论文部分内容阅读
【摘要】：变电站设备巡检是有效保证变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作，主要分为例行巡检和特殊巡检。人工巡检存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、管理成本高等明显不足。巡检机器人的应用大大提高了巡检效率和质量，本文将就变电站智能机器人巡检进行讨论。
【关键词】：变电站;智能机器人;巡检;效率;安全
引言：
智能巡检机器人是服务于电力系统生产的特种机器人，具有一种或多种拟人功能，可代替或辅助人工进行设备巡检、带电抢修和维护作业等。机器人系统的使用，实现了变电站全天候、全方位、全自主智能巡检和监控，大幅降低了人工劳动强度和运维成本，实现了变电站巡检的“无人化”。
1变电站智能机器人的优势
变电站运行工人在现场进行设备巡视，对运行设备进行感观的简单的定性判断，主要通过看、触、听、嗅等感官去实现的。例如通过触摸运行设备的外壳（如电机和变压器）检查其振动情况和温升变化情况，并与积累经验对照，从而判断其运行状况;变电站设备巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的所有巡检作业。
变电站设备巡检机器人系统以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象。它可以根据操作人员在基站的任务操作或预先设定的任务，自动进行变电站内的全局路径规划，通过携带的各种传感器，完成变电站设备的图像巡视、设备仪表的自动识别、一次设备的红外检测等，并记录设备信息，提供异常报警。操作人员只需通过后台基站计算机收到的实时数据、图像等信息，即可完成变电站的设备巡视工作。利用智能移动机器人完成电站设备的巡检，可以提高工作效率和质量，真正起到减员增效的作用，能更快地推进变电站无人值守的进程。
在低温、雾霾等恶劣天气条件下，机器人更能发挥出人力所不及的作用。秋季雾霾天气频发，能见度不足100米。智能巡检机器人依然能够按照设定好的路径完成巡检任务，实时回传清晰的设备视频、图片、红外成像测温视频、数据，自动读取设备表计，开展远程巡视、特殊巡视，自动生成巡检报告和历史数据趋势曲线。
2变电站智能机器人巡检
变电站巡检机器人是智能变电站的移动式监测设备，由机器人移动站系统和后台监控系统组成，统称为变电站巡检机器人系统。智能巡检机器人定期在变电站巡检的目标是利用机器视觉、人工智能和稳定的无线通讯技术等，进行完全自主的、有规律的设备巡视检查，从而提高变电站巡检工作的自动化程度和工作效率，真正起到减员增效的作用。鉴于此，应用于无人或少人值守变电站的智能巡检机器人应具备以下功能和应用。
2.1图像采集分析
巡检机器人携带搭载在云台上的红外热像仪、可见光CCD和拾音器等检测设备，在无人或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检。其中可见光CCD主要用于采集可见光图像，进而可进行一二次设备外观检查，包括异物悬挂、锈蚀等异常现象，可记录断路器、开关和闸刀现场实际位置，可自动读取表计读数、油位计位置等，报警或进行预先设置好的故障处理。红外热像仪用于红外图像的采集，可以代替人工进行设备热缺陷的检测，进行设备本体及接头的红外测温进而判别是否有温度异常情况。
2.2运动控制系统
运动控制系统实现机器人动力驱动，根据系统路径规划和遥控指令实现车体的运动控制，包括速度、位置、加速度控制。
实现底层动力驱动，由两套直流伺服系统分别实现两后轮的驱动，步进系统实现前两轮的耦合转向。根据车体结构建立车体运动模型，分析机器人运行过程中，两后轮驱动速度分配与前轮转向角关系。根据运动模型将局部路径规划指令与遥控指令分解，实现机器人指令速度（速度大小、转向角度）与各轮转动相匹配，并将指令下发，实现车体运动控制。
2.3导航定位系统
巡检机器人应能够沿着预先规划好的轨道行走，包括直行、拐弯和停止等，并且在到达指定位置后通过调节车身、云台电机和调节红外及可见光CCD旋转、俯仰角度的电机实现在最佳位置对设备进行拍摄。
