对于变电站智能巡检机器人的几点思考

广西电网有限责任公司柳州供电局 杨清民 陈炜智 韦 明

本研究项目是从广西电网有限责任公司柳州供电局现有变电站智能巡检机器人在实际运营中存在的问题出发，分析了在新一代机器人设计和研发过程中应当注意的重点和难点，提出了新一代机器人设计和研发的预期目标，从而使新一代机器人在满足各方面经济性要求的同时，达到最终的设计和研发的目标，为电力企业安全、稳定运行提供技术上的保障。

自从1988年世界上第一台用于变电站的智能巡检机器人投入商业运行以来，至今已经历了五代的发展。根据统计口径和标准的不同，对于我国变电站智能巡检机器人的发展过程还没有统一明确的说法，目前公认看法是最早从2004年投入运营至今，大约有5代产品400余台或700余台设备投入使用。这些设备来自于数十个不同的生产厂家，其规格标准各有不同，管理平台各自独立，在电力设备和线路的维护过程中所针对的侧重点也各有不同。此外在原来的设备研发设计过程中，由于体积和重量等方面的限制，在进行巡检和维护过程中还存在一些死角，无法达到智能巡检的要求[1]。

1 新一代机器人技术升级的难点

整体结构方面的要求。在前几台机器人设计研发过程中，受到部分硬件技术条件的限制，在结构上相对比较复杂，整体尺寸大、结构笨重、在防护措施上设计不到位，无法适应变电站新型运行环境的变化，造成人力资源和成本投入的浪费，巡视效率不断降低。

控制系统方面的要求。变电站智能巡检机器人的控制系统主要包括驱动系统和主控系统两个方面。驱动系统的合理设计能使巡检机器人在运行过程中满足各种工况条件下的运行需要，提高机器人的工作效率和覆盖面积，提高巡检的效果。主控系统在设计研发过程中要求其能满足手动和遥控操作双方面的要求，满足机器人在运行过程中导航分析性能要求。此外还要注意规避前几代机器人在设计工程中出现的充电接口标准不统一问题，为机器人工作提供稳定的电力来源，满足长时间的工作要求。

通信系统的要求。通信系统是在主控系统的命令下对检测数据进行传输和回收，这是智能巡检机器人工作效用的重要表现形式之一，只有保障数据的安全和稳定传输，才能确保变电站运行中产生的问题及时得以发现。

适应环境方面的要求。变电站本身是一个特殊的工作环境，在其运行过程中会不间断产生静电和磁场，因此巡检机器人在设计过程中也要参照相关的国家标准，使机器人能适应特殊环境的需要[2]。机器人在设计过程中，要具备相应的爬坡越障能力，满足特殊工况的需求，同时要具备障碍物检测功能。还要配合集成传感模块的应用，使机器人具备在夜间监测成像的能力，并保证成像的精度。

2 智能巡检机器人技术升级的思考

强化整体结构方面的设计。整体结构的设计前提原则是轻量化和小型化，轻量化的目标是为了便于机器人在不同变电站工作之间的切换和转运。小型化的目标则是为保证机器人能够在更加隐蔽和复杂的环境中进行工作，增加机器人的工作范围，提升工作效率。在满足这两个前提条件情况下，充分考虑其内部结构和硬件间的合理配置，确保内部的结构设计能满足防护和散热等方面的基本要求。在材料选择上，应选择对环境适应性强、耐候性好的新型材料，并确保其成本的经济性。在机器人结构的表面，还要做好相应的图层和防腐设计，在有线缆接头的地方要做好防护措施，确保机器人能够达到较长的使用年限。

强化在控制系统方面的设计。在进行控制系统设计时，首要对工控机等要害部件做好选择，使其满足机器人运行和导航分析性能的要求，在进行远程控制时要使其能够科学的完成巡视作业。驱动系统的设计要求技术人员具有相关动力学方面的知识，能确保机器人在运行过程中满足紧急停车、越障和避障等方面的要求。在进行转向系统设计时要对转向结构进行适当调整，将机器人的转弯半径保持在车身长度的3倍以内，提高其运行速度和理论巡检效率。现行的智能巡检机器人在设计过程中，由于没有统一的设计标准，充电接口各自采用不同的标准，使其续航能力受到较大的限制，在新一代机器人设计过程中要做好这方面的工作，使机器人至少达到待机8小时的工作要求。

