《電力現(xiàn)場的智能巡檢機器人技術調查及綜述》5800字

電力現(xiàn)場的智能巡檢機器人技術調查及綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u7592一、前言 摘要：隨著電網(wǎng)對電力系統(tǒng)、變電站的自動化、智能化、一體化的運行與維護的要求越來越高，智能機器人巡檢可以取代人工巡檢，采用自動化方式對變電站進行全覆蓋巡檢，更有效地保證設備巡視質量，提高工作效率，降低運行人員的工作強度，為無人值守變電站的推廣應用提供創(chuàng)新的技術檢測手段，進一步提高變電站巡檢的可靠性和安全性。變電站智能機器人巡檢技術的推廣范圍將逐漸覆蓋全網(wǎng)，亟需探索解決智能機器人巡檢系統(tǒng)在實際工程中的應用問題。本文將為變電站智能機器人巡檢在實際工程中的應用提供了行之有效的方法，以期為后工程的設計積累了很好的經(jīng)驗，運用到其他的項目當中，做指導作用和可靠的決策依據(jù)。關鍵詞：變電站；智能巡檢機器人；巡視質量一、前言（一）研究背景隨著科學技術的不斷發(fā)展，新技術層出不屢，對電力系統(tǒng)、變電站的自動化、智能化、一體化的運行與維護提出了更高的要求。智能機器人巡檢可以取代人工巡檢，采用自動化方式對變電站進行全覆蓋巡檢，更有效地保證設備巡視質量，提高工作效率，降低運行人員的工作強度，為無人值守變電站的推廣應用提供創(chuàng)新的技術檢測手段，進一步提高變電站巡檢的可靠性和安全性。探索智能機器人巡檢在實際工程中的應用問題，對無人值守變電站的巡檢、維護的高效、智能化有著重要意義。（二）研究意義對變電站電氣設備進行定期巡視是一項重要工作。目前國內(nèi)大多數(shù)變電站采用人工方式對設備進行巡視,但依據(jù)人、機、料、法、環(huán)五個要素分析法進行分析,可知一種智能的機器人巡檢是有一定的可行性及推廣性的。因此很有必要研究在一定程度上代替工作人員的巡檢機器人。為提升變電站人力資源管理、設備管理水平,提高變電站各項工作的智能化水平,減輕人員勞動強度,改善變電站運維模式,引入機器人巡檢系統(tǒng)進行變電站運維工作,主要應用于變電站設備巡視、紅外測溫、缺陷跟蹤、事故處理、倒閘操作等工作。研究機器人巡檢系統(tǒng)在變電運維過程中的管理思路、應用措施,探索機器人巡檢系統(tǒng)如何實際運用于具體的運維工作，實現(xiàn)替代人工工作,對無人值守變電站的巡檢、維護的高效、智能化有著重要意義。（三）研究目標隨著電網(wǎng)對電力系統(tǒng)、變電站的自動化、智能化、一體化的運行與維護的要求越來越高，變電站智能機器人巡檢技術的推廣范圍將逐漸覆蓋全網(wǎng)，亟需探索解決智能機器人巡檢系統(tǒng)在實際工程中的應用問題。二、變電站巡檢機器人實際應用現(xiàn)狀（一）現(xiàn)狀調查隨著變電站智能巡檢機器人列入重點推廣新技術目錄，變電站智能巡檢機器人在國家電網(wǎng)公司得到推廣應用，已經(jīng)在部分區(qū)域形成相對集中的用戶群，甚至在某些省份同時運行著多個廠家的多種變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)。然而，當前針對變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)的應用多為單站型使用模式、應用僅限于單個變電站內(nèi)?，F(xiàn)有建設模式容易造成信息孤島、機器人系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)信息無法有效的傳遞出去，無法真正實現(xiàn)無人值守智能變電站；同時機器人的資產(chǎn)管理歸屬、運維管理歸屬、信息服務歸屬也存在跨部門合作、共享的需求。隨著技術的推廣，南方電網(wǎng)公司也將全面推廣變電站智能機器人巡檢，目前僅500kV變電站的智能機器人巡檢基本完成部署，未來將繼續(xù)對智能機器人部署、優(yōu)化，使機器人巡檢覆蓋全網(wǎng)。