变电站机器人巡检系统研制与应用

变电站机器人巡检系统研制与应用

杨晓旭张昭高巍顾颋

（国电南瑞科技股份有限公司江苏南京211106）

摘要：近年来，随着电网智能化不断发展，强化电网安全是一项非常重要的工作。但是，由于变电站内设备众多，作业面大，变电站依靠传统的人工巡检很难做到全面监控。本文介绍了一种变电站机器人巡检系统，重点介绍了视频传输模块、智能红外测温模块及表计读数模块的功能及具体实现。现场应用表明，该系统可有效及时地发现电力设备缺陷和故障，减轻现场人员的劳动强度，具有广阔的市场推广前景。

关键词：机器人巡检；视频传输；红外测温；表计识别；图像预处理

1引言

传统的变电站巡视主要是通过人工方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查，该方式存在劳动强度大，检测质量分散，主观因素多，巡检不到位难以监控，巡检结果数字化不便等缺陷，不符合智能电网的发展方向[1]。利用智能机器人对变电站进行巡检，能够及时发现电力设备缺陷和故障，避免人工对设备缺陷错检漏检，一定程度上减轻现场运维人员劳动强度，具有广阔的发展空间和应用前景。

本文研制的机器人巡检软件系统，具备激光导航、地图导航、远程控制、无线视频传输、红外测温、历史趋势分析、在线抄表、智能分析、开关刀闸位置识别等功能，为智能变电站和传统变电站无人巡检提供了智能技术检测手段，可在变电站推广使用。

2系统结构

本文研制的变电站机器人巡检系统主要包括包括地图导航、激光定位、系统配置、视频传输、红外测温、云台控制、表计识别、噪声检测等九个模块，系统结构图如下图所示：

图1机器人巡检系统结构图

限于篇幅限制，本文设计的机器人巡检系统主要介绍了视频图像传输模块、红外智能测温模块、表计识别模块三部分。

3视频图像传输模块

变电站机器人巡检系统视频图像传输模块包括视频采集系统，视频编码模块，协议传输模块及视频解码模块，模块系统结构图如下所示：

图2视频图像传输结构图

针对不同视频厂家设备，视频采集模块使用标准RTSP协议获取视频流，经过视频编解码模块，通过RTMP服务器发布到不同平台的客户端，进行视频的展示。为解决B/S架构下面播放视频安装不同插件的弊端，本系统使用RTMP协议进行视频传输，既可以解决安装插件的弊端，实时性方面也能满足现场需求。RTMP协议使用TCP协议作为其传输层的网络协议，由于TCP协议是面向连接的，提供可靠交付的协议，因此在网络上传输时不会出现丢包情况，从而保证了用户体验（QoE）。此外RTMP协议传输的FLV封装格式支持H.264视频编码方式，可以在低码率下显示高质量画面，非常适合网络带宽不足的情况下收看流媒体[2]。本系统利用RTMP协议及其流媒体技术，可在跨操作系统（window/linux）多浏览器为电力用户提供实时在线视频直播、录像和点播及画面控制。

4红外智能测温模块

电力设备故障一般是由于过流、过载、老化、内部缺陷或其他异常导致，而这些故障常常伴有发热等现象。设备发热缺陷占整个电力设备缺陷的比例非常高，据统计约占Ⅰ类缺陷的60%，已成为影响电力设备安全运行的重要因素[3]。红外测温技术就是指依据红外线的工作原理对电力系统中各类设备运行的温度进行测量的一种技术[4]。相比于传统检测方法，红外测温可以在设备不停电、正常运行的情况下进行检测，降低了电力企业的投入成本，提高了电力设备运行安全性。红外测温技术对于快速发现电力设备的缺陷提供了一种有效的技术检测手段。红外测温技术应用于电力设备的状态检修，对于提高电力设备的经济性和可靠性，起到了积极作用。

红外测温模块构成如下图所示：

图3红外测温模块结构图

红外测温模块根据预先设定阈值，对现场测温对象手动或自动巡检，对超出温度限值的设备发出声、光、短信等多种形式告警；不但可以实时显示设备关键部位温度值，而且可以生成指定时间范围内温度历史曲线及报表，方便运行人员提前发现设备缺陷，及时进行报告维修，避免重大事故发生。

5表计识别模块

在常规变电站中，存在大量设备仪表，如压力表、油位表等，而这些仪表读数采集大多依靠人工，存在工作量大（易漏查）、读数偏差大（易误查）等缺点。随着图像处理与机器视觉技术的发展与应用，为利用仪表图像特征识别仪表读数代替人工读数提供了技术支撑[5]。本文研制的机器人巡检系统实现了变电站内多种类仪表的自动读数，包括指针仪表、数字仪表、干燥剂仪表等。

表计识别流程图如下所示：

图4表计读数流程图

下面以SF6压力表为例，介绍采用表计读数检测过程，如下图所示：

图5SF6表计读数检测过程

其中，（1）是SF6表原始采集图像，（2）是原图经过灰度处理后的图像，（3）经过高斯模糊处理，（4）图像二值化处理，（5）去除表计红色区域，（6）去除外部椭圆干扰，（7）去除内部椭圆干扰，（8）去除除指针外其它直线干扰，（9）去除起始刻度之间干扰，（10）指针细化，（11）表计读数最终结果（左上方红色数字所示）。

6结语

本文首先介绍了机器人巡检系统的整体结构，然后重点介绍了视频传输、红外测温、表计识别三个模块功能及具体实现。文章研制的机器人巡检系统已在某220kV变电站成功投运，其中表计识别准确率可达到97%以上，处理时间小于200ms，现场效果良好，具有一定的市场价值和应用推广价值。

参考文献：

[1]李颖，陈纪海，刘昊.变电站机器人巡检系统信息安全问题的研究与探讨[J].信息技术与信息化，2017，（1-2）：147-150

[2]雷霄骅，姜秀华，王彩虹.基于RTMP协议的流媒体技术的原理与应用[J].中国传媒大学学报（自然科学版），2013，20（6）：59-64.

[3]王敬国，袁训明.基于变电站设备巡检测的红外智能在线监测系统[J].电力系统通信，2012，33（239）：76

[4]吴雪.浅议红外测温技术在变电站设备巡视中的应用[J].电力建设，2015，（12）：137-138

[5]张文杰，熊庆宇等.基于视觉显著性的指针式仪表读数识别算法[J].计算机辅助设计与图形学学报，2015，12（27）：2283-2284

作者简介：

杨晓旭（1972-），男，硕士，高级工程师，研究方向为变电站自动化，张昭（1983-），男，硕士，工程师，研究方向，变电站自动化

高巍（1973-），男，大学，研究方向，变电站自动化

顾颋（1979-），男，大学，研究方向，变电站自动化