摘要:随着高速主干网络进一步搭建完善,设计和建设技术方案日趋成熟,相较之下运营检修技术提高不大,日常人工巡检存在功能不全、效率较低的情况,对设备运行工况无法做到科学的检测和管理,不能更好的适应高速铁路的发展。并为牵引变电所无人值守提供有效的技术,因此结合一些机器人技术在电气化铁路中的适用性,和对专业发展前景展望,本文对机器人巡检、操作、通信和后台等方面进行重点研究,提出了牵引变电所巡检机器人的系统架构、功能要求,研究表明采用巡检机器人,能够实现牵引变电所无人值守。
关键词:牵引变电所;机器人;巡检;运营管理模式;
0 引言
京雄城际铁路是连接北京和雄安新区两个核心区域的重点工程,该工程供电系统的建设方案也是各界关注的焦点,有必要采用新技术提高牵引变电所的运营管理水平。目前开通的高速铁路牵引变电所普遍采用的是无人值班,有人值守的运营管理模式,所内设备运行状态的需要人工进行日常巡检记录,全路开通的牵引变电所约2000座,消耗了大量的人力和物力,且常规的人工巡检,只能记录设备仪表的常规数据,缺乏设备连接金具温度、设备状况历史对比、噪声分析等重要数据的资料,显得功能不全,效率较低。
随着国内机器人技术的成熟,采用可在室内和室外移动并携带高清摄像头、红外监测、声音采集、机械臂等设备的机器人,代替日常的人工巡检,并加入视频记录、红外监测和后台分析等高级功能。
针对既有所亭值守现状,本文以京雄城际的建设为契机,研究牵引变电所全机器人值守的方案,并重点对巡检、操作、通信和后台等方面进行重点研究。
1 牵引变电所巡检机器人系统架构
随着京沈客专试验段和智能京张等项目的建设,智能牵引供电系统将会成为电气化铁路的重点发展方向,智能运行检修管理平台的建立将会逐渐普及,因此系统构建方案考虑运营分析管理后台层-通信传输通道层-现场设备层三层架构进行构建。
系统架构图
现场设备层以巡检机器人为主,固定在线监测设备为辅,整合牵引变电所各项信息采集功能,通过连接牵引变电所亭和供电段之间的专用维护通道的传输,将现场采集到的信息传输到基于大数据平台为基础的分析管理后台。
通信通道传输层利用通信专业设置的铁路综合数据网实现。
运营分析管理后台层利用设置在供电段统一的运营维护后台硬件设备,安装巡检机器人系统配套的分析管理软件,使得数据库中所有采集到的历史数据都可分类查询,例如:对同一台断路器与导线的连接处温度进行测量,可以按照日或周为周期,进行同一时间段的历史数据对比;也可以按照同一天内线路上不同的行车对数,将温度进行对比,有利于对设备不同运行状况进行分析,对设备运行趋势做出判断,最终形成设备运行状态和运行信息的健康管理报告。
2 牵引变电所实现机器人巡视的功能要求
(1)巡视路线规划
机器人巡视的路线和频次,应该严格按照供电段运营维护需求制定,对于特殊地点,如变压器油温、油面高度等信息读取等,需要重点观测。巡视应按照规划好的路线进行自主巡检模式,同时满足维护后台和现场人员操作功能要求,并支持一键返回充电房。当雷电或污秽天气时,高压设备附近的巡检存在安全隐患,机器人可代替人员到达指定位置对设备进行检查。
(2)基本检测内容
机器人应配备高清可自动对焦摄像机(具备拍照功能)、红外热成像仪和声音采集设备等设备,如有应急操作需求,还应配备机械操作手臂。摄像机主要对变压器和开关设备仪表盘、开关分合状态进行读取记录;红外热成像仪对变压器高低压套管、开关接头、倒闸和导线等的温度进行检测、记录和对比;声音采集设备是机器人在巡检过程中对变压器等关键设备运行中的噪声进行收集,通过后台对噪声的过滤、识别和分析对设备运行状态做出评估。应急操作是指当所内无人值守,远动无法实现操作时,机器人按照应急操作程序的要求,可以对开关进行当地的分合闸操作,从而缩小事故范围。
(3)分析与报警
基于上述的检测功能分析,机器人巡检过程中所采集的视频、照片、噪声和温度等的现场数据,通过分析管理后台对设备运行工况、设备温升变化历史曲线对比等分析后,除去机器人数据读取的误差,对设备运行发展趋势做出判断,确认危险情况存在应及时预警,根据危险的等级分类发出警告,并提出有针对性的解决方案,提醒维护人员对事件进行关注。