故而，需探索智能機器人巡檢在實際工程中的應用問題，以尋求變電站智能機器人巡檢多功能、高效、智能的解決方案。（二）主要技術難點電力系統(tǒng)是一個綜合度高、極其復雜的系統(tǒng)，對變電站、電力系統(tǒng)的巡檢與維護也是一項十分復雜的工作，且現(xiàn)場情況復雜多變，可能發(fā)生的問題各式各樣，這對智能機器人代替人工巡檢的實現(xiàn)提出了挑戰(zhàn)。本QC項目就智能機器人在變電站巡檢的實際工程應用問題上，重點需解決以下問題：1、機器人巡檢系統(tǒng)是一個集監(jiān)控、檢測等功能高度綜合的復雜系統(tǒng)，需配套相應的設備將收集到的大量數(shù)據(jù)傳輸至后臺、乃至遠方管理系統(tǒng)，這將需要解決匯聚、傳輸所占用的通信資源問題2、變電站、電力系統(tǒng)是一個實時要求性非常高的系統(tǒng)，這就要求智能機器人能夠適應在各種環(huán)境下進行作業(yè)。這就要求給機器人配套相關續(xù)航設備、環(huán)境監(jiān)測設備及相關創(chuàng)新性檢測技術。3、智能機器人是通過網(wǎng)絡實現(xiàn)指令的控制及數(shù)據(jù)傳輸、反饋的，這就要求解決包括無線WiFi傳輸及光纖傳輸?shù)认嚓P網(wǎng)絡安全問題。4、變電站設備繁多，尤其一些特殊位置如光線不足、觀測角度刁鉆的，巡檢范圍想要達到全覆蓋，需配套設計科學的巡檢路線與觀測點。5、每個變電站內(nèi)的地理位置、地質情況不同，為配合機器人巡檢工作，仍需要根據(jù)實際情況進行站內(nèi)自動門、圍欄、道路基礎等相關土建作業(yè).三、巡檢機器人配置變電站機器人巡檢系統(tǒng)除了智能巡檢機器人以外，設計還需要考慮配套其他設備使其能夠在各種惡劣條件下進行巡檢作業(yè)，以達到代替人工，實現(xiàn)更安全、更高效、更智能地巡檢。設計時需考慮配套專門的機器人室，配套充電室、充電箱等設備，以供機器人巡檢時續(xù)航需要。需考慮配套相應的監(jiān)控系統(tǒng)、微氣象系統(tǒng)及通信設備，將收集到的數(shù)據(jù)、音頻、視頻傳輸至后臺，以實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程控制的目的。（一）配置策略根據(jù)要求，各地市局在“不跨越運維（檢）中心管轄范圍”前提下，綜合應用“一機一站”或“多機多站”布點策略開展機器人布點。1.“一機一站”策略500kV變電站和重要關鍵220kV變電站宜采用“一機一站”策略。2.“多機多站”策略除500kV變電站和重要關鍵220kV變電站外，各地市局應綜合考慮運維實際，以運維（檢）中心為單位綜合統(tǒng)籌，應用“多機多站”策略布點機器人，同步考慮其他站配套設施，保證同一運維（檢）中心范圍內(nèi)機器人巡檢系統(tǒng)的兼容性。機器人數(shù)量宜根據(jù)運維（檢）中心管轄變電站數(shù)量進行配置，具體見下表。運維（檢）中心類別管轄變電站數(shù)量（個）機器人配置數(shù)量（個）備注小型5個以下1管轄變電站數(shù)量剔除已配置“一機一站”的500kV變電站、重要關鍵220kV變電站和室內(nèi)變電站，下同中型5-10個2大型11-15個3（二）配置內(nèi)容變電站智能巡檢機器人是整個變電站巡檢系統(tǒng)系統(tǒng)的移動載體和信息采集控制載體，主要包括移動車體、移動體運動控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。變電站智能巡檢機器人利用自身攜帶的傳感器監(jiān)控變電站智能巡檢機器人自身的工作狀態(tài)信息，并完成對工作現(xiàn)場相關數(shù)據(jù)的采集，完成相關數(shù)據(jù)的分析和整理；接收監(jiān)控中心下發(fā)的控制命令并執(zhí)行，同時將變電站智能巡檢機器人的狀態(tài)信息和現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)整體分為三層：集控層、基站層和終端層：1、智能機器人本體配置機器人1臺，相應需預制機器人室1間，充電箱1個，供機器人存放及充電續(xù)航。