机器人巡检系统在变电站运维中的应用

徐欢

国网江苏省电力有限公司仪征市供电分公司 江苏 仪征 211400

引言

变电站的智能自动化水平有了很大提高，机器人巡检系统的应用也越来越广泛，为数字化变电站的日常工作提供了很大的便利。机器人巡检系统是电力特种机器人系列之一，主要用于手动完成变电站巡检，路径规划是保证巡视机器人质量和效率的关键。变电站机器人巡检系统用作新的巡检作业手段，可以代替人工对设备进行巡检作业，起到减员增效作用，保障了工作人员人身安全，具有广阔的应用前景。随着经济的发展，智能电网的概念被提出，世界多国陆续开展了变电站机器人巡检系统相关研究，并进行了推广应用，提升电网智能化水平。

1 相关概述

机器人巡检系统在特殊环境下取代人工巡检，不仅提高了现场巡检效率，降低了现场维护成本，还减少了人工巡检的局限性、图像处理和计算机视觉技术的应用，扩大了人工智能在电力产业等特殊高风险环境下的应用[1]。在变电站智能操作层面，使用机器人巡检系统，运行过程中机器人固定云台，安装摄像头，获取变电站内要检测的设备信息和周围环境信息。利用图像处理和人工智能技术，在特殊环境下分析和判断目标状态。 在变电站、重要机房场合等特殊环境中，智能巡检机器人已经投入使用，对特殊环境中有关设备的智能检测、故障判断和周围环境异常预警取得了良好的效果。基于单目视觉的机器人巡检系统在巡检过程中，机器人在行走与驻停时存在一定的导航和定位误差，智能巡检机器人机载云台也存在一定的转动误差，导致机器人要巡检的目标偏离摄像机成像的视野中心，严重情况下造成目标完全偏离像机成像视野范围，无法对要检测的目标成像，给后续目标的智能检测和设备故障预警判断带来一定困难。 机器人巡检系统负责对高清视频巡检盲区进行巡检并对目标间隔内设备进行红外测温，主要进行目标间隔内中、高处设备的外观检查及红外测温，重点覆盖主变压器上方平台附属设备、龙门架悬式绝缘子等设备。机器人巡检系统还能针对人工巡视薄弱点开展避雷针、绝缘子、半高层等站内高处设备顶部周期性专项巡视、发热专项红外测温等。

2 机器人巡检系统问题

现阶段，机器人巡检系统显示，基站系统和智能巡检机器人大量使用无线网桥进行通信。在供电过程中，如果无线网络受损或停用，机器人巡检系统将无法使用，沦为装饰品，稳定性差，安全性能差，难以满足变电站网络运维安全需求。同时，巡检机器人在工作过程中发现设备问题时，会将设备数据发送到终端，使工作人员容易理解。在这个过程中，如果遇到下雨潮湿的空气或大雾天气，很容易引起变电晕车，会出现强大的电磁干扰机器人车辆通信系统，导致传输变慢、传输中断或传输视频不清晰，从而贻误最佳维修时间[2]。在实际应用中观察发现，机器人巡检系统续航时间一般为8h，充电时间为6～8h，一台机器人巡检系统完成一次变电站巡检任务，至少需要花费3d左右的时间，巡检耗时较长。而且，在巡检过程中，变电站内设备应用多，智能巡检机器人自身条件限制和安全距离约束，在巡检过程中，存在一定巡查盲点，无法达到全面覆盖的效果。例如，500kV的变电站智能巡检机器人，其巡检盲点一般为5%，巡检效果有待提升。据了解，智能巡检机器人总重量不低于80kg，长期工作工作中会对电缆沟盖板造成较大负荷，导致电缆沟盖板损坏，继而使得巡检机器人掉进电缆沟中，造成严重负面影响。探究原因发现，变电站管理人员缺乏机器人巡检管理思维，以人工巡检的思维和方式设置机器人巡检路线和巡检方式，导致机器人巡检无法发挥其最大价值。

3 机器人巡检系统在变电站运维应用措施

3.1 无人机巡检数据交换统计工作

为了科学构建智能无人机变电站的智能巡检系统，使用巡检软件实现与手持设备的数据交换更为重要。另一方面，掌上电脑在巡检过程中的主要任务是履行指导、提醒、完成记录和数据收集等功能。巡检任务实施后，对现有任务流程的管理规范也将相应地根据流动性要求密切关注该流程的安全注意事项，并完成了相应的检查情况登记表报告，使相关信息得以下到了实际工作开展过程中。巡检管理软件还需要实现与生产管理系统之间的数据交换，并接收工业生产管理所下达的巡查任务，甚至是审核意见等，其目的就是建立巡查方案、确定巡查目标，而所有环节的数据分析都必须借助增强无人机巡检功能来进行完成。然后进行分析计算工作。智能无人机变电站每日巡查各项任务，或是各项任务顺利完成的情况，都应当及时输入在巡查管理数据库当中，以进行实时记录的检查、并得到有关设备工作情况、人员巡查情况的各类报告，以便判断设备的完好性，以及巡查人员的正常工作状况。可见，做好上述方面的工作内容，对变电站及智能巡检体系的建设，将会产生至关重要的影响，因此相关人员必须在这一环节中，倾注较多的钻研精神。