2.4无线传输和数据分析
对巡检机器人采集的视频及声音等信号或智能预处理之后的报警信号要实时传输给变电站监控管理中心，机器人将数据收集后，系统会自动将每个点位的数据记录，通过对比每次检测数据的变化，预防故障的出现。当设备没有超过预警温度的范围时，人力检测不会发现任何问题，但机器人的系统却可以通过对比历史数据立即发现这种潜在隐患。同时巡检器人要及时接受来自监控管理中心的控制指令，即机器人本体和监控管理中心需保持良好的通信状态。
2.5伺服控制
巡检机器人本身运动的控制，通过控制电机使机器人在特定的时间按既定的顺序对待检设备进行巡视。
2.6值班人员后台控制
变电站值班人员可在监控管理中心进行实时监视，可手动操控机器人本体、红外及可见光摄像机，实现变电站设备巡检的本地及远程遥控。机器人搭载红外热成像仪、数据传输等设备，采集的温度、油位读数、开关状况、高压室环境等信息实时回传总控中心，如果数据异常，系统会发出报警信号，提醒维护人员采取相应对策。
针对我国输电线路点多线长面广的特点，可以通过直升机、无人机和人员地面巡视相配合的立体巡视方式，对重点输电线路进行巡视。无人机搭载高清摄像头，可对特定输电线路区域进行飞行航拍，特别对特殊区域、泥石流受灾区域进行现场勘查。有效降低输电线路故障风险。直升机巡线作业不受地形影响，具有快速、安全、可靠、灵活等特点，一次巡视可同时完成对线路的多种诊断。
结束语：
变电站是电网的枢纽，定期巡视对于电气设备安全运行至关重要。机器人巡检系统是一个复杂的系统，需进行大量的调试和实验。此外，也可加入新的科技方式，例如声音传感器，温度传感器来进行设备的噪声和温度变化监控，使系统功能更加完善。保障电力系统的安全高效运行。
参考文献：
[1]周立辉，张永生，孙勇，梁涛，鲁守银.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化，2011，19：85-88+96.
[2]左敏，曾广平，涂序彦.无人变电站智能机器人的视觉导航研究[J].电子学报，2011，10：2464-2468.
[3]赵坤.变电站智能巡检机器人视觉导航方法研究[D].华北电力大学，2014.
[4]宋晓明.变电站智能巡检机器人关键技术研究[D].长沙理工大学，2013.
【关键词】：变电站;智能机器人;巡检;效率;安全
引言：
智能巡检机器人是服务于电力系统生产的特种机器人，具有一种或多种拟人功能，可代替或辅助人工进行设备巡检、带电抢修和维护作业等。机器人系统的使用，实现了变电站全天候、全方位、全自主智能巡检和监控，大幅降低了人工劳动强度和运维成本，实现了变电站巡检的“无人化”。
1变电站智能机器人的优势
变电站运行工人在现场进行设备巡视，对运行设备进行感观的简单的定性判断，主要通过看、触、听、嗅等感官去实现的。例如通过触摸运行设备的外壳（如电机和变压器）检查其振动情况和温升变化情况，并与积累经验对照，从而判断其运行状况;变电站设备巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的所有巡检作业。
变电站设备巡检机器人系统以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象。它可以根据操作人员在基站的任务操作或预先设定的任务，自动进行变电站内的全局路径规划，通过携带的各种传感器，完成变电站设备的图像巡视、设备仪表的自动识别、一次设备的红外检测等，并记录设备信息，提供异常报警。操作人员只需通过后台基站计算机收到的实时数据、图像等信息，即可完成变电站的设备巡视工作。利用智能移动机器人完成电站设备的巡检，可以提高工作效率和质量，真正起到减员增效的作用，能更快地推进变电站无人值守的进程。
在低温、雾霾等恶劣天气条件下，机器人更能发挥出人力所不及的作用。秋季雾霾天气频发，能见度不足100米。智能巡检机器人依然能够按照设定好的路径完成巡检任务，实时回传清晰的设备视频、图片、红外成像测温视频、数据，自动读取设备表计，开展远程巡视、特殊巡视，自动生成巡检报告和历史数据趋势曲线。
