智能轨道式巡检机器人在海洋石油平台首次应用研究

金 涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300459）

伴随着海上石油平台开关间现在巡检任务量大、平台配备专业人员少的问题，并结合陆地现有巡检机器人技术、应用及其实现方式，来采取对海上平台开关间进行机器人的投放，来减少人员的输出，将专业技术人员解放出来，调配到更需要的地方。

智能轨道式巡检机器人的应用本着新思想、新技术、新方法和标准化、简易化、国产化的前提，来实现海上平台开关间的巡检。轨道机器人的投入也将带动整个石油平台向全智能化时代的迈进。

1 海上石油平台开关间巡检现状

海上石油平台主要分为常驻平台和无人值守平台。常驻平台开关间的巡检为运维人员每天不定时的巡检，巡检的内容主要有以下几点。

1）机械/数显仪表数据抄录。

2）开关/阀门状态确认。

3）指示灯状态确认。

4）现场环境例行巡视等。

5）定期进行红外测温、局放检测等电气检测内容。

无人值守平台开关间的巡检为主平台运维人员定期坐船进行巡检，巡检内容与常驻平台内容相同。

伴随着海上石油平台的发展以及七年行动计划的实施，现海上石油平台面临着以下情况。

（1）海上平台地域分布广、数量多，每个平台一般至少有一个开关间，平时主要依靠驻平台人员进行人工巡检和中控室监控，人员进驻海上平台极不方便。

（2）人工巡检方式不能够实现对设备状态的实时监测，存在管理实时性差、维护作业需求反应延迟的情况。

（3）受人员素质及实际作业量的影响，在巡检全面性、数据质量可靠性、数据管理的规范性上存在较大差异，且不能够有效实现对潜在缺陷发展趋势的及时分析。

（4）海上石油平台地理分布广泛、人工巡检方式存在劳动强度大、人员需求量大，对运维单位来说运维成本较高。

（5）有经验老员工少，培训新员工所需时间太长。

（6）大数据人工分析难度较大，填写报表繁琐且录入信息量较大。

所以现在迫切希望可以用智能机器人代替人工来巡检开关间，以及数据处理，减少技术人员的工作量，将技术人员分配到更加需要的地方去。

2 智能轨道式巡检机器人在海洋石油平台首次应用情况

实际运用可以得出，轨道巡检机器人有以下优点。

1）检测数据准确。

2）可以挂载各种传感器配合工作。

3）不会出现漏检、漏抄现象。

4）可以对有问题的地方后台智能分析并生成报警。

5）有多种巡检模式，可以实现随时对配电室的实时监控。

6）实时性好，检测的数据可以随时传至后台。

7）可以对细微的变化（如触头温度、空气湿度等）进行分析。

8）后台可以对采集的数据自动生成报表，并和以前的数据作以对比。

过轨道机器人实际试点效果来看，智能巡检机器人在海上作业平台可以发挥出比人工更大的作用，在功能上比人工检测的数据要多很多；在实时性上它可以做到24h 连续巡检；在精确度上可以做到数据的精准化。为持续开采设备正常使用提供了保障。投入智能巡检机器人也为实现“七年行动计划”做出了贡献，解决了人员不足，技术力量不足的困难。

3 海上智能轨道式巡检机器人适应性研究

针对海上特殊化性的环境，对智能轨道式巡检机器人进行特定的改进。

3.1 轨道的防腐处理

轨道材质为铝合金材质，在原有基础上进行了阳极化处理，防护等级高于IP23。阳极化处理在型材表面通过阳极氧化工艺形成一层致密的氧化膜，克服铝合金表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命（图1）。

3.2 适合海上的定制化安装方案

海上平台空间相对狭小，同时存在一定的晃动，为此，定制化的采用了2套方案，保证安装精度和平稳度。

一类吊架：竖直吊装+斜撑即可，斜撑可根据现场情况间隔一个吊架安装，转弯处斜撑方向可根据现场确定（图2）。

图1 轨道拼接工艺

图2 数值吊架+斜撑

二类吊架：竖直吊装+斜撑+底部加强。竖直吊装+斜撑+底部加强角钢。如果现场轨道存在晃动，可做支撑将加强角钢固定在墙上。如图3竖直吊装+斜撑+底部

图3 竖直吊装+斜撑+底部 （单位：cm）

3.3 通信方案的选取及分析

由于现海上石油平台设备在不断增加，配电间内有高压和各种信号的干扰，以及海上配电间的密闭性，都可能对信号传输长生影响。所以对此进行电力载波和无线网络的适应性比对。

3.3.1 电力载波方式

电力载波通信即PLC，电力载波是电力系统特有的通信方式，电力载波通信是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。最大特点是不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。系统连接如图4所示。

