巡检机器人在无人值守变电站的应用探究张培荣

巡检机器人在无人值守变电站的应用探究张培荣

张培荣苏克平

（东方电子股份有限公司山东烟台264000）

摘要：对变电站电力设备进行巡检是值班人员每天必须进行的工作。由于工作量大，工作人员的技术水平参差不齐，再加之部分值班人员缺乏责任心，变电站的日常巡检维护工作得不到有效保证，设备异常时有发生若不能及时发现和处理，将会带来严重的损失。为了保障变电站设备的安全稳定运行，无人值守变电站开始启用智能巡检机器人代替人工巡检，。本文将针对无人值守变电站智能巡检机器人的应用进行探讨。

关键词：无人值班；变电站；巡检机器人；研究

引言：变电站设备一旦发生事故，将会给企业生产和人民生活带来很大麻烦。因此需要对变电站进行巡检，及时发现问题并快速解决，来保证电力系统的正常运行。变电站巡检机器人的应用，在确保变电站的稳定运行方面起到了重要作用。

1无人值守变电站配置巡检机器人的必要性

随着电力系统自动化水平的提高，变电站电气信号的获取可以利用多种自动化设备和技术来获得，例如监视控制、数据采集系统以及继电保护等。如今的变电站也实现了遥控、遥测、遥信等功能，可以实现少人和无人值班，但是无人值班变电站也存在一系列的问题，甚至影响变电站的安全运行。其主要问题有四点：

变电系统中真空开关、端子漏气、避雷器漏电等造成的发热现象无法及时发现时，可能会导致安全隐患。

防盗与防卫救护问题无法得到有效解决。

（3）对主变、开关油位等部位以及设备外部的具体状况难以进行及时和详细的了解。

（4）当遇到较大的风、雨、雪等恶劣天气时，变电设备很容易受到破坏，如果在无人值班的情况下，就难以及时进行巡检，设备故障等问题难以得到有效处理，将危及变电站安全。

由此可见，变电站的巡检工作十分重要，是变电站正常安全生产和运行的重要保证。在传统情况下，需要巡检人员每天定时对各个变电站进行巡查或者定期巡查，并采集相关数据和信息，及时发现存在的问题并解决。但依靠人工来开展巡检工作，不仅会浪费大量的人力资源，同时重复性的巡检工作也会导致巡检人员产生厌烦情绪，出现对工作不负责的情况，例如没有进行实际的巡检工作就进行填写巡检报表等。变电站智能机器人的应用使这一问题得以解决，其配置灵活、技术先进、功能多样，为变电站的安全运行提供了保障。无人值守变电站的巡检机器人能够实现对站内一次设备的红外测温和表计巡视。虽然机器人不能自主对设备外观是否损坏、设备是否遭受污染等异常情况进行判断，但是机器人在巡检过程中可以将观测到的数据及结果上传到客户端，工作人员收到数据信息之后再进行判断。在实际巡检过程中，如果有需要可以对巡检次数进行适当调整，加强重点设备的巡视，增加红外测温的次数。

2传统变电站巡检方式的缺陷

变电站传统的巡检方式是人工巡检，即在变电站工作的检修人员通过自己感官判断的同时借助相应的检测仪器排查变电站的故障。在实际工作中，他们主要进行一些简单的定性判断，例如通过感官判断设备是否正常，设备绝缘状况是否良好，在夜间观察设备是否发光、放电等。这样的判断结果必然与工作人员的专业水准、工作态度及其责任感息息相关。另外，巡检设备和记录方式的不同也会影响巡检结果的分析判断。如果判断结果中包含了很多的主观因素，则会存在很大的误差，且由于人为手工记载，会使一些故障问题记载得不够全面，从而推迟检测进度。不仅如此，传统的人工巡检还存在劳动强度大、检测质量低、工作效率低等问题。

3变电站巡检机器人的优越性

与传统的人工巡检方式相比，变电站巡检机器人将人工智能与互联网相融合，极大地推动了变电站的智能管理。除此之外，机器人的引入大大提高了变电站检测、管理的智能性和安全性，它可以解决传统人工巡检方式劳动强度大、效率低、可靠性低等一系列问题。另外，变电站巡检机器人采用六自由度机器手臂技术，可以在很大程度上减少现有变电站人工带电作业存在的安全隐患，降低由于工作人员不谨慎所引起的人身伤亡事故的可能性。变电站巡检机器人还可以完成“无轨”巡检，即巡检机器人在巡检变电站相关设备时可脱离轨道约束，将巡检范围扩大，从而大大降低了人工巡检角度所带来的误差。考虑到信息保密性能方面的要求，特在通信中端和机器人终端添加加密系统，以防变电站位置被泄露。通过加密系统可以让信息的保密性能得到质的提升。

