提升变电站机器人巡视作业率的方案探究

提升变电站机器人巡视作业率的方案探究

延建志

国网山西省电力公司晋城供电公司 山西省晋城市 048000

摘要：现如今，智能机器人越来越多地运用到变电站巡视工作中。从变电站运行维护角度出发，针对导致机器人停止作业的各项因素进行分析，重点针对各类场地因素，根据变电站内机器人巡视路线的拓扑结构选择备选巡视路线，并编制算法与程序模块，设计合理的方案实施，最终实现机器人巡视作业率的提升。

关键词：机器人;变电运维;巡视作业率

引言

变电站智能巡检机器人主要应用于室外变电站(也可应用于换流站，以下统称变电站)，可对站内变电设备开展红外测温、表计读数、分合执行机构识别及异常状态报警等功能，并提供巡检数据的实时上传和数据分析、信息显示和报表自动生成等后台功能，具有巡检效率高、雨雪等恶劣环境下可开展巡检等优点，有效提高了变电站设备运行可靠性，是今后智能变电站运维技术发展的重点方向之一。

1问题分析

1.1调查统计

为了深入研究导致机器人停止巡视作业的原因，调查统计了某地区20座机器人变电站2018年发生的各类机器人停止巡视作业问题，并归纳分类。

1.2原因分析

根据调查统计结果，导致机器人停止巡视作业的因素大致可以分为各类场地因素和机器人各类故障因素。

根据统计数据，机器人各类故障因素导致的机器人停止作业占比总停止作业次数的41 %，这一数据与机器人的质量、性能直接相关。各类故障因素导致的机器人停止作业具有偶发性，需要运维人员在故障发生时第一时间联系厂家，厂家人员第一时间赶赴现场，针对性地找出故障原因，并进行专业测试、调试及维修，必要时还需要更换零部件。围绕巡视机器人发生的各类故障问题，机器人厂家一直在改进中，目前随着机器人巡视技术越来越成熟，巡视机器人故障率呈现逐年下降趋势。

2变电站巡检机器人巡检系统构成及功能需求

2.1巡检系统构成

变电站巡检机器人巡检系统通常包括机器人分系统、任务荷载分系统和综合保障分系统三个部分。机器人分系统包括机器人平台、通讯系统和监控后台系统。其中机器人平台包括机器人设备本体和导航控制系统，通讯系统包括数据传输和图像传输系统，监控后台系统包括实时状态控制系统、巡检任务管理和各项功能检测等软硬件。

任务载荷分系统包括任务设备和地面显控单元。其中，任务设备可多样化，标配可见光摄像机、红外热成像仪和声音采集，可灵活选配超声、局放、紫外等检测设备。

综合保障分系统一般包括供电设备、动力供给、专用工具、备品备件等。一般在巡检的变电站配置专用的自主充电室，机器人具备自主充电功能，电池电量不足时能够自动返回充电室，能够与充电室内充电设备配合完成自主充电。

2.2功能需求

变电站巡检机器人巡检系统具备自主行走和悬停等运动功能，搭载有可见光、红外等检测设备，主要用于对站内的变压器、互感器、断路器、隔离开关等本体设备的外观、各个部件和接头、各种表计、分合执行机构等进行巡视检测;亦可根据故障信息，开展故障点及其他异常情况查找等工作。

针对变电站巡检机器人的应用需求和应用场景，根据是否配备有远程集控后台，变电站机器人巡检系统又可分为单站型和多站型。其中，单站型机器人巡检系统因不具有远程集控系统，主要在站内单台使用，一般一台机器人只在一个站工作，不便于移动，不能覆盖多个站，无法集中使用和控制，使用效率不高，不能充分发挥机器人的巡检作用。多站型机器人巡检系统配置有远程集控后台系统，一台远程集控后台可控制多台本地监控后台，相应地可控制一台巡检机器人在多个站内使用，主要用于从运维人员驻地对无人值守变电站智能机器人运行状态和巡视结果的远程浏览、远程控制。

