智能巡检机器人在变电运维工作中的应用

傅利

（国网四川省电力公司技能培训中心，四川 成都 610000）

对变电站电气设备进行定期巡视，迅速获取变电站电气设备的状态信息并及时发现电气设备的缺陷和隐患，是保障变电站安全稳定运行的关键。随着机器人、图像识别和导航等技术水平的提升，利用变电站智能巡检机器人代替人工对变电站电气设备进行检测是一种便捷、可靠和经济的技术手段。变电站智能巡检机器人是移动机器人在固定场景下的应用类型，机体一般搭载高清可见光摄像头、红外摄像头和拾音装置等传感设备，用于辅助或代替工人完成设备的巡检。使用机器人能够完成高效率、大范围、标准统一的巡检内容，不仅能有效降低劳动强度，而能有效提高变电站运维管理的智能化、自动化水平。

一、变电站智能巡检机器人的优势

智能巡检机器人系统在变电站的设备巡检工作中广泛运用，保障了变电站设备安全运行，增强了系统可靠性，减轻了人员劳动强度，在恶劣天气和人员疲劳特殊时段的替代人工作业等方面具有较高的作用，得到基层单位的高度认可。特别是红外热像巡检和可见光表计巡检功能最为实用。有效的解决了过去仅仅依靠人工巡检存在的检测质量参差不齐、人员劳动强度大、工作效率低、设备异常发现处理不及时等问题，有效提高了电网安全可靠性和减少了劳动力投入。

（一）巡视频次有保障

智能巡检机器人巡视设备少受天气、人员等因素制约，可按固定周期和路线，对预定的巡视点进行可见光和红外检测，确保巡视点每次都能按时巡视到位。

（二）巡视质量高

智能巡检机器人可以对巡视点的仪表读数进行可见光拍照并识别，对越限的读数自动报警；对设备外观进行可见光拍照并远传至有人值守场所；对瓷瓶破裂放电闪络、渗漏油等进行性缺陷实现远方人工识别定位；对设备易发热部位进行红外检测，并自动判别温度超限和报警。

（三）实现对个别部位的不间断巡视

如果设备出现严重缺陷，就可以让智能巡检机器人不间断地对缺陷部位进行监控，一旦缺陷继续发展就立即报警，提醒运维人员进行处置，人工巡视就很难做到这一点。

（四）可以在不适宜人员巡视的场所进行巡视

因灭弧后SF6 气体含有毒物质，不适宜人员进入，此时就可以让智能巡检机器人进入故障区域拍照上传，让有关人员掌握现场情况，并采取相应的措施进行处置。

二、智能巡检机器人在变电运维工作中应用存在的缺点与不足

通过对某供电公司10 站智能机器人巡检系统，在设备巡检、红外测温、操作检位工作上的应用指标的统计，量化机器人巡检系统的实际应用情况，并对该系统存在的缺点与不足进行了分析讨论。

智能巡检机器人巡检内容包括变电站户外一次设备的外观、声音，温度、油位、SF6 气体密度、避雷器泄漏电流、指示等各类表计读数，断路器、隔离开关、接地刀闸的分合状态、全部一次设备本体和接头的红外测温等。巡检系统借助后台红外专家分析系统、图像识别技术、伺服技术进行设备状态评估，实现了对各类变电设备分合状态、运行监视、实时感知、状态评价、监视预警和故障诊断功能。运维人员在运维站能远程浏览机器人的状态及巡视结果，并能远程控制机器人，开启和设置巡检任务，切实减轻了运维人员巡检工作量。

（一）巡视检查功能

对于例行巡检和红外测温工作，系统按照设置的时间自动启动巡视任务，按照预设路线进行巡视。巡检数据通过无线网桥实时传输到监控后台。系统通过图像识别技术将成像自动转变为数据，并与系统设置的告警值进行比较，越限时系统自动生成告警提示。特巡工作为运维人员通过后台设置手动开启，运维人员设置特巡观测点后，系统自动规划巡检路径，系统自动完成。

1.巡检覆盖率：巡检覆盖率是指智能机器人巡检系统采集现场数据点数覆盖人工例行巡检和红外测温设备记录数据点数的比率，是智能巡检系统取代人工例行巡检和红外测温工作的重要参考指标。以下为某供电公司10 座变电站智能巡检机器人覆盖率情况：10 座变电站巡检覆盖率均达到99%以上。