主要設備配置清單：1變電站智能巡檢機器人LER-3000A1臺2變電站智能巡檢機器人充電室（預制型）1間3充電箱1個4電源轉換版1塊5空調1臺2、監(jiān)控系統(tǒng)配置本地監(jiān)控后臺1套，含電腦主機1臺、監(jiān)控軟件1套、顯示器1臺、接入路由器1臺、音響1套、無線網(wǎng)橋1套等，主要配置清單如下：1后臺主機1臺2顯示器1臺3音響1套4麥克風1個5無線網(wǎng)橋1臺6路由器1臺7NVR2t硬盤1個3、微氣象系統(tǒng)微氣象系統(tǒng)主要由通訊天線及各種傳感器組成，用來監(jiān)測實時的氣象狀況，采集現(xiàn)場的環(huán)境信息，主要是溫濕度、風速等。需配置極化天線2個、饋線天線2個、溫濕度變送器1個、風速智能傳感器1個等，主要配置清單如下：1垂直極化玻璃鋼全向天線（帶固定件）2個2天線饋線2個3R232-485串口轉換器1個4溫濕度變送器1個5風速智能傳感器1個6電源轉換板防水盒1個7風速、溫濕度傳感器支架1個4、通信系統(tǒng)需將數(shù)據(jù)傳輸至遠程終端，需配置萬兆交換機1臺，以太網(wǎng)光接口模塊等，主要配置清單如下：1三層萬兆低端交換機4萬兆光48千兆電設備主機固定式或模塊化交換機主機，含軟件，4萬兆光口、48千兆電口，支持三層路由功能，雙電源（直流供電）。1臺2防火墻機器人數(shù)據(jù)經(jīng)后臺傳輸至遠方時，需經(jīng)過防火墻1臺3尾纖條4千兆以太網(wǎng)光接口模塊（標準SFP接口）單模短距(小于10kM),(數(shù)量1個)塊5超五類雙絞線超五類雙絞線，40米/條條6業(yè)務接入30M以太網(wǎng)業(yè)務條7阻燃型全塑軟管?32，保護尾纖及網(wǎng)線用米5、其他配件配置為配合變電站智能機器人巡檢，除了上述幾大系統(tǒng)以外，仍需根據(jù)現(xiàn)場情況配套一些小配件，以幫助機器人更好地完成巡檢任務。如一些儀表安裝的位置比較特殊，機器人無法靈活地進入讀取數(shù)據(jù)，需在適當?shù)奈恢冒惭b反光鏡，通過反光鏡來讀取儀表數(shù)據(jù)。再如由于變電站運行年限較久，部分開關設備的觀察窗的玻璃老化導致難以清晰觀察，需配套更換相應的觀察窗玻璃。本節(jié)關于變電站智能機器人巡檢的配置是以一個常規(guī)變電站為模型提出的參考配置方案，智能機器人巡檢系統(tǒng)是一個復雜、綜合的系統(tǒng)，在實際應用中仍需要根據(jù)現(xiàn)場情況進行一些細節(jié)上的調整，從而更好地配合機器人的巡檢工作。結論：非要因（三）配置效果結論：非要因1.實施前：在增加智能機器人巡檢之前，變電站內(nèi)的巡檢工作一直由人工執(zhí)行。（1）對于日常巡檢、特巡、夜巡管理上，無法確保巡檢值班人員確實到達現(xiàn)場并按預定標準操作，存在人員可以隨意填寫記錄的漏洞;（2）表格記錄的信息容量有限，無法全面記錄設備的狀態(tài);（3）缺乏針對每個變電站具體設備的巡檢細節(jié)標準和操作規(guī)范的現(xiàn)場查詢手段;（4）表格記錄的信息不便于統(tǒng)計查詢，無法直接將巡檢缺陷直接與MIS接口，進入缺陷管理流程，不易于統(tǒng)計各設備的歷史狀態(tài)變化，為設備檢修服務;（5）不便于領導對變電站設備巡檢工作的直觀及時的管理。2.實施后： 配置智能機器人，由機器人代替人工進行巡檢工作。實現(xiàn)電力設備電力設備巡檢管理的實時化、科學化，提高維護管理水平及工作效率;通過使用網(wǎng)絡將巡檢數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)窖矙z管理部門。通過對巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯總和分析，及時發(fā)現(xiàn)電力設備線路中的故障隱患。