关键词：变电站；智能巡检；机器人；巡视策略
引言
近几年来，随着工业4.0战略的实施，各行业的装备技术、计算机网络科学愈发进步，电力电网的超高压、特高压输变电系统工程也朝着规模化、复杂化的方向纵深发展。目前我们发现，新电压等级、新技术的持续应用使传统的电力运行、操作、维护等方式面临着全新的挑战。在电力电网设备检查中，如何加强对设备部件、子系统、交联关系配件等等的查视与管理，如何进一步适应新形势下的高电压电网运行，采用新技术、新手段以减轻变电站值班人员的运行维护负担，有效保障设备安全可靠运行，成为今后所面临的主要问题之一。本文将从变电站智能巡检机器人巡视的角度来谈这方面的课题。
1 变电站人工巡检现状分析
1.1 人工巡检的内容、方式、周期和要求
根据《国家电网公司变电站管理规范》、《无人值守变电站管理规范(试行)》、《电力公司变电设备管理维护标准》的意见和要求，目前，某供电公司集控站巡视管理规定如下：
变电站设备巡视，分为正常巡视（含交接班巡视）、全面巡视、熄灯巡视和特殊巡视，各类巡视应做好记录。
正常巡视(含交接班巡视)：除按照有关要求执行外，有人值守变电站还应严格执行交接班设备巡视，必须在规定的周期和时间内完成。无人值班变电站：集控站所辖站每日1次；其它集控站所辖站每2日1次。
熄灯检查：应检查设备有无电晕、放电、接头有无过热发红现象。有人值班变电站，无人值班变电站每周均应进行1次。
全面巡视（标准化作业巡视）：应对设备全面的外部检查，对缺陷有无发展作出鉴定，检查设备的薄弱环节，检查防误闭锁装置，检查接地网及引线是否好。无人值班变电站每月进行2次，上半月和下半月各进行1次。
1.2 人工巡检有效性分析
变电站值班员进行人工巡检，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。人工巡视对设备外部可见、可听、可嗅的缺陷能够发现，例如：油位、油温、压力、渗漏油、外部损伤、锈蚀、冒烟、着火、异味、异常声音、二次设备指示信号异常等。
人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡，缺陷漏发现的可能性。另一方面，由于无人值班变电站增多，许多变电站的距离也较远，在站内出现事故或大风、大雪及雷雨后因集控站无法出车不能及时巡视时，造成集控站值班员不能及时了解现场设备状态，及时发现隐患，危急电网的安全运行。巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁，特别是在异常现象查看、恶劣天气特巡，事故原因查找时危险性更大。
综上所述，无人值班变电站的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的交通风险和巡视过程风险，巡视效率低下。
2 智能机器人巡检系统及新技术应用策略
为有效促进电力系统的变电站设备巡检工作，在一定程度上减轻运行人员繁重的设备巡检任务，国家电网公司和南方电网公司都已在变电站尝试推广应用机器人设备巡检项目，现将智能机器人的巡视策略及功能作介绍。
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2.1 实时数据曲线分析技术
设备温度随其负荷变化而产生相应波动，单纯的温度变化趋势往往难以体现设备老化或缺陷变化，若与设备运行负荷变化相关联，通过对两条曲线的变化进行分析，可明显判断出是负荷变化引起的温度波动，还是因设备老化或缺陷故障引起的设备温度变化。因此将机器人巡检形成的巡检测温报告，关联进入变电站运行管理MIS系统，使巡检机器人通过变电运行管理系统实现存贮和查询等功能，大大提高巡检数据的智能管理水平。
2.2 利用模式识别技术进行巡视
由于运动控制精度、导航停靠精度的限制，对于具体检测点的被检设备，机器人不可能每次都能完全对准目标；同时由于观测距离的不同，一次可能会检测到多个设备，从而影响整个检测结果。通过模式识别算法，配合检测位置，可以有效分辨、定位目标设备，确保检测数据的准确性，为及时掌握设备的运行状况提供可靠信息。
2.3 利用三维电子地图技术进行巡视
变电站智能巡检机器人配置两个摄像头，视频采集摄像头和红外采集摄像头，并可通过后台遥控控制根据具体要求选择。 对变电站智能巡检机器人视频死区，采用安装一定数量的固定摄像头进行弥补，尽量简化现场巡视导轨敷设。
采用三维虚拟现实技术，对变电站进行建模，代替二维平面地图，给后台操作人员以身临其境的感觉，更直观地确认当前巡检的位置。
3 对变电站智能巡检机器人的要求
变电站智能巡检机器人是一个完整而复杂的无线监测体系结构，各功能模块实现机器人在变电站现场巡视。 变电站智能巡检机器人建议配置太阳能充电系统或交直流快速充电系统。 变电站智能巡检机器人应具有移动定位功能，利用二维坐标定位系统，通过控制软件或预先设置的设备坐标，将变电站智能巡检机器人准确定位至预定位置。变电站智能巡检机器人应至少安装两个摄像头(包括红外摄像头)，并具有国家电网公司电力机器人技术实验室一定的扩展性。
变电站智能巡检机器人应具有红外成像功能，并具有图像无线远传技术，具有一定的防电磁干扰功能。 ◇变电站智能巡检机器人与程序化操作系统相结合，在需要操作某设备时，自动将运行至现场设备，取代运行人员核对设备操作后状态。 变电站智能巡检机器人应能适应恶劣环境下运行需求，并满足防尘、防水、抗高温、耐严寒等需求，能满足-10度至5 0度环境温度要求。变电站智能巡检机器人应具有障碍物感应功能，巡视工作中自动规避障碍物；机器人配置变电所自动导航系统，便于选择最佳路径。
4 变电站智能巡检机器人的主要优缺点
根据国家电网公司2005年《输变电设备运行规范》的有关要求，设备巡检主要分例行巡视和特殊巡视。在高温、大负荷运行和新投入设备运行前以及大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨后，巡视任务尤其繁重且环境恶劣。采用智能机器人巡检，可以减轻巡检人员的劳动强度、并在恶劣天气中代替运行人员对部分设备完成巡检工作。除此之外，鉴于目前电力系统设备的缺陷检修或设备的常规检查等定性状态信息仍是采用人工巡检纪录，对一些影响电力系统安全运营的非量化因素，如电力线路缺陷、断路器是否有气体泄漏等，均由巡检人员主观描述纪录，描述语言随人员不同而不同，对以后的故障分类和系统分析都增加了处理难度；对于一些量化的表计数据纪录也因为人员不同而出现一定的偏差。采用机器人巡检系统的数字化处理方式，可实现标准统一和描述统一，从而提升了系统的标准化、智能化水平。
参考文献：
[1]肖鹏,栾贻青,郭锐等.变电站智能巡检机器人激光导航系统研究[J].自动化与仪表,2012,27(5):5-9.
[2]崔彦彬,刘欢.变电站智能巡检机器人系统的设计[J].现代制造技术与装备,2014,(4):1-3.
[3]张志飞.变电站机器人智能巡检系统应用研究[D].华北电力大学,2015.
论文作者:王伟, 李岳, 郝秋雯
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/11/29
标签：变电站论文; 机器人论文; 设备论文; 智能论文; 人员论文; 系统论文; 技术论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;