4变电站巡检机器人的组成及其工作流程

变电站巡检机器人系统主要由4个部分构成，即监控后台、管理后台、通信中端和机器人终端。监控后台是巡检系统的数据接收、处理和展示中心，它通过图像处理和模式识别等核心技术识别出设备存在的缺陷，并及时报警。它的功能是将信息反馈给管理后台。管理后台是用户通过相关软件智能管理变电站的平台，即监控后台可以呈现出变电站巡检的检测结果，工作人员在管理后台中向机器人传递命令，然后通信中端传达到机器人终端，在机器人终端系统中执行相关命令。

图1变电站智能管理系统工作流程

通信中端采用了无线网络传输协议，它是由无线网桥基站、网络交换机和无线网桥移动站等设备组合而成的。通信中端的功能是为监控后台、管理后台与机器人终端之间的网络通信提供传输通道。机器人终端的主要组成部分是变电站智能巡控机器人固视频监测点和充电室。机器人与监控后台通过无线通信来传递信息，监控后台与固定视频监测点通过光纤通信来传递信息。充电室中安装着充电设备，机器人通过充电室完成充电，其主要工作流程如图1所示。

5机器人的主要功能

机器人在巡检中为非电气信号的采集提供了移动载体，对非电气信号的采集提供了有利条件，在机器人这一平台上装载不同的检查系统和装置来实现多种功能，例如，远程在线红外热像仪系统、声音采集处理系统以及移动物体闯入报警系统等。

5.1远程红外监测与诊断系统

此系统采用在线式红外热成像装置。该系统包括红外图像采集装置、图像处理、图像显示等模块。在进行工作时，系统可以对设备的温度进行检测，依据设定的标准温度进行判断，如果检测到设备温度超出标准温度，系统会以声音或者文本的形式将信息转递给基站。另外，通过光识别功能，还可以对一些设备的温度梯度进行判断，可以生成某一时刻或者过去某一段时间内的温度曲线，对设备的检测有重要作用。

5.2远程图像监测与诊断系统

此系统先利用基站对图像进行分析，传输分析结果或者等待进一步对图像进行确定。其具体的步骤为：系统首先对图像进行预处理，对设备进行识别，比较本次传输的图像与之前的传输图像，结合设备的对应参数，对图像进行综合分析和判断。如果设备运行正常，切换下一幅图，设备运行出现异常状况，则对上一级发出报警信号，图像也可以被调度人员远程调用，大大提高了传送效率，调度人员不需要时刻关注系统的屏幕，减小了调度人员的工作量。

5.3声音监测与诊断系统

声音检测与诊断系统主要是对变压器发出的声音进行采集并分析。声音是通过移动体携带的麦克风来进行收集的，利用无线网络将声音信息传递到基站。通过构造检测模型的方式，声音信息进行分析，进而判断变压器是否处于正常的运行状态，如果经过分析发现变压器处于异常状态，需要发出故障报警，并对故障的具体状况做进一步的确定。

5.4移动物体闯入侦测报警系统

变电巡检的一个目的是防止变电站受到外力的破坏，主要有人为破坏或者其他动物的闯入对变电站造成破坏。变电站巡检机器人的应用中，监控中心需要对环境中的可疑目标进行重点监控，并对可疑目标进行录像和报警，使目标得到操作人员的重视，也便于故障发生后，为故障的调查提供可靠的依据。该系统根据采集的视频信息以及数据，对视频中的相对运动物体进行分析，并提取运动目标区域的视频状况，以声音和文本的形式进行报警，以提示监控人员注意。并在移动目标出现时，对其进行录像。

5.5人机交互监控系统

人机交互监控系统能够对巡检机器人进行远程、实时监控和控制，人机交互监控系统主要包括以下几个方面：（1）客户端登录界面，再进行客户端登录界面设计时需要根据无人值班变电站的实际需求，对变电站巡检机器人的使用进行规范，合理设置变电站巡检机器人的权限，只有登录相应的账号才能够对机器人进行远程操作，查阅历史数据信息。（2）客户端显示界面，在进行客户端显示界面设计时，既需要考虑与windows软件的兼容性，还应该保证界面的清晰程度，因此采用模块化设计方式，主要模块包括：电子地图巡检模块、数据显示模块、系统运行模块、图像显示模块以及机器人控制模块等，进行合理的布局。（3）数据库显示界面，数据库显示界面主要包括四个部分，即测温图像显示区、数据曲线图显示区、数据库显示区以及数据库操作区，不同的显示界面具有相应的功能。（4）巡检地图显示界面，该界面的主要功能是对机器人的巡检任务点进行标识，通过对变电站的平面图进行分析，制=定科学合理的巡视路线，并且通过无线网桥对机器人的位置信息进行采集，并且通过该界面对机器人当前检测设备的情况和运行情况进行模拟。同时还具有手控巡检方式，通过双击屏幕上设备的名称或者设备，能够指挥机器人运动至该设备范围，对设备的温度进行检测。