科學的管理和安排巡檢人員的巡檢工作。為巡檢維護管理工作提供一種科學有效的手段。工程完成實施后能夠更有效地保證設備巡視質量，及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷，提高工作效率，降低運行人員的工作強度，為無人值守變電站的推廣應用提供創(chuàng)新的技術檢測手段，進一步提高變電站巡檢的可靠性和安全性，為變電站設備運行情況提供可靠依據(jù)。結論：非要因四、配置維護結論：非要因（一）實際應用中遇到的相關問題及處理辦法問題1：巡視任務預先設定好后，中途可否跳項？處理辦法1：巡檢機器人支持該功能，一般一個500kV變電站為多個巡檢任務，巡檢機器人可以以定時自動開啟和人工開啟等模式啟動巡檢任務，若巡檢機器人在執(zhí)行巡檢任務一途中，我們需要機器人立即停止任務一執(zhí)行任務二，只要通過巡檢機器人后臺控制系統(tǒng)，點擊停止任務一，啟動任務二巡檢機器人即跳至執(zhí)行巡檢任務二。問題2：遇到障礙物可否繞開，可否后臺遙控機器人繞開障礙物，可否自己選擇變換路徑？處理辦法2：當巡檢機器人遇到障礙物時會在距離障礙物20cm處停止，并在機器人本體和機器人控制后臺發(fā)出存在障礙物請避讓的提示音，完全可以通過后臺遙控巡檢機器人避開障礙物（對巡檢機器人人工控制是最高控制邏輯），在軟件功能上可以實現(xiàn)讓巡檢機器人遇到障礙物進行變換路徑通過。問題3：報告能否做到邊巡視邊出報告，不用等到巡視完才統(tǒng)一出？處理辦法3：巡檢機器人的檢測數(shù)據(jù)是實時傳輸?shù)脑跈C器人巡檢中后臺除了實時傳輸巡檢機器人的紅外和可見光圖像外，巡檢數(shù)據(jù)值（包括紅外溫度數(shù)值和可見光表記讀數(shù)數(shù)值）都是實時在監(jiān)控后臺顯示的，并且若巡檢設備存在異常，巡檢機器人會立即發(fā)出報警。問題4：后臺的監(jiān)控圖需要實時看到機器人的巡視位置處理辦法4：巡檢機器人后臺監(jiān)控圖像可以實時顯示巡檢機器人的位置。問題5：可見光的對焦速度要快（現(xiàn)在存在對焦慢的缺陷）處理辦法5：可見光對焦一般采用自動對焦和定焦檢測兩種方式，自動對焦方式需要攝像機對檢測設備自動尋找最佳檢測焦距，需要攝像機從1.0倍開始一直到調焦，調焦速度慢而且受檢測設備周圍環(huán)境因素影響較大。定焦檢測則根據(jù)檢測設備的距離角度給攝像機設定最佳檢測焦距，省略了攝像機自動調焦的過程大大減少了對焦的時間?，F(xiàn)在的巡檢機器人產(chǎn)品采用的即時定焦教程方式。問題6:機器人與后臺的通訊是采用什么通訊，通訊原理是什么，通訊是否可靠穩(wěn)定？處理辦法6：采用的是通用的2.4G網(wǎng)橋通信，2.4G無線網(wǎng)絡頻段屬于ISM頻段，它是全球范圍內(nèi)被廣泛使用的超低輻射綠色環(huán)保頻段；具有125個通迅信道，因為2.4G無線網(wǎng)絡通迅更通暢，多個通迅指令間不會相互干擾；2.4G無線網(wǎng)格帶寬傳速率最高可以達到108Mbps，因此它的傳輸速度很快；它的傳輸距離相對較遠，且不受傳輸方的影響，支持雙向通迅。該通訊模式具有在變電站及換流站各電壓等級的現(xiàn)場經(jīng)過多年的應用檢驗，運行安全穩(wěn)定，并且安全性得到相關部門的檢測。問題7：機器人的巡視速度？處理辦法7：巡檢機器人的最大行走速度是2m/s，巡檢速度一般設定在0.6m/s-1m/s之間。問題8：紅外測溫是否可測瓷瓶，是否可判斷過熱？處理辦法8：可以利用現(xiàn)在巡檢機器人配備的紅外攝像儀對瓷瓶進行檢測，紅外檢測為了檢測數(shù)據(jù)的準確性同時減少被被檢測設備周邊環(huán)境的影響采用紅外標定的收到，即在一幅紅外圖中選出有效的數(shù)據(jù)進行分析，完全可以對瓷瓶進行檢測并判斷發(fā)熱情況，并可根據(jù)設備的告警值進行報警。結論：非要因（二）鞏固措施結論：非要因1、隨著巡檢機器人實施普及到各等級變電站，我們將繼續(xù)收集資料，