(4)与其它系统接口
随着数字化、智能化牵引变电所的发展,机器人巡检系统建立在IEC61850标准和通信规约基础上,能够实现所内智能电气设备间的信息共享和网络互连。与站内的综自系统、通信传输系统、应急保护装置等二次设备能通过无线方式联通,保障采集信息的共享与传输。可以通过专用的维护通道,实现供电段维护后台对机器人的遥控与观察。
针对机器人巡视的盲区,设置的固定视频和监测点允许机器人系统接入,真正实现全所无死角检测。通过对每个设备或架构的RFID标签信息的读取,一方面提高机器人巡检效率,提高定位精度,另一方面可以对每个设备的后台专属档案管理进行更新,进而丰富供电段运行检修平台中的6C数据处理中心系统。
3 巡检机器人远程遥控与操作技术方案
激光无轨导航技术是实现巡检机器人远程遥控的重要途径,该项技术综合利用了激光雷达、惯性测量单元、编码器等多种传感元件。为准确获知位置信息,巡检机器人采用信息融合技术,通过最优路径规划算法和精确轨迹规划算法使其具有自主行走功能,并可根据指令要求行走至目标位置。
激光雷达传感器作为巡检机器人的关键部件,用于扫描二维平面地形,通过获取激光照射到障碍物反射回的飞行时间精确计算传感器周边障碍物分布情况,继而采用地形精确匹配技术进行无轨化导航。具体来说,当机器人首次进入巡检环境时,将通过激光雷达对周边环境进行扫描探测,同步地图构建与定位算法(SLAM)生成环境地图,并在后续巡检过程中将激光实时扫描地形与环境地形进行精确匹配,精准确定机器人位置。
巡检机器人能够实时接收来自管理平台的遥控指令,云台转动、车体运动、自动充电、设备检测等功能均可由运维人员远程操作完成。当巡检机器人遇到紧急情况时,实时控制功能和导航算法能够确保其准确达到所需位置,时刻监控现场设备状态情况,并完成上报工作。
4 后台数据分析管理功能
数据分析管理系统是整个系统的重要组成部分,巡检机器人可在工作过程中将拍摄的图片实时传输到后台进行分析。针对牵引变电所内设备,如避雷器次数表计、油位表计、刀闸开关分合状态等参数,后台可根据图片实时分析读取表计数值,并与预设阀值进行比对,如发现读数异常则立即进行声光报警。与此同时,针对变压器高低压套管、开关接头等温度参数检测,后台系统能够实时显示目标设备最高温度值并生成温度变化曲线,当检测到的设备温度高于预设阀值时进行声光报警;当温度曲线不断上升或下降时,后台系统能够进行趋势分析并针对异常趋势做出预报警。
此外,巡检机器人分析管理系统支持各种类型报表生成及日志记录(保存于数据库中)。工作人员可根据实际需要进行内容定制,系统将依据不同信息(如人员、班次、时间、设备名称、问题表现、事故分析等等)进行识别,并生成满足各类需求的数据报表,其形式包含通用表格、条形图、柱状图等。
5、结论:
本文结合目前国内巡检机器人趋于成熟的导航、通信和分析报警的技术能力,对机器人巡检系统的组成架构、功能要求、遥控技术和数据分析管理等方面进行了研究,研究表明巡检机器人系统在代替人工,对牵引变电所日常巡检、设备巡视、运行检测、信息共享、通信传输和数据分析等方面可以提高巡检工作效率,在降低巡检安全隐患、设备运行质量预警等方面也有突出的能力。通过研究可以得出雄安牵引变电所采用机器人巡检系统,能够实现无人值守管理,也给高速铁路牵引变电所的值守管理模式提供了一种新思路。
参考文献:
[1]变电站智能巡检机器人的应用 – 机电信息2016(18)
[2]智能变电站巡检机器人研制及应用 – 电力系统自动化 2011(19)
[3]DL/T 1609-2016 变电站机器人巡检系统通用技术条件
论文作者:李波
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签:机器人论文; 设备论文; 变电所论文; 后台论文; 系统论文; 操作论文; 功能论文; 《电力设备》2018年第15期论文;