强化通信系统方面的设计。通信系统方面的设计，需要保证主控系统在接受命令之后能够准确及时的响应，在数据传输过程中保证稳定性和安全性。通信系统在设计过程中，需要注意操作系统与集控子站系统之间的兼容性，确保机器人在不同变电站之间能够切换工作，软件故障少，在出现故障报警时能够及时进行维修，系统方便进行扩展和维修。

强化机器人多工况工作能力。机器人多工况工作能力的体现，首先要保证其在防静电和抗干扰方面能够达到国家标准的规定，满足变电站环境使用的要求；其次包保证机器人具有良好的运动性能和复杂环境下的工作能力，具有障碍物检测功能，最小越障高度要达到5cm、最小涉水深度为10cm，爬坡能力不小于15°；最后要配备高精度红外热成像仪，其灵敏度不低于50mK，分辨率最低为640×480。红外传感器测温精度不低于2K 或±2%，可见光实现表计读数误差小于±5%。传感器设计要考虑模块化的设计，扩充方便，能够与外部传感器进行对接。

做好集控子站系统软件的编写设计。变电站智能巡检机器人的工作是依托集控子站系统软件的基础上实现的。在进行集控子站系统的编写过程中需注意三方面要求：系统运行的速度和支持用户数要达到一定的要求；系统运行的稳定性要求。确保系统能够支持7×24小时工作且故障率低、处理速度快；系统操作的便利性要求。确保系统工作界面达到人机友好的要求[3]，能支持安卓系统和windows 系统，菜单操作方便，容易理解和学习。

3 变电站智能巡检机器人在运维中的应用

缺陷跟踪的应用。巡检机器人的跟踪功能十分强大，当变电站设备出现低压报警时，可通过智能机器人跟踪监视缺陷问题。检修人员维护前保证设备处于SF6压力状态。此外机器人可以向设备观察点实时发送检查结果，确保运维人员掌握测量装置数据。通过此种方式运维人员能够高效管理设备。对于智能巡检机器人功能来说，可有效检查故障问题，数据收集完整性高，同时可作用于数据监控与分析中，减轻人员工作量，全面维护变电站运行安全性与智能化。

室外环境的清理应用。智能巡检机器人运行过程中维护操作的障碍较多，为全面处理该问题必须优化改造机器人超声识别系统，确保机器人规避障碍。机器人移动过程中能有效接收超声波信号，同时实现发回效果。运行路径上存在障碍物，机器人能够将搜索命令发送至控制中心。在变电站内检查指示路径无障碍物，但植物会延伸至运行路径上，从而导致机器人故障，影响验证与检查。机器人检查中应遵循实际情况，减少由于植物生长所致检查影响问题。

站内日常运维的应用。将智能巡检机器人应用到变电站，主要具备可视化功能：可见光控制功能。利用高分辨率相机能够接收操作状态、操作数据，对主机运行状态进行监控。注重检查设备，读取压力计数，高效检测设备运行状态，同时对电流泄漏量、工作时间进行计算，有效开展维护与保养工作；红外线温度测量功能。在应用该项功能时须注重维护变电站运行，设置应用程序时间间隔，同时对数据进行监视与收集。如变电站运维将变电站划分为四个运行区，不同运行区具备对应工作日。在可见光任务执行过程中，可见光光谱利用快门分割位置切换、油位指示器、探测器、温度计维持。在开关装置上设置四个检测点，主要包括布线、主体、变压器设备、三相与中性盒。针对不同设备科学测量红外温度，同时设置多个检测点，全方位进行红外检测，维持红外光谱与可见光谱。相比于手动收集和汇总数据，智能巡检机器人无需人为干预，手动逻辑比较少。在巡检后机器人可自动上传报告，分析和维护设备故障，全面提升运营效果与服务质量。

优化识别算法。变电站设备安装操作时极易产生安全问题。比如，基于正常运行状况设置机器人检查程序，如果未检测到设备可能是由于指针过小。针对上述问题需对机器人识别算法进行优化，当被处于关闭状态时也能够设置在正确的安装位置，同时替换指针、为机器人提供验证指令。

控制误差。在改变工作环境后，为避免机器人产生误差必须应用定位技术与导航技术。也可将高精度定位模块安装在机器人本体上，在改变运行线路后，可以自动更新导航数据。当路径发生错误问题时，可以及时优化改进，避免机器人偏离轨道。

综上，做好变电站智能巡检机器人的设计，需要从多个方面入手，针对目前运行中出现的问题进行有针对性的设计，在保证经济性要求的情况下，使机器人的工作性能不断提升，从而达到电力系统运行的稳定性、安全性等方面的需要，为我国电力事业的发展做出贡献。