3提升方案及实施

3.1机器人避障绕行程序模块编写及测试

根据备选巡视路线方案与导航点点位表，制定机器人避障绕行程序的算法流程图，并根据算法流程图编写程序。

一座220 kV变电站的机器人巡视路线由上千个导航点组成。当机器人激光传感系统检测到道路前方障碍物或由于道旁遮挡无法判断导航方向时，机器人根据当前导航点所在位置选择绕行方案，如果遇故障时位于环形拓扑结构上，机器人计算所在环形拓扑结构路径实际长度，选择长度最短的环形路径，掉头沿此环形路径行驶。在环形路径上的巡视任务完成后，自动返回上一拓扑结点，继续巡视；如果遇障时位于树枝状结构上，机器人自动返回上一拓扑结点，继续巡视任务。

现场设置障碍物，测试改进算法程序后的机器人遇障反应，可以看到机器人在安全围栏面前停止移动，并原路返回。

3.2备选巡视路线确定

后续场地维护当机器人激光传感系统检测到道路前方障碍物或由于道旁遮挡无法判断导航方向时，机器人会启动拍照功能记录当前所在位置的影像并返回后台。变电站运维人员在交接班前检查机器人后台，针对机器人返回的巡视路线上存在的各种场地问题，分别开展场地维护工作。

3.2.1围栏等安全措施

当场地上正在进行设备检修、改造工作，尤其是大型综合检修等工期较长的工程时，会有安全措施阻断机器人行驶道路。运维人员需要根据工作计划调整机器人巡视路线，从而使巡视路径最优化。

3.2.2道旁新增设备

当道路旁出现新增设备，而机器人厂家维护人员未及时更新机器人导航地图数据，从而导致机器人在新环境中无法确定前进方向时，机器人运维人员及时通知厂家维护人员，对新增设备位置进行导航地图扫描工作，并将后台原有导航地图数据更新。

3.2.3道路旁草丛过高

当道路旁草丛过高，变电站运维人员及时通知相关人员清除或修剪道旁过高草丛，并检查变电站其他道旁草坪情况，对过高的草丛全面整治。

4新功能的开发

4.1红外设备测温

红外设备测温是变电运维工作发现设备缺陷隐患的一个重要手段，常用来监测设备的温度，跟踪带电运行的缺陷设备的缺陷发展情况。常规机器人的巡视在红外测温数据采集方面做的比较成熟，但其在数据处理方面仅对三相设备同一部位的温差进行了分析，数据分析不够全面，在发现异常时需要人工进行复测和干预。而改进型机器人仍采用原红外测温硬件平台，从数据处理能力方面入手，结合环境温度、湿度、发热设备的负荷大小、采用温升分析、同类或三相设备温升对比、历史趋势分析等手段，对设备温度数据进行智能分析和诊断，实现对设备故障的判别和自动报警，为检修提供有力的检修依据

4.2二次设备巡视

本次对机器人功能的拓展开发包括了二次设备的巡视，利用高清相机对二次设备状态进行拍摄，进而对图片中压板和切换开关的位置进行辨识，与数据库中设备状态进行比对，进而分析二次设备状态进行分析，同时对告警信号指示灯的状态进行分析，一旦出现异常告警或状态不一致情况及时告知监控后台引起值班员注意。

结语

为提升机器人巡视作业率，调查统计了导致机器人停止巡视作业的各项因素，并通过归纳分类，将因素分为场地因素和机器人故障因素。根据机器人导航原理，结合巡视路线拓扑结构，编写机器人避障绕行程序模块，让机器人遇到障碍物后沿备选巡视路线执行任务，消除场地因素导致的机器人停止作业情况，并结合后续的场地维护工作进一步优化，提升了机器人巡视作业率。

参考文献

[1]徐庆峰，夏石伟，何碧静．变电站智能巡视机器人系统的运维分析[J]．浙江电力，2014，36(5)：30-32.

[2]胡冬良，丁敬，黄继荣，等．智能巡检机器人在变电运维工作中的改进及应用[J]．浙江电力，2017，36(8)：29-34.

[3]鲁守银，苏建军．机器人在变电站设备巡检中的应用[J]．机器人技术与应用，2007，(5):33-35．