智能变电站巡检机器人的应用

2022-07-23张培

现代制造技术与装备 2022年6期

张培

（郑州铁路职业技术学院电气工程学院，郑州 451460）

变电站是我国电力系统的重要组成部分。变电站的工作性能会直接影响变电系统的变电效率。加强智能化变电设备的利用，能够最大限度地满足人们生产和生活中对电力能源的需求，保障人们的用电安全，改善地区的经济发展状况[1-2]。但是，从现阶段变电站的使用和工作情况来看，因为电力需求量剧增，传统变电站无法满足实际的用电需求，所以加强对智能化变电站的利用是形势所需。为了保证电力能源的科学传输，要加强对电力设备的机动性巡检，科学利用巡检机器人促进电力行业稳定发展。

1 智能变电站相关内容

在科技发展水平不断提升的背景下，智能设备被广泛应用于各个领域，极大方便了人们的工作和生活。目前，我国对电力资源的需求量较大。如果没有电力能源的支持，人们的工作和生活质量将会无法保证。因此，相关人员应该重视智能化设备的利用，重视智能变电站的可持续发展，加强先进技术的支持，促使电力行业稳定发展。智能变电站建设中，要充分考虑环保性，通过提升设备利用信息的通畅性，将智能变电站工作产生的数据传输至数字化控制中心，实现整个变电站的信息共享。智能化变电站与常规的变电站存在较大的区别，其中最大区别在于智能化设备可以实现自动化工作，可以为电力工作的开展节约大量的人财物力资源，能够自动完成电力设备对信息的采集和测量。智能变电站中光纤的使用，降低了设备和电缆的能源消耗。智能变电站的使用情况由管理应用层直接控制，设备内部含有很多智能一次设备。另外，顺序控制可以实现智能化的高压设备操作。具体情况如图1所示。

2 智能化变电站优势与技术特性

2.1 智能化优势

智能化变电站的技术优势比较明显，通常体现在以下4个方面。第一，智能化变电站改变了传统变电站使用电缆的情况，可以节约电力资源，满足生态化发展需求，发电更加低碳环保。智能化变电站主要利用光缆，可以减少电力资源消耗。无论是环保方面还是对光缆材料利用方面，智能化设备都具有显著利用优势。第二，利用智能变电站能够体现交互属性，不仅可以统计各个电网中的信息，还能根据数据分析结果做出数据反馈，为开展后续工作奠定基础。第三，利用智能变电站能够体现可靠性。电力企业利用智能化变电站可以实时传送信息，提升电力资源利用率。第四，具有高安全性。相关人员通过智能加密手段加密检测的信息，防止信息泄露。第五，机器人代替人工开展检测作业，可以避免恶劣天气对工作人员检测作业造成的影响，第一时间掌握实际环境数据信息，了解变电站的实际情况。

2.2 智能变电站的技术特性

智能变电站的关键技术系统组成部分为间隔层、站控层和过程层等，各个组成部分都有自身的作用。所以，在智能化变电站建设中，需要严格遵循几个技术特性。首先，在智能化变电站建设中要运用数字化设计理念，保证电子式互感器和智能断路器的应用可以体现出智能化属性[3-4]。其次，要在一次系统结构三层两网上体现网络化属性，为智能化设备的利用提供网络支持。再次，要体现系统结构紧凑的原则，数字化智能变电系统要具有体积小、重量轻等特点。如果可以将其应用于集成系统的开关设备，就可以根据变电站机电一体化理念，合理布置和优化对智能化变电站的功能，实现对设备的统一建模，保证智能化变电站之间的无缝通信，实现对智能化设备系统的维护。最后，循序执行智能变电站在线监测原则，保证设备的检修状态更加稳定。通过利用智能化变电站获取电网的真实状态，及时检测智能电子装置的故障与信号的回路状态。使用智能化变电站时不存在未被监测的单元，且对设备的使用没有盲区，大大提升了系统的安全性。