3.2 三维全景可视化预警技术

变电站内三维空间的坐标是工作人员进行三维建模的位置基础，三维建模是变电站状态可视化的重要手段。可以用宏观和微观的方式建模。具体应用时，可以通过无人机设备拍摄建模对象、对图纸建模的方式创建相应的宏模型。然后从微观层面入手，建立典型设备的三维模型，形成可重复使用的模型库。最后，结合布局图最终确认相关设备的位置[3]。对于设备在运行期间可能出现的异常状态，请单击，可以利用遥测和遥视系统的反馈信息作为参考。如果出现异常情况，可以根据相关监控设备的位置及时掌握故障问题点，实现精准定位。遥视系统还可以与运维管理机器人配合，及时进行定向检查及状态确认。在这个过程中，可以确认设备外观的破损情况，也能够根据明火火势及烟雾状态识别设备状况。随着技术的发展，异常状态识别和精准定位技术的可靠性还可以进一步提升，具备广阔的发展空间。在变电站监控作业中，运动物体通常是指人员、物体或车辆。可以结合深度学习，对视频中的人、物、车辆进行检测和识别，并对其可能开展的后续动作进行分析。配合对象的运行方向，还可以实现全程化的轨迹跟踪，一旦出现异常，即可以按照异常情况进行处理。

3.3 动态窗口法实现路径规划

在完成Dijkstra多目标避障路径智能规划模型的设计后，采用动态窗口方法实现机器人避障路径的智能规划。在机器人的识别程序中建立关联窗口，创建动态显示空间。根据机器人的运行区域，逐一校准异常位置。同时，通过动态窗口将相关的数据信息传输至控制系统程序之中，便于管理人员及时查看维护。但是这部分需要注意的是，动态窗口法对于机器人的路径的规划并不受到限制，所以覆盖的范围也会更大一些，更加有利于路径的智能规划处理，以此完成数字化变电站巡视机器人避障路径智能规划。对比于传统插补轨迹路径规划测试组、传统融合视觉路径规划测试组，本文所设计的Dijkstra多目标避障路径规划测试组最终得出的路径智能规划耗时均控制在了较低的水平，基本保持在1.4s以下，说明本文方法应用后，机器人对于障碍物的识别速度较快，路径规划的可靠率较高，实际应用效果较好。

3.4 建立机器人巡检系统责任化

建立全面范围、准确、可靠、及时、高效的机器人检查系统应用概念，并以此为管理应用目标，合理设置巡检路线、巡检位置，确保检查数据采集得到全面应用。同时，加强电气设备管理，完善管理体系和流程，设置专业维护岗位或部门，确定工作范围和责任，进行定期维护、缺陷管理和设备测温管理。为了保证全面覆盖的实现，还需要建立变电站巡检机器人验收和检查小组，对智能巡检机器人和电力设备实行责任制和流程化管理[4]。例如，加强智能巡检机器人日常跟踪与排查，定期比对机器人红外测温数据和人工测温数据，比对机器人拍摄图像数据和设备仪器的读表数据，确保智能机器人功能正常发挥；定期排查机器人巡检系统运行，采用机器人巡检数据和人工巡检数据二次分析比对的方式测定其运行状态，结合定期排查、整改等措施，确保工作人员全面掌握机器人巡检系统基本功能及应用。并且，还要建立专门管理档案，收集存储系统在运行过程中遇到的诸多疑难问题，为后续修复管理提供资料依据。为确保机器人巡检系统责任化、流程化管理效能，还需要加强管理人员和工作人员教育培训。操作人员必须熟知巡检系统和机器人基本功能、操作方法、应用规范和注意事项，还要充分掌握智能机器人故障特点和维修方式，能够在第一时间发现问题、解决问题，最大程度发挥机器人巡检系统工作价值，确保变电站安全稳定运行。

3.5 图像自主采集技术

变电站巡检机器人的一项非常重要的工作是在巡检过程中收集常规电流表、电压表、气压表、温度计等仪表显示数、变压器套管等设备仪表图像。因为大部分现场仪表出于成本和历史原因都是现场指示仪表，没有智能仪表的远距离传输功能，所以检查机器人需要通过计算机视觉读取仪表显示。仪器的数量不统一，是设备图像采集过程中的难题之一，仪表示数有的是数字式的，有的是指针式的，并且每个变电站的工况不一样，用的仪表种类也不一样，即使是监控同样指标的仪表，也存在不同品牌不同样式情况，即使是同一个变电站的同一个监测点，也存在室外不同光照、巡检机器人不同拍摄角度、不同程度的遮挡和模糊等情况，这给巡检机器人实现仪表检测和示数识别功能带来了极大的难度[5]。对于仪表检测来说，线联检测器是使用范围最为广泛、最为经典的物体检测器之一。近些年随着智能算法的发展，深度学习在物体检测领域大放异彩，取得了长足的进步。

3.6 智能巡检系统应用

根据国家电网有限公司变电站设备管理标准的特点，运营经理在检查设备过程中需要通过的检查程序很多，出现缺陷问题后也需要进行设备输入、注册、报告等检查工作。这要求测试人员执行测试任务，因此测试结果具有反馈特性。这个流程当中可能会牵扯到几个政府部门，许多有关人员，不过实际管理工作过程还是必须按照规范的程序进行管理工作。对于智能巡检系统设备巡查、检测的全部步骤以及操作，都将可以进行顺序控制，如此就可以真正地做到了运行巡检、设备检测等的所有工作环节，进而使各个环节的管理工作展开，都可以呈现出智能、规范性的特征，进而促使管理工作到达了最优化的工作状态。

4 结束语

在变电站运行自动化背景下，基于巡检机器人的视频监控系统能够手动完成变电站运行条件的实时采集、智能分析、远程操作，对提高变电站运行效率、及时发现和故障处理等具有重要价值。目前变电站巡检机器人上搭载了多种传感器，通过自主导航、环境感知等多项关键技术，实现智能自主巡检。变电站巡检机器人还有极大的发展前景，市场远未饱和，但还存在一些亟待解决的技术难点。