摘要：随着变电站无人值守工作的全面推进，智能巡检机器人在变电站得到了大量的应用。一方面有效地解放运维人员，使其能有效的参与运维管理其它更加重要的工作；另一方面，在事故及特殊天气情况下，能随时命令其进行设备巡视，为事故处理和异常处置提供决策依据。本文着力探讨智能巡检机器人存在续航时间不足、巡视周期过长等问题，探讨智能巡检机器人性能优化的技术方案。
关键词：变电站；智能巡检机器人；性能优化
1 引言
电力系统是由发电、输电、变电、配电以及用户等环节组成的有机整体，由于电能不能大规模的储存，需要电源、电网和负荷侧在任何瞬间保持功率的平衡，确保电压和频率在额定值水平下运行。任何一个环节发生事故和异常，都可能带来连锁反应，造成电压和频率的崩溃，引起大面积的停电、人身伤亡、主设备损坏甚至造成全网崩溃的灾难性事故。为了实时掌握变电站内一次设备运行状态，需要对变电设备定期或不定期地进行巡视和检查。
与智能巡检机器人相比，传统人工巡检存在着诸多缺点。如劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一等问题，人工检测的数据也无法准确、及时地接入管理信息系统。随着变电站无人值守模式的全面推广，巡视工作量越来越大，巡检到位率、及时性无法保证。此外，在地震、大风、雨雪以及雷雨等极端恶劣天气下，运维人员无法及时到站进行巡检[1]。
为此，变电站智能巡检机器人应用而生。智能巡检机器人系统可以自动或遥控的方式，对变电站户外一次设备进行巡视检查。通过其携带的红外成像仪、可见光摄像机、高灵敏度拾音器等多种传感器，及时发现一次设备存在的缺陷和异常等，可以自动报警或提醒。智能巡检机器人的巡视周期和巡视范围可灵活设定，正常情况下按照提前预定的巡视周期和范围自主进行设备巡视，在特殊情况下可通过后台遥控临时下达巡视命令，对特定的设备进行巡视和检测，真正起到代替人工巡视的作用。
图1 变电站智能巡检机器人结构示意图
2 智能巡检机器人应用及问题分析
2.1 巡检中常见的问题
智能巡检机器人工作在户外，工作环境恶劣。常年受日照、风沙、雨雪等侵袭，容易出现故障和异常情况。
2.1.1 机器人通讯频繁中断，造成机器人“迷路”巡检进程中断，机器人无法自主返回自动充电室。需要运维人员手动推回或用小车拉回。
2.1.2 机器人无法读取部分运行设备参数值，表计虚焦；无法识别避雷器电子式泄露电流表。
2.1.3 冬天积雪较厚时，机器人无法正常通行；雨天机器人不宜室外工作；风大时偏离巡视路线致使机器人无法返回。
2.1.4 机器人偶发漏检、识别错误；日常巡检过程中，由于红外测温时设置的识别区域以及机器角度问题，出现拍摄内容及结果错误的情况；SF6表计、绕组油面温度计有少数识别不准确，报出一般或严重缺陷。
2.1.5 设备表计观察窗老化发黄、脏污，机器人无法读取数据，部分设备表计设置不在巡视道路侧，机器人无法观察到数据。
2.2 续航时间和巡检周期存在的问题及原因分析
2.2.1 续航时间短无法满足全站设备巡视的要求
根据《变电站智能机器人巡检系统技术规范第1部分：变电站智能巡检机器人》（Q / GDW 11513.1—2016），5.6.8续航能力“电池供电一次充电续航能力不小于5h，续航时间内，机器人应稳定、可靠工作”[2]。
根据智能巡检机器人的实际巡视情况，运维人员每次在给巡检机器人下达操作任务时，要考虑机器人巡检后原路返回的电量需求，最大5个小时的续航能力中，4个小时用于巡视，1个小时用于原路返回，实际造成有效续航能力的缩短。
2.2.2 巡视周期较长影响设备巡视的频次
750kV变电站普遍规模较大，占地面积在250~430亩之间。以750kV某变电站为例，智能巡检机器人对全站一次设备进行一次全面巡视需要三天时间，即一周仅能巡视两个轮次。如此，无法满足快速、灵活巡视的需要，严重制约了巡检机器人作用的发挥。
3 性能优化方案