2.图像识别率：某供电公司10 座变电站智能机器人巡检系统从投运至2020 年12 月份，共执行例行巡检任务1012 次、特殊巡视145 次。10 座变电站图像识别率在89%至96%之间。

（二）特殊情况下的巡检功能缺陷

①大雨时，密集雨滴会遮挡机器人超声屏障，造成机器人停止原地，不能完成巡视任务。且表计表面覆盖雨滴，影响机器人可见光成像效果。②大雾、雾霾时，能见度较低会严重影响智能机器人可见光成像效果，造成成像效果不佳、表计数据不能读取。③冰雪天气，地面敷冰易造成机器人行进时滑离轨道，停止工作。④检修时，由于围栏遮挡机器人设定的巡视路线，目前机器人巡检技术不能实现遇到屏障重新规划路线的要求，造成巡视区域内有检修任务时，不能启动该区域的例行巡检任务。

（三）红外测温功能

某供电公司10 座变电站智能机器人巡检系统从投运至2020 年12 月份，共执行红外测温任务1012 次，发现并跟踪缺陷21 项，与PMS2.0 系统登录缺陷一致。10 座变电站红外测温识别率为100%。智能巡检机器人进行红外测温工作实现了对每台设备本体、接点、触头的定位观测、定焦拍摄，确保了数据的识别率达到100%。较人工普测工作采用全站仅分区域扫射的工作方式，智能巡检机器人数据采集更为精确、全面，并且建立了后台趋势分析，有利于辅助运维人员跟踪发热点的在线分析和跟踪观测工作。

（四）对二次设备及直流系统巡检功能

目前大多数已投入运行的智能巡检机器人基本能够完成对站内一次设备的全面巡检，但由于站内直流系统及二次设备多位于变电站独立的小室或是主控楼内，且室内设备的门口均设置有防鼠挡板。这客观上给巡检机器人设置了“路障”，使之无法有效地对此类设备开展巡视检查工作。然而，站内直流系统及二次设备对变电站的安全稳定运行同样至关重要。因此，使巡检机器人能够有效发挥自主判断，对二次设备与直流系统完成巡检是必要的。

（五）表计位置不合理使巡检数据存在偏差

变电站智能巡检机器人通过搭载的高清摄像头可以对压力、油位、避雷器泄漏电流等表计进行读取，为运维人员提供比较准确的巡检数据，但它仍存在弊端。

首先，有些压力表、油位计相对于地面的位置过高、夹角过大，当巡检机器人行进到固定监测点位时，机器人云台摄像头对目标设备或表计亦有着相对较为固定的角度。不利于巡检机器人的观测。其次，针对人工巡视而设计的压力表、油位计，客观上也对机器人采集数据造成了影响。例如，有些压力表隐藏于设备表面下部或是表计指针过小而不方便机器人采集数据。

（六）改进措施

机器人巡检系统的开发应用是探索一种全新的变电站设备运行维护方式，以支撑并部分代替人工巡检工作，减轻运行人员的劳动强度。就目前来说，要真正扮演起变电站设备巡检工作的主角，还有很多工作要做。以下针对调研巡检机器人应用中存在的问题，提出方案优化措施：

1.提升巡检覆盖率措施：增大设备柜门观测窗，以满足巡检机器人要求，进一步提升巡检覆盖率。

2.提升机器人夜间巡检能力措施：机器人摄像头自带补光灯，满足夜间巡检要求。

3.提升图像识别率措施：提升硬件配置水平，采用高清摄像机。

4.提升操作检位速度措施：一是增加机器人巡视道路，设置便捷通道，减少机器人在切换观测点和巡检区域切换上的耗时。二是配置两台机器人分工协作：两台机器人分区协作方式，同时或交替巡检的工作方式，将大大减少一台机器人在切换观测点和巡检区域上的耗时。

5.提升对二次设备及直流系统巡检措施：首先，对现有的保护室或主控室其中一个门进行改造，改造成类似机器人充电室的自动卷闸门，当巡检机器人靠近时可以自动开门，进入后自动关门。从而也可以避免小动物误入室内。其次，对于新建变电站在规划设计时，可以考虑将机器人的充电室与保护室设置到一起，统一规划、设计巡检路径，从而顺利解决其对室内二次设备及直流系统的巡检问题。

