移动机器人在高压变电站中的应用

移动机器人在高压变电站中的应用

蔡汝亮

广东金玻智能装备有限公司广东佛山528322

摘要：随着计算机技术和自动化技术的发展，利用变电站巡检机器人对变电站设备进行巡检成为推进少人或无人智能变电站进程的重要手段，利用移动机器人对变电站设备巡检已成为电力公司和科研单位的研究热点。

关键词：移动机器人；高压变电站；应用

前言

利用移动机器人在高压变电站对变电站设备进行巡检维任务，是变电站巡检的一种技术手段，是智能电网发展的方向，也是电特种机器人研究的新应用领域。解决了人工巡检方式效率低、危险性高、可靠性差等难题，进一步提高了巡检效率、巡检精度和可靠性，大限度提高了变电站的智能化和安全性。

1巡检机器人系统架构

智能巡检机器人采用完整而复杂的非接触式检测体系架构工作方式，能够为变电站的安全、稳定运行发挥重要作用。为实现变电站设备的全面巡检，巡检机器人在系统架构方面通常可以分为移动检测系统层、无线传输层、客户端接收层3个层次。其中，移动检测系统层由巡检机器人本体、无线通信收发系统组成，其主要功能是实现对设备状态信息的采集和控制信息的收发；网络传输层由以太网和无线传输设备组成，其主要功能是传输控制指令和图像信息；客户端接收层由无线传输设备和上位机软件系统组成，其主要功能是对机器人采集的设备状态信息进行处理、识别、发出预警并存储信息。依据不同的行进方式，变电站巡检机器人可分为3类，第一类变电站智能巡检机器人也是最早出现的巡检机器人，采用铺设固定轨道的方式，利用在变电站铺设特定的巡检轨道，巡检机器人携带可见光摄像机（CCD）和红外热像仪沿固定轨道运行，对轨道途经的一次设备进行巡检。这种巡检方式能够准确地按照铺设轨道行进并进行设备检测，且具有较高的安全性和可靠性。但由于变电站内环境较为复杂，额外的轨道铺设和轨道维护给工作人员带来不便，在设备的全面巡检方面也存在着先天的不足。随着自主导航技术的发展，在第一类轨道机器人的基础上，发展出了轮式驱动的轮式机器人，包括两轮驱动和四轮驱动行进方式的巡检机器人。相对于轨道式巡检机器人，轮式机器人巡检路线更加灵活，对特定的电力设备可以选用最优路径巡检方案，但这种机器人要求更可靠的通讯方式和数据传输方式，在变电站强电磁环境下，保障通信可靠成为该类机器人需要解决的关键问题。在轮式机器人发展过程中，为解决野外复杂地面环境中机器人的行进问题，又发展出了履带式底盘的巡检机器人，使其具备更强的越障和防滑能力，履带式机器人优良的驱动性能可以更好地适应北方某些积雪过厚和地形险峻的变电站环境，促进了巡检机器人大范围的推广应用。

2变电站巡检机器人的关键技术

2.1机器人的导航控制技术

移动机器人的导航控制技术有很多种，如SLAM导航技术、视觉导航技术、磁轨道导航技术、GPS导航技术以及激光反射光导航技术等。（1）SLAM导航技术，它主要应用在军事领域中，用于即时定位和构建地图，近几年已经逐步向机器人领域靠拢。这项技术对环境的适应能力极强、导航的精准度也非常高，在智能机器人和无人驾驶汽车的导航定位中应用较多。缺点是造价太高，对电子地图的精确度要求较高。（2）视觉导航，它是让视觉图像通过移动摄像机进行监视和识别，在机器人的实际位置被关联好的基础上完成自主导航的定位。优点是可以获取大量的信息，成本低；缺点是有大量的图像要处理，并且需要计算，容易受到环境的影响，如光照、烟雾等因素，在和其他导航技术的融合中使用较多。（3）磁轨道导航技术，在早期变电站中，这种方式使用得比较多。精确导航定位可以通过靠在地面的预埋磁条和RFID标签实现。优点是定位精准度高、技术相对比较成熟；缺点是移动路径单一、不够灵活，后期维护和扩展工作的工作量大。（4）GPS导航技术。这种技术的应用范围较广，在机器人导航中，往往会将GPS导航技术进行拆分，缺点是定位精准度低，受卫星信号的影响特别大。（5）激光反射光导航技术。它利用激光对周边环境进行扫描，利用反射光的接收时间计算和推算物体和机器人中间的距离，并进行导航定位。优点是距离的分辨率高、平行性能好；缺点是测距的范围受限制、环境的干扰。