3 智能变电站巡检机器人研制

3.1 巡检机器人的结构

为了使电力设备的工作开展更加有效，要在智能化变电设备中安装巡检机器人。这种智能化和巡检功能的组合，不仅可以使机器人自动完成导航，还可以实现机器人自动的定位，做好各种部件的传感分布，构建智能巡检机器人的关键系统框架。机器人机体质量越大，能量的消耗越大，所以需要控制机器人的质量，从而提升机体结构承载力，保证其重力调节的有效性，进而促进控制箱与重力机制的连接。巡检机器人的结构构造总体为移动机构、中心机构和控制箱3个部分，详细划分为光纤陀螺、主控制器、过滤器、障碍物传感器、挡板、驱动轮、强力刷子吸口、电动鼓风机、电动控制器、清扫用电机驱动器、行走表示灯和光传送设备等，具体如图2所示。

3.2 设计巡检机器人系统

为了满足智能化变电站的工作需求，设计人员需要在巡检机器人设计中适当地加入相关巡检机器人技术。例如，根据实际需求建立监测技术和数据分析技术等，完善智能化巡检机器人的自身功能，完成日常巡检工作的监督工作，并利用加密技术实时交互和传递信息。在系统设计中，移动控制子系统的硬件组成包括主板、障碍物传感器、运动控制卡与驱动轮等。这些组件的作用就是负责实现机器人的行为和运动功能，有效采集巡检机器人利用所需的外部环境数据等智能规划可视路径，使智能巡检机器人的利用符合车体动力学理论，保证了电机驱动正常运行，提升了巡检机器人的运行效率，保证了其自主运动功能。巡检机器人工作子系统的关键工作是检测变电站中的数据，可以有效采集和传输图像、声音等，从而实现自动充电等功能。

4 智能变电站巡检机器人的应用

4.1 识别检测功能的应用

在智能化变电站巡检机器人利用中，要想保证各项功能的完善，需要安装各种检测设备，实现对障碍物的有效检测和功能识别，从而科学判断各种路障。其中，巡检机器人设备主要配备的工具是可见光摄像机，主要功效是实现对图像、音频等信息的采集。利用巡检机器人能够独立读取、记录和分析有效信息，便于科学分析变电站的工作状态。同时，利用图像匹配方法分析变电站的数据库信息，能够有效匹配变电站的可见图像和数据库中的图片。在算法设计中，能够矫正图像信息的形变，使灰度差别降至最低。如果利用能量归一化和灰度均衡化、投影直方图法、主成分分析法等分析图像信息，巡检机器人的图像匹配程度会更高，准确度也会更高。以上方法可以人工标定图片库中所有的设备数据，一旦图像匹配成功，便可识别和定位智能变电设备，提升识别检测功能的准确率。

4.2 智能巡检分类功能的应用

巡检机器人在日常工作时会使用两种既定的模式，一种是训练模式，另一种是返航模式。除了这两种模式，巡检机器人还可根据实际需要设定其他巡检方式，但这些隐藏功能利用的次数较少，通常会被忽略[5-7]。

4.3 定位导航功能的应用

对定位导航功能的运用，首先要预先设定行进轨迹，让巡检机器人在遇到障碍物后可以自行完成掉头、直行和转弯等操作，到达指定位置后可以利用红外摄像机探测可见光，通过调整设备清晰角度提升拍摄的清晰度。其次，要利用图像处理功能。通过系统自带的红外热像仪和可见光电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）等设备监测目标对象，有效判断电力设备的高温异常情况。可见光摄像机设定高度为500～600 mm、行走速度为0.5 m·s-1，边走边沿引导线拍摄。循线摄像机会检测上下左右4个边界图像来分析线路的异位等情况，详细记录主变、刀闸开合实际位置等，然后利用自动读取仪器仪表处理报警故障。最后，要利用无线传输功能，将监测到的图像、声音等信息在最短的时间传输到监控中心，然后在监控中心的调控令指导下完成巡检机器人与外部的通信。