6无人值守变电站巡检机器人工作方式的改进及管理

科学技术水平的进步使得越来越多的无人值守变电站投入运行，这也在很大程度上加大了对机器人的需求。无人值守变电站在使用机器人的过程中，需要从场地的基础设施建设，机器人现场运行调试在到机器人的稳定运行，无论哪一个环节都需要严格把关。而要想实现对各个环节的严格把控，就必须建立起科学高效的管理方法和体系。

6.1设立机器人管理岗位。

负责机器人的日常维护工作，机器人管理员必须维护好机器人的日常运行，制定好科学合理的巡检计划表，安排好机器人的巡检工作，统计和分析机器人的巡视结果，对整理出来数据结果进行归档，及时复核机器人发现的异常情况。此外，机器人管理员还应当定期对机器人进行全身检查，及时发现机器人的隐患，对机器人存在的故障或者问题及时处理，确保机器人工作的正常。

6.2建立机器人运行周报和月报制度

机器人管理员必须定期对变电站机器人巡检系统的运行情况进行总结，并且统计和分析变电站机器人巡检结果，密切关注机器人的运行状况、每周的工作情况、运行过程中出现的问题以及机器人巡检时发现的设备异常情况，然后每周将这些情况报告给机器人技术攻关人员。同时，机器人管理员还要总结本月自身的工作情况和机器人的运行情况，并制定下一阶段的工作计划，技术攻关小组的工作人员应当对机器人管理员汇报的工作情况及时进行整理，指出机器人管理员工作过程中存在的问题，并指导机器人管理员工作的改进，布置应该注意的重点工作。

6.3组织好机器人的培训工作

学习维护机器人，管理人员需要积极学习机器人的管理知识，不但要向厂家积极学习机器人的业务技能，还应当熟悉公关组下发的管理制度，同时还要担负起站内运维人员的培训工作。作为一名机器人管理员必须精通机器人的基本操作，熟悉机器人的各项功能使用，还要对基本的使用规范和注意事项进行详细了解。当然，机器人管理人员还应当对机器人所巡检的设备项目了解充分，并对检查出的故障特征及日常维护方法要有充分掌握。

6.4同厂家密切联系。

共同对巡检机器人进行维护，机器人厂家应当提供充分的技术资料，并且定期组织技术培训，使得无人变电站机器人管理员能够掌握基本的运维技能，机器人如果在运行的过程中出现了任何突发状况也要及时向厂家反映，并与厂家共同解决机器人运行过程中出现的问题。此外，厂家还需要及时对机器人管理人员反映的问题给予及时的答复，对机器人的相关软件进行升级和创新，提高机器人的产品质量。

7结束语

随着社会经济的快速发展和科学技术水平的不断提高，再加上国家对电网发展的大力支持和投入，电力网络朝着自动化方向发展，而变电站巡检方式也将完成一次伟大的革新，由传统的人工巡检逐渐向智能机器人巡检迈进。

参考文献：

[1]孙英飞，罗爱华.我国工业机器人发展研究［J］.科学技术与工程，2012，12（12）：2912-2918，3031.

[2]罗俊豪，颜雨薇.变电站自动巡检机器人系统及其关键技术［J］.电气应用，2014，33（13）：80-84.

[3]杨旭东，黄玉柱，李继刚，等.变电站巡检机器人研究现状综述［J］.山东电力技术，2015，42（01）：30-34.

[4]彭林，王绍亚.巡检机器人在无人值守变电站的应用探究［J］.电子世界，2017（01）：157，159.

[5]张伟，龚娇龙，张惠芳，等.基于视觉导航的变电站智能巡检机器人的研究[J].陕西电力，2015,43(6):63~66.

[6]王东辉，张玉亮，宋彦军.变电站智能巡检机器人的应用研究[J].电工技术：理论与实践，2015(6):128~129.

[7]毛健，王忠扬，袁发强，等.基于变电站智能巡检机器人智能移动的研究及应用[J].中国科技纵横，2015(2):36~38.