2变电站智能机器人巡检
变电站巡检机器人是智能变电站的移动式监测设备，由机器人移动站系统和后台监控系统组成，统称为变电站巡检机器人系统。智能巡检机器人定期在变电站巡检的目标是利用机器视觉、人工智能和稳定的无线通讯技术等，进行完全自主的、有规律的设备巡视检查，从而提高变电站巡检工作的自动化程度和工作效率，真正起到减员增效的作用。鉴于此，应用于无人或少人值守变电站的智能巡检机器人应具备以下功能和应用。
2.1图像采集分析
巡检机器人携带搭载在云台上的红外热像仪、可见光CCD和拾音器等检测设备，在无人或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检。其中可见光CCD主要用于采集可见光图像，进而可进行一二次设备外观检查，包括异物悬挂、锈蚀等异常现象，可记录断路器、开关和闸刀现场实际位置，可自动读取表计读数、油位计位置等，报警或进行预先设置好的故障处理。红外热像仪用于红外图像的采集，可以代替人工进行设备热缺陷的检测，进行设备本体及接头的红外测温进而判别是否有温度异常情况。
2.2运动控制系统
运动控制系统实现机器人动力驱动，根据系统路径规划和遥控指令实现车体的运动控制，包括速度、位置、加速度控制。
实现底层动力驱动，由两套直流伺服系统分别实现两后轮的驱动，步进系统实现前两轮的耦合转向。根据车体结构建立车体运动模型，分析机器人运行过程中，两后轮驱动速度分配与前轮转向角关系。根据运动模型将局部路径规划指令与遥控指令分解，实现机器人指令速度（速度大小、转向角度）与各轮转动相匹配，并将指令下发，实现车体运动控制。
2.3导航定位系统
巡检机器人应能够沿着预先规划好的轨道行走，包括直行、拐弯和停止等，并且在到达指定位置后通过调节车身、云台电机和调节红外及可见光CCD旋转、俯仰角度的电机实现在最佳位置对设备进行拍摄。
2.4无线传输和数据分析
对巡检机器人采集的视频及声音等信号或智能预处理之后的报警信号要实时传输给变电站监控管理中心，机器人将数据收集后，系统会自动将每个点位的数据记录，通过对比每次检测数据的变化，预防故障的出现。当设备没有超过预警温度的范围时，人力检测不会发现任何问题，但机器人的系统却可以通过对比历史数据立即发现这种潜在隐患。同时巡检器人要及时接受来自监控管理中心的控制指令，即机器人本体和监控管理中心需保持良好的通信状态。
2.5伺服控制
巡检机器人本身运动的控制，通过控制电机使机器人在特定的时间按既定的顺序对待检设备进行巡视。
2.6值班人员后台控制
变电站值班人员可在监控管理中心进行实时监视，可手动操控机器人本体、红外及可见光摄像机，实现变电站设备巡检的本地及远程遥控。机器人搭载红外热成像仪、数据传输等设备，采集的温度、油位读数、开关状况、高压室环境等信息实时回传总控中心，如果数据异常，系统会发出报警信号，提醒维护人员采取相应对策。
针对我国输电线路点多线长面广的特点，可以通过直升机、无人机和人员地面巡视相配合的立体巡视方式，对重点输电线路进行巡视。无人机搭载高清摄像头，可对特定输电线路区域进行飞行航拍，特别对特殊区域、泥石流受灾区域进行现场勘查。有效降低输电线路故障风险。直升机巡线作业不受地形影响，具有快速、安全、可靠、灵活等特点，一次巡视可同时完成对线路的多种诊断。
结束语：
变电站是电网的枢纽，定期巡视对于电气设备安全运行至关重要。机器人巡检系统是一个复杂的系统，需进行大量的调试和实验。此外，也可加入新的科技方式，例如声音传感器，温度传感器来进行设备的噪声和温度变化监控，使系统功能更加完善。保障电力系统的安全高效运行。
参考文献：
[1]周立辉，张永生，孙勇，梁涛，鲁守银.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化，2011，19：85-88+96.
[2]左敏，曾广平，涂序彦.无人变电站智能机器人的视觉导航研究[J].电子学报，2011，10：2464-2468.
[3]赵坤.变电站智能巡检机器人视觉导航方法研究[D].华北电力大学，2014.
[4]宋晓明.变电站智能巡检机器人关键技术研究[D].长沙理工大学，2013.