6.解决表计位置不合理使巡检数据存在偏差措施：对位置偏高或设计存在缺陷的压力表、油位计可以在设备周围适当的位置放置反光镜，应用镜面的反射原理，将表计“转移”到适合观测的位置，以兼顾人工观测和巡检机器人观测两种巡检方式。

三、智能巡检机器人的实际应用

（一）发现设备发热缺陷案例

2020 年3 月17 日，巡视人员将机器人放置在110kVA 变电站，并制定巡视计划，按照计划2020 年3 月17 日13：00 对变电站110kV 设备区域进行全面巡视，2020 年3 月17 日13：55 智能巡检机器人发现110kV 侧B 线断路器B 相靠母线侧线夹发热。

经运维人员观察对比，根据相关标准判断这是一条一般发热缺陷，于是将此缺陷上报至PMS 系统中。

通过此次机器人发现设备发热的案例不难看出机器人红外测温准确，可以及时发现电气设备缺陷情况。利用智能巡检机器人开展无人值守变电站巡视工作，可以和人工巡视进行互相补充，在一定程度上能够提高巡视密度，对及时发现设备缺陷和隐患具有十分积极的作用。

检测相关信息：测试环境：温度4.9℃相对湿度：11.6%白天晴风速：1 级

（二）在日常运维中的应用

以某变电站的智能巡检机器人应用为例，该变电站划分任务区域4 个，每区域存在1 天的任务周期，白天的可见光任务包括计数器、避雷器泄露电流表、温度表、油位计、SF6 压力、开关刀闸分合位置，需同时留存可见光图谱，夜晚的红外任务共涉及12 个检测点，包括刀闸类设备、开关类设备、接线、动静触头等，需同时留存可见光及红外图谱。在变电站日常运维中，智能巡检机器人能够负责较为繁琐的巡视工作，解放运维人员，运维工作的效率和质量也能够随之实现长足提升。

四、智能巡检机器人在变电运维工作中的应用发展

智能巡检机器人要能逐步替代人工巡检，目前例巡、特巡任务已逐步移交智能巡检机器人；待智能机器人巡检系统进一步完善和提升，将可全面接替人工巡检任务，实现24h全站全设备安全巡检，特别是在高温、大负荷、和新投入设备运行后以及大风、雾天、冰雹、冰雪、雷雨后，巡视任务尤其繁重且环境恶劣，采用智能机器人巡检可减轻巡视人员的劳动强度、并在恶劣天气条件中代替运行人员对部分设备完成巡检工作。

（一）工作效率更高

目前，智能巡检机器人兼具了读取设备表计、油温数值，测量接线点温度，分析异常，声光报警等功能，能24h 全天候待命，无论白天黑夜，随时在站内巡检。工作人员可以根据季节变化和用电负荷的峰值将变电站的巡检任务数据录入巡检机器人系统中，机器人可以根据各个站的不同需求进行定时的自动巡视，也可以由后台操作人员直接对它下达命令，对重点设备或可疑点进行随时巡视，而一旦巡视过程中出现了超过正常数值的可疑点，它还会通过声光报警通知电脑前的监控人员。

（二）运维质量更好

对一些影响电力系统安全运营的非量化因素，如TV 油位、断路器是否有气体泄漏等，由巡检人员主观描述纪录，描述语言随人员不同而不同，对以后的故障分类和系统分析都增加了处理难度；对于一些量化的表计数据记录也因为人员不同而出现一定的偏差；采用智能机器人巡检系统的数字化处理，可实现标准统一和描述统一，从而提升了系统的标准化、智能化水平。

五、结语

智能巡检机器人是一种全新的巡检方式和手段，在变电运维工作中的应用，有效的提高了巡检的质量和工作效率，提高了巡检工作的安全性，减轻了运维人员的工作负担，因此，在实际工作中，我们要不断的摸索和创新，对智能机器人的巡检系统进行完善，从而能够完全发挥出巡检机器人的功能和作用，推动变电系统运行的智能化和现代化。