新型电缆沟巡检机器人的研发

新型电缆沟巡检机器人的研发

赵晓敏张靖晗

（国网白山供电公司吉林白山134300）

摘要：变电站电缆沟巡检机器人主要用于代替人工完成变电站电缆沟的日常巡视工作，它有效避免了当电缆有起火、冒烟或不明原因断电等情况时造成的人身伤害，为了保证运维人员的人身安全，针对东北冬季环境温度较低等实际问题，决定对巡检机器人电池保温层进行改进，现重点阐述变电站新型电缆沟巡检机器人的组成及应用功能，以提高巡检的工作效率和质量，切实降低变电站运行人员的劳动强度和工作风险。

关键词：变电站电缆沟新型电缆沟巡检机器人；电池保温层；工作效率

0引言

变电站电缆作为变电站控制系统的重要组成部分，相当于变电站内部的“神经系统”，主要由10kV和0.4kV等级的电缆组成，大部分电缆敷设于电缆沟中，电缆沟内空间狭小，夏季温度高，气体环境恶劣，沟下巡检行走不便，且需要携带红外测温仪、有毒气体检测仪、手电筒和相机等多种工具，在电缆沟发生紧急事件时，如起火、冒烟或不明原因断电等，抢修人员应急抢修工作费时费力，无法靠近事故现场第一时间处理，且容易造成人身伤害。随着信息技术和人工智能的发展，机器人技术的进步与发展越来越迅速。在电力行业，一些工作在实施的过程中，人工效率较低，重复性高且较为繁琐，另一些工作则因为环境危险容易对人身造成伤害，需要可携带红外等检测设备的机器人代替人工进行全时段的巡检工作[1]。

1新型电缆沟巡检机器人的研发

1.1新型电缆沟巡检机器人的组成

在信息技术和人工智能不断发展的今天，变电站电缆沟巡检机器人应运而生，它不仅能完成变电站电缆沟的日常巡视工作，还能为运维人员提供电缆运行备查视频资料，从而更清晰地观察到电缆设备的实际状况。

新型电缆沟巡检机器人按模块进行分解如图1所示。

图1

其中，控制模块相当于机器人的大脑，选择可自行编程、代码开源的树莓派主板，并对主板的外壳进行设计安装。传感器模块主要对机器人的摄像头进行选择，红外高清夜视摄像头可以清晰地看到电缆沟内电缆的情况，驱动模块采用具有良好的越障性能和环境适应性的履带式车架，可以适应各种崎岖的地形。

在冬季，为了提高机器人本体及控制器的外界环境温度，解决低温下可能出现的机器人控制系统死机或开启时间长等问题，在锂电池供电模块里，应用保温材料（防潮）构建保温层。

1.2新型电缆沟巡检机器人巡检流程图

为了方便运维人员遥控操作机器人的巡视路线，根据现场实际条件设计机器人巡检流程图如图2所示

图2机器人巡检流程图

通过控制指令，运维人员遥控实现车体运动、自助充电和电缆绝缘检测等功能，将采集到的图像、视频等存储在数据库中，保证机器人本体、监控后台、远程集控系统技术指标合格率达到100%，对监测点跟踪检测，确保监测点图像清晰，识别精度控制在3%以内，在保证巡视内容的前提下，解决机器人充电时间长，巡检耗时长等不足，机器人对告警信息和异常数据进行分析判断，巡视过程中出现的可疑点，通过报警系统通知运维人员。

2专用零件制作

1）红外高清夜视摄像头

摄像头视场角为60度，传感器最佳像素1080p，有2个螺孔用于固定支撑。通过安装红外高清夜视摄像头，机器人在电缆沟进行白天和夜间巡视试验。

2）独立主板

它是一款基于ARM的微型电脑主板，可连接键盘、鼠标和网线，同时拥有视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口，以上部件全部整合在一张仅比信用卡稍大的主板上，对主板写入定点定位、红外测温、声光驱鼠等程序，实现机器人日常巡视控制。小组成员杨博宇编写程序，写入主板，并进行摄像头转动试验。

3）电池封闭舱的设计

在冬季，为了提高机器人本体及控制器的外界环境温度，解决低温下可能出现的机器人控制系统死机或开启时间长等问题，在锂电池供电模块里，小组成员应用价格低、无损安装、易拆装的铝箔保温材料（防潮）构建保温层，如下图所示。电池保温层的设计，提高了机器人的耐寒性能，在寒冷的冬季，电池温度下降的更慢、更少，电池工作过程中发出的热量也可以更多的被保留。

3现场试验

电缆隧道巡视车的重量约1.1KG，长度约270mm，宽度约为210mm（宽度可调），高约为90mm，载重约5KG，运行速度是0.6m/s。

通过现场试验，新型电缆沟巡检机器人巡视仅需30分钟，有效缩短了电缆故障排查时间，从而极大地提升了电缆沟的巡视质量，下午13时至17时电缆沟巡检机器人巡视试验结果如图3所示

左侧巡视图前方巡视图

图3机器人巡视视频截图

由图可知，机器人可实时监测电缆沟内环境，每一小时采集一次温度数据，效果检查表明，红外热成像仪测温误差在允许范围内。机器人各部分连接正常，可以完成电缆沟的日常巡视，运维人员根据音频信息查看电缆是否有破损、短路打火等危险情况发生。

通过控制指令，遥控实现车体运动、自助充电和电缆绝缘检测等功能，将采集到的图像、视频等存储在数据库中，保证机器人本体、监控后台、远程集控系统技术指标合格率达到100%，对监测点跟踪检测，确保监测点图像清晰，识别精度控制在3%以内，在保证巡视内容的前提下，解决机器人充电时间长，巡检耗时长等不足，机器人对告警信息和异常数据进行分析判断，巡视过程中出现可疑点，通过报警系统通知运维人员。

4总结

新型电缆沟巡检机器人的使用，极大地提高了变电站电力自动化水平，推动电缆巡检的无纸化和信息化，切实提高巡检工作效率和质量，降低人员劳动强度和工作风险。同时，减少电缆沟盖板损坏的维护费用，提高检测效率，节省人工巡检成本，解决了对地下电缆检测需求量大且人力成本高的实际问题。

参考文献：

[1]鲁守银钱庆林张斌等，变电站巡检机器人的研制[J]电力系统自动化，2006，30（13）：94-98