数据、任务日历等[2]。

三、智能巡检机器人在变电站的应用

（一）系统功能

智能巡检机器人作为一个智能化电子系统，可以根据设计者的意愿和实际需求进行功能模块的集成，具有很大的灵活性。但从当前的应用来年看，智能巡检机器人在变电站中应用最多的功能主要包括路径规划、故障检测、定位导航、远程控制等等。当系统向现场巡检机器人下发任务指令后，机器人需要通过内部算法模块自动进行最优路径的规划，一般需要经过路径搜索、路径筛选和路径模拟实验等步骤，并经过人为的修正后，方可确定实际的巡检路径。故障检测则主要依赖于红外成像系统的温度检测功能，机器人通过红外测温实时分析各设备的温度分布情况，并对过热的地方进行拍照，同时采集设备发出的故障声音，然后根据预设的条件进行故障分析和定位。定位导航是机器人按照规划路径行进的必要前提，变电站一般采用无轨导航，因此机器人内部实际上是导入了一个GIS地图，也可以自带GPS定位终端，使其可以自主完成定位、前进、拐弯、避障等功能。远程控制是当前变电站巡检机器人必不可少的功能，一方面，当机器人本身出现故障或出现突发情况时，需要由人对其进行远程操控，防止事故发生。另一方面，对于一些较复杂的巡检或维修工作，单靠算法是不现实的，可由技术人员远程协助完成[3]。

（二）工作流程

变电站巡检机器人在整个工作过程中，主要依赖于监控中心、管理中心、通信系统、机器人等四个环节的相互协调。首先，由技术人员在监控中心的系统界面上编辑好需要执行的巡检任务，然后将巡检任务转换为机器指令，通过通信系统的发送端将指令发送到机器人的主控芯片上，机器人在接收到指令后，会调用相应的算法模块进行路径规划，该路径会先反馈回监控中心，由监控中心的技术人员根据实际情况进行修正并确认后，再次发送回机器人终端，机器人会根据确认后的路径开始巡检。其次，机器人在巡检过程中会根据任务指令分别完成每一个子任务，并将结果记录实时反馈给远程监控中心，机器人前方摄像头的画面也会同步传输到监控中心，实现巡检过程的可视化。接着，机器人巡检中产生的数据会通过监控中心的大屏幕显示出来，通过GIS系统的应用，技术人员可以直观地了解每一个设备的运行状态。最后，机器人完成巡检任务后，会进行一个综合评估，评估结果返回给监控中心，完成巡检任务。到此，一个完整的机器人智能巡检过程就完成了。监控中心则需要通过大数据平台进行数据的统计分析，在现有数据基础上预测变电站各设备的未来运行状态趋势，为变电站的管理提供决策依据[4]。

四、结语

综上所述，智能巡检机器人在变电站中的应用，不仅解放了人力劳动，更是提高了变电站巡检的效率和质量，大大提高了电网运营水平，是未来变电站管理的重要发展趋势之一。实际上，由智能巡检机器人完全代替人类劳动只是一个美好的愿景，当前的智能巡检机器人在巡检过程中仍然需要一定程度的人工干预。随着各种智能化技术及其配置技术的日益成熟，智能巡检机器人有望成为未来变电站巡检乃至全电网巡检的主力军。