2.2机器人的无线通信网络

机器人的无线通信网络包括以下几种：（1）UWB，它应用的是无载波通信技术，发射功率很低，但是通信的安全性很高，带宽也是高量级的。缺点是传输距离短，终端支持也很少，在移动机器人室内定位应用较多。（2）Li-Fi技术。它的数据传输方式不是靠无线电波作为载体传输，而是靠光谱。优点是非常绿色环保，保密性也较高，不占用无线电频带资源。不过这个技术现在还在研究中，还没有进行正式的应用和推广。（3）WiFi技术。它是短距离的无线载波通信技术，优点是传输速率快、覆盖范围很广，支持无线桥接；缺点是运行功耗消耗太快。

2.3机器人的移动机构

机器人的移动机构包括以下几种：（1）固定轨道式机构。它可以让移动机器人依靠轨道的滑行运行，优点是能够精准地进行定位，多维度的移动能力，空间移动范围较广，环境适应性较强；缺点是灵活性有待提高，运行路径单一。（2）轮式机构。它在日常交通中的应用是最广泛的，优点是结构简单、机动灵活、控制也很方便。它的传动效率很好，但是对地形的适应能力有待提高。（3）仿生腿式机构。它的研究在最近几年非常热门，它是依照多自由度的放生结构让其对地形环境的适应能力更强，使运动更加灵活，可以早日实现非结构地形中的自主移动。而现阶段，由于受到技术水平的限制，目前仿生腿式机构仍存在很多技术难题，商业化的应用推广还无法实现。（4）履带式机构，它在工业机械中的应用非常多，优点是地面附着能力强、越障能力强、运动比较平稳等；缺点是结构比较复杂、体积大不容易转弯、机动性能有待提高。

3巡检机器人技术的应用方向

巡检机器人技术的应用方向有以下几个方面。1）换流站内各一次设备，交流场部分依旧使用变电站内配置方案。直流换流阀厅：因为日常的巡检位置和设备的布置都高一些，这就可以使用固定轨道机器人进行智能的巡检工作；阀厅墙壁过后，方便敷设固定轨道，其他现有的业务也不会受到影响，能正常运行；像阀厅里巡检机器人到不了的地方可以使用固定红外传感器等进行覆盖补充。2）变电站或换流站内各室内二次设备。应用天花板吊顶固定滑道，将可伸缩式的红外或可见光传感器配置好，这样可以实现液晶屏参数、表计识别等功能。3）变电站内各室外一次设备。结合轮式机构的灵活性，给设备专用机器人设置一次巡检通道，再通过机器人搭载的传感器设备，如感烟器、红外和可见光等，完成智能化的巡检作业。

结束语

综上所述，巡检机器人在变电站的实际应用会随着机器人技术的不断发展而更加成熟。但是，目前巡检机器人的设计中还有一些不足，如综合诊断的分析能力和模式的识别算法都需要进一步加强，变电站早期的设备也是按照传统的模式布置的，没有考虑机器人巡检的需求，在以后的发展中，要对这些问题进行重点研究。

参考文献

[1]周立辉，张永生，孙勇，等.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化，2017，35（19）：85-88.

[2]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（1）：30-34.