电力智能巡检机器人研究综述

电力智能巡检机器人研究综述

王景阳

吉林省等希科技有限公司 吉林长春 130000

摘要：电力智能巡检机器人搭载高清可见光相机，红外热成像仪、拾音设备等智能化检测装置以及智能分析算法软件，完成全天候数据快速采集、实时信息传输、智能分析预警到快速决策反馈的管控闭环，从而代替人工巡检实现电力设备状态的自动检测和智能分析，提高了电网和电力设备运行的可靠性。使用电力智能巡检机器人是电网智能化得以实现的重要手段，是智能电网未来发展的重要方向。文中针对目前国内外研究现状和不足，分别从电力智能巡检机器人的主要技术、前沿科技、功能定位及标准体系等方面展开讨论，对电力智能巡检机器人研究现状进行了综述性探讨。

关键词：电力智能；巡检；机器人

引言

伴随经济发展和人民生活水平的提高，社会用电量不断提升，对电网运行稳定性提出更高挑战，变电、输电、配电等电力系统各环节的巡检需求进一步提高。目前电力公司仍主要采用传统的人工巡检方式，即利用看、听、闻等感知手段，对电力设备运行状态进行查验和记录，此种方式存在着人力成本高、巡检手段单一、巡检数据主观性强、受天气影响大、数据管理分散等问题，逐渐无法满足准确、实时、高频率的电力设备巡检需求。我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的重要任务。从工业发展历程看，生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升，使用机械、自动化技术代替人力成为巡检管理的必然趋势。

1电力智能巡检机器人国内外市场总体情况分析

1.1国内市场情况

按2015年国家电网和南方电网的规划，未来5年，原有枢纽及中心变电站智能化改造率将达100%，有约两万座110kV及以上的传统变电站将要进行智能化改造，同时新建智能化变电站数量达到1.5万座。根据国家电网的统计，2016年底应用于国网35kV及以上变电站的智能巡检机器人数量共计893台，这一数量远未达到市场饱和的程度。2017至2020年间，仅考虑此3.5万座智能变电站中有15%-20%需配置智能巡检机器人，运行模式以一机三站为例，单套机器人系统价格约为100万元，则未来三年中变电站机器人将有17.5亿元-23.3亿元的市场容量。中长期来看，我国的变电站巡检机器人潜在市场规模接近123.3亿元。具有较大的市场空间。室内机器人主要应用于开关站内。根据统计，一般一个地级市配电站数量从500座至5,000座不等，直辖市、省会城市、经济发达城市数量较多。根据各地区用电量不同及电网建设情况不同，按平均每个地级市1,000座配电站估计，全国297个地级以上城市（含4个直辖市）大约拥有配电站30万座。另根据国家能源局公布的《配电网建设改造行动计划（2015-2020年）》，我国将会加速发展智能电网的建设，预计对于电力智能巡检机器人的需求超过5万台。

1.2国外市场情况

此外，国内电力企业积极参与国际合作与“走出去”战略。随着智能电网建设的全面铺开，各类人工智能设备的需求潜力不断增长，智能巡检机器人也由此迎来了发展提速期。除了在国内市场获得快速发展外，随着我国电力企业海外业务拓展和中东欧等国加快智能电网建设，随着“一带一路”“中国制造2025”等国家战略深入实施，特别是特高压和各级电网快速发展，电力机器人产业凭借高科技、智能化、先进性等独特优势，将迎来新的发展机遇和更为广阔的发展空间。我国智能巡检机器人有望在海外市场也获取积极态势。

2电力智能巡检机器人的主要技术和前沿科技

2.1图像识别

电力智能巡检机器人搭载高清可见光相机，拍摄设备图像，利用图像识别技术完成设备运行状态的自主识别与判断。主要识别类型包括：表计读数、指示灯状态、机械指示状态、开关位置等。电力巡检机器人搭载的识别技术：1）基于局部特征匹配的数字表自动定位识别技术使用Canny算法提取图像中数字表边缘，采用surf特征算法，匹配查找与数字表区域模板特征相似的区域，利用数字模板图像库进行SVM分类训练，将采集到的数字特征与其匹配，输出准确的识别结果。2）基于虚拟线段判定的阀门分合指示识别技术采用了基于模版图像特征匹配的ROI提取方法，获得刀闸在图像中的具体位置，然后利用刀闸的线状特征，基于Hough变换，判断刀闸的分合状态。该技术可实现阀门分合指示的位置判断及颜色判断，通过计算机图像图形学技术构造出以阀门把手为指针的虚拟表盘的图形模型，后通过图像处理手段对原始图像进行感兴趣区域切割，后通过相关直线线段检测技术对把手位置进行判定，对照其在虚拟表盘中的角度，可以判定此阀门开关的状态信息。

2.2红外热成像

电力巡检机器人搭载红外热成像仪，拍摄设备的红外图像，并自主获取设备实时温度。红外图像温度识别技术目前已较为成熟，即根据物体的红外辐射强度判断其温度高低，各厂家采用的识别技术基本一致。设备方面。通常分为制冷焦平面热像仪和非制冷焦平面热像仪，主流厂家采用非制冷焦平面热像仪，相比于制冷焦平面热像仪，具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、维护方便、灵敏度高等优点。

2.3定位导航

目前移动巡检机器人采用的定位导航技术主要有磁导航技术、轨道导航技术、惯性导航技术、GPS导航技术、以及SLAM导航技术。磁导航技术需在路面铺设导航磁轨道，利用机器人搭载的磁导航传感器感应轨道位置，实现机器人沿轨道的自主行走。磁导航技术由于需要铺设磁轨道，前期基建工序复杂、建设成本较高；且由于磁轨道暴露在路面，受曝晒、雨淋等影响，易产生损坏、脱落、失磁等问题，通常1-2年即需对部分轨道进行更换，维护复杂、维护成本高。轨道导航技术及利用预先吊装或预埋的轨道，结合磁钢片/二维码等特征标识点，实现机器人的沿轨道行走和定点检测；此种方法定位精度相对较高，适用于室内环境巡检机器人的导航。对于变电站等室外场景而言，由于面积大、环境复杂，轨道无法吊装等问题，轨道导航方式不适用。惯性导航利用机器人搭载的IMU等惯性测量装置，根据测量加速度、角速度等数据，获取机器人的位姿和速度信息，从而实现对机器人的定位导航；此种方法由于测量装置本身测量误差以及打滑、颠簸等外界因素，导致每次测量均会存在一定的定位误差，机器人行走一段距离后会产生较大的累计误差，从而使得导航偏移。GPS导航技术利用GPS卫星，对机器人位置进行定位；一方面，此种方法定位精度通常为米级，即便是差分GPS方式定位精度通常也在10厘米级，无法满足定点精确测量的需求；另一方面，电力设备的电磁扰动会对GPS信号产生影响，严重制约了其导航可靠性。

结语

我国目前正从劳动密集型向现代化制造业方向发展，振兴制造业、实现工业化是我国经济发展的主要任务。从工业发展历程看，生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革。随着国民经济的快速发展以及生产技术的不断进步和劳动力成本的不断上升，如何进一步提高生产率、提高产品质量、降低劳动强度、改善劳动条件已经成为企业不得不考虑的问题。

参考文献

[1]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.

[2]葛青青.多站式智能巡检机器人在丽水电网的应用研究[D].华北电力大学(北京),2017.

[3]马一鸣.智能巡检机器人在无人值守变电站的应用[D].华北电力大学(北京),2017.