图4 电力载波通信

电力线载波通信具有以下特点。

（1）配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送。

（2）三相电力线间有很大信号损失，一般电力载波信号只能在单相电力线上传输。

（3）不同信号耦合方式使电力载波信号的损失不同，耦合方式有线-地耦合，线-中线耦合。线-地耦合方式与线-中线耦合方式相比，电力载波信号少损失十几分贝，但线-地耦合方式不是所有地区的电力系统都适用。

但是电力线自身的脉冲干扰，加大了应用难度。电力线对载波信号有高削减。当电力线上负荷很重时，线路阻抗可达1Ω 以下，造成对载波信号的高削减。实践中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里以外，但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。因此，需要进一步提高载波信号功率来满足数据传输的要求，但提高载波信号功率会增加产品的成本和体积，而且，单一提高载波信号功率往往并不是最有效的方法。

3.3.2 短距离无线方式

无线通信技术的快速发展，是数据采集系统又多了一种通信方式的选择。图5为无线传输的系统架构图。

图5 无线传输系统架构图

按目前的无线通信技术的实际应用效果来看，短距离无线抄表技术已经成为数据采集系统的传统通信方式的有效补充，因无线通信容易受到物体阻挡及其他无线干扰，其应用范围受到了大大的限制，在实际应用中无法得到大面积的推广，只能在特定环境下使用或者与其他通信方式相结合使用，目前使用最多的无线传输方式主要有小无线（350MHz 和430Hz）和2.4Gzigbee 无线技术，诸如WIFI 和3G 技术在抄表系统应用中无法发挥其自身特点，一般不作为抄表系统的首选。短距离无线传输方式具有以下特点。

（1）安装施工方便，减少了施工布线的人工及材料投入，施工难度较低。

（2）维护方便，较少了对线路排查的工作量及难度。

（3）抗干扰性差，易受天气和其他无线电影响。

（4）误码率高，传输频繁时容易丢数据，无法满足数据高实时性的要求。

（5）传输不稳定，易受其他物体阻挡，距离无法控制，信号衰减眀显，安装位置有特定要求。

（6）传输速率较低，仅适用于低速率传输的电子设备之间使用，无法实现大数据量的一次性传输。

（7）需要外置天线，且天线的位置需现场测试安装，损坏或变换位置后将严重影响通信效果。

通过实验分析，综合考虑系统稳定性和实用性，电力载波应用比无线传输更适用于海上石油平台，更能保证数据的可靠性，所以此次采用电力载波的通信方式。

4 实施效果

4.1 对平台电气人员巡检人员的解放，提升生产效率

海上平台传统巡检通过人工方式，对设备和环境进行大致的评估判断，主要通过看、触、听、嗅等方法实现。加之，人工巡检不足之处举不胜举，劳动强度大、工作效率低、检测质量低、手段单一。智能化轨道巡检机器人的运用将大量重复的劳动交给巡检机器人，解放电气操作人员的工作量，将电气人员投入到更为精细化需要人力关注的地方，提高了人员效率，保证了工作质量。

4.2 对平台设备维护可靠性的提升

采用适合海洋平台应用的轨道式巡检机器人，可及时发现电力设备的缺陷、电力参数波动等异常现象，自动报警或进行预先设置好的故障处理。它运行灵活自由，极大地提高了设备供电的可靠性，设备可靠性的提升会给平台增产提供有力的保障。

4.3 降低平台成本

从长期来看，降低了海上油气田的开发工程投资和海上油气田的全生命周期操作运营成本，延长油气经济年限。节约平台的维修费用，将紧急抢修转变成预防性的维修，极大地降低了平台的维修费用。通过持续不断的监测，当发现设备的参数异常时，可以根据设备劣化的程度，制定预防性的维修策略，提前介入，避免设备突然关停对生产的影响。同时通过历史数据的分析，避免过度的维修，从而综合性地降低了平台的设备维修费用。

4.4 环保

可以降低人员登录无人平台巡检的频率，减少了海上生活垃圾和污水排放，减少环境污染。

5 结语

轨道巡检机器人在陆地电网的使用刚刚兴起，给国家电网带来不小的收益。现国家电网的日常巡检任务已经可以由机器人巡检。经过对机器人进行改造并且进行特定的测试，结果完全满足海上石油平台的日常巡检需求，在节约人力基础上更是为平台的安全生产提供了保障，提高了效率，也使海上石油平台向智能化迈进了一大步。