3.1 加强智能巡检机器人日常检修维护，提升机器人工作的稳定性
3.1.1 由设备厂家指派技术水平较高的专业维护人员对机器人及全站点位定期进行维修保养和校准，确保机器人巡检正确性。
3.1.2 在云平台上设置机器人在设备区的定位和本身异常时告警，防止出现机器人异常后无法及时发现具体位置。
3.1.3 机器人每日工作任务和异常告警能准确上传并发送手机短信，方便值班人员及时了解动态，掌握设备运行工况。
3.1.4 采取远程控制和监控机器人运行工况，紧急情况下能及时得到专业人员有效帮助和技术支援。
3.1.5 定期检查机器人充电室有无漏雨，门窗密封是否良好，室内充电设备、空调工作是否正常。
3.1.6 检查机器人外观正常，驱动轮、转向轮工作正常无卡涩，摄像头是否正常无脏污。
3.1.7 定期对设备区内设备观察窗及反光镜进行清擦，保证机器人读数正常；定期对站内机器人巡视轨迹进行检查，是否有脱落或脏污；定期对站内巡视道路进行清扫，冬季还应清扫积雪，防止机器人发生事故。
3.2 增加机器人充电室，缩短充电时间
目前，各变电站应用的智能巡检机器人仅有一座自动充电室。运维人员为确保巡检机器人巡检后有足够的电量返回自动充电室，在下达巡检任务时，要考虑机器人原路返回的电量需求，如图3所示。如此，一方面巡检机器人电池的续航时间大打折扣，返回的过程消耗了一部分电量；另一方面使每次巡视的周期延长，巡检机器人返回充电室充满电后才能开始下一次巡检。
图2 单充电室智能巡检机器人巡检路线图
为避免巡检机器人返回充电，节约巡检时间，建议在设备区增加两处自动充电室，共计3个充电室，如图3所示。当巡检机器人从1号充电室出发巡视到达2号中继充电室后即行充电，充满电后继续开展巡视，节约巡视时间；当巡检机器人到达3号最后一个充电室后，即完成了一次全站设备巡视，巡检机器人在3号充电室进行充电。下次巡检任务从3号充电室出发，与上次相比是原路返回进行巡视，最终返回1号充电室，依次顺序循环往复。
图3 多充电室智能巡检机器人巡检路线图
3.3 巡检机器人双配，缩短巡检周期
上述多充电室方案解决了巡检机器人返回充电的问题，但对于750kV大型枢纽变电站，由于设备较多、设备区较大，由单台机器人巡检全站一次设备仍需耗费较长的时间。为此，可以对巡检机器人进行双重化配置。将全站设备按巡视路线划分为两个区域，由两台机器人分别负责巡检，如图4所示。该方案可以有效解决巡检机器人续航能力不足和巡检周期长的问题。
图4 双配智能巡检机器人巡检路线图
综合考虑变电站设备规模和项目投资的经济性，对于1台主变规模较小的变电站，建议采用多充电室方案；对于2台及以上主变规模较大的变电站，建议采用机器人双配方案。
4 结束语
随着智能巡检机器人技术的不断创新和进步，目前在应用中发现的问题将逐步得到改善和解决。通过设备厂家和应用单位的紧密合作，不断总结巡检机器人在使用中存在的问题，不断开发出高可靠性、高科技含量的巡检机器人，为电网企业安全稳定运行提供有力的支撑和技术保障。
参考文献:
[1]我国智能巡检机器人发展现状及主要企业盘点，中国石油报、中国投资咨询网、新战略机器人网及网络，2018年8月15日
[2]《变电站智能机器人巡检系统技术规范第1部分：变电站智能巡检机器人》（Q / GDW 11513.1—2016），国家电网公司，2014-06-24发布
作者简介：
姚强（1975年），男，甘肃通渭人，硕士学位，高级工程师，从事变电运维管理工作。
胡燕玲（1973年），女，甘肃临洮人，大学学历，工程师，从事发电厂及综合能源管理工作。
论文作者:姚强1,胡燕玲2,方勇1,卫永鹏1,温辉1,陈业锐
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
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