摘要：研发了一套变电站机器人智能巡检系统，从机器人本体、充电系统、无线传输系统、本地监控后台和环境适应性等方面介绍了巡检系统设计方案和各组成部分的关键技术。从现场勘查、设备安装、巡检规划和巡检应用等方面介绍了工程实施步骤和在电网220kV、500kV变电站的实际应用情况。分析了机器人巡检调试过程中存在的行进时出轨、无线通信不稳定、表计读取不准确、行走转弯卡涩等问题，并提出了解决措施。该巡检系统具有部署快速、适应性强、采集数据准确、定位精度高、超声防撞等显著优点，各项性能指标均满足变电站智能巡检需求，具有良好的推广应用前景。
关键词：变电站；机器人；巡检系统；设计；智能巡检；工程实施；问题分析
500kV变电站在电能传输中有着极其重要的地位，变电站
传统巡视方式是运维人员依据巡视计划，依赖综合感官，并借助一些检测仪器及巡检经验对变电设备运行状况进行以简单定性判断，该方式具有劳动强度大、主观因素多、发现问题隐患滞后等不足。随着国家电网超高压及特高压系统的不断发展，变电站值班方式正在由有人值守向少人、无人值守方式发展，智能机器人巡检系统定将成为新的发展方向。智能机器人巡检系统在冀北电网500kV变电站处于试运行阶段。本文首先对智能机器人巡检系统的设计与功能进行分析，在此基础上着重对智能机器人的运维管理及常见问题的处理办法进行论述，最后阐述了智能机器人巡检系统验收过程中的注意事项。
1机器人巡检系统总体设计
1.1充电系统
充电房由充电柜、充电座、无线通信设备和自动卷帘门组成。充电柜和充电座用于机器人自动对接充电，无线通信设备选用与本地监控后台相同的无线网桥和天线，天线安装在充电房的顶部。机器人工作状态分为巡检、充电、空闲等3种。收到巡检命令后，机器人检查电池电量是否充足，充足即进入巡检状态，开始执行巡检任务，否则拒绝执行并报警。巡检完成后，机器人返回充电房。机器人在巡检中实时检测电池电量，如果电量不足则返回充电房充电，充电过程完全自动化。
1.2巡检系统组成
机器人巡检系统由机器人本体、充电系统、无线传输系统、本体监控后台及辅助设施组成。系统具有以下特点：（1）使用无轨导航方式，实现快速部署，可方便站间调配；（2）采用四轮独立驱动，适应于各种复杂环境，提供高清晰度红外及可见光视频图像，测温精度达0.5℃；（3）采用基于激光雷达和惯导组合的精确地形匹配的导航方案，定位精度达到1cm；（4）超声防撞，提供高可靠性安全保障，可原地全方位运动，为巡检提供更强的易用性。
1.3无线传输系统
机器人通过无线网桥与本地监控后台实现双向、实时信息交互。信息交互内容包括机器人本体状态和被检测设备图像、语音和指示性数据。机器人采用5.8GHz频段高质量等级的室外专用数字无线网桥，实现长距离多路视频、音频以及数据的实时传输，最长传输距离达10km，数传误码率≤10-6，数传时延≤20ms，图传时延≤300ms，由于此频段的无线网桥无需申请无线执照，比其他有线网络设备更方便部署。机器人通过无线网桥接收监控后台的控制指令，进行云台转动、设备检测、车体运动和自动充电，并检测机器人状态和各类预警、告警信息并进行上报。在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，图像、语音、数据不丢失，同时系统将发出告警信息，并在通信恢复后自动续传。（1）实时监控模块负责查看机器人运行过程中的图像信息、车体状态信息、车体行进信息、电池状态信息、巡检现场气象信息、巡检任务信息等。（2）任务规划模块分为例行、特巡任务规划和遥控巡检3种模式，可随时进行任务模式的切换。根据变电站巡检需求，例行任务规划可提前生成若干巡检任务，每天定期巡检；特巡任务规划可实时生成临时巡检任务，执行特殊巡检任务。（3）远程遥控模块可以实时遥控机器人到规定地点做规定动作。该模块可通过手柄控制云台方位和俯仰，控制车体速度和方向。（4）配置中心模块包括设备配置、地图配置和基本配置3个子界面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆设备配置界面包括红外配置、可见光配置、车体配置和云台配置。（5）历史查询和数据分析模块可实现可见光图像、红外图像、声音及表计读数、设备位置状态、注油设备油位等信息的存储、诊断和查询。
1.4环境适应性
机器人按照全国各地区变电站极端环境气候设计，针对暴风大雨、湿热、高海拔、寒冷等恶劣气候条件，变电站强电场、强磁场环境，通过“三防”设计、防风设计、电磁兼容性、抗震设计以及温度适应性等设计，确保机器人在不同气候条件下长期可靠、安全稳定运行。机器人电子元器件，电源、通信等模块采用屏蔽、隔离处理，关键信号通过阻抗匹配设计、各设备模块采用等电势共地设计，输入输出接口的滤波和保护设计等技术确保各模块的信号完整性、安全和可靠性。
2智能机器人在500kV变电站的具体应用
2.1安全管控
智能巡检机器人，可应用于500kV变电站的安全管控工作中。因为智能巡检机器人具备视频录制等功能，所以，在安全管理工作中，可通过“开始录制”功能的设置，让智能巡检机器人借助电子鼻和烟感装置对变电站工作现场烟雾、火灾等现象进行识别、录制，并将画面及时传给监控中心，提醒监控中心工作人员对安全事故问题进行处理，避免事故的蔓延威胁到人们生命安全。此外，因为智能巡检机器人具备语音对讲功能。所以，在500kV变电站巡检工作中，若发现了违规问题，可借助语音操作对违规行为加以制止，第一时间遏制违规现象所带来的安全危机。
2.2指令操作
智能机器人在500kV变电站运行环境中的应用，也提供了一系列查询操作功能，其主要体现在以下几个方面：第一，巡检数据查询功能。即在500kV变电站日常巡检工作开展过程中，可点击智能巡检机器人系统中的“巡检数据”按钮，通过这一按钮的点击，可进入到“查询”功能。但若查数据显示中包含了一些红色数据，则表示500kV变电站运行环境存在着温升越界危机，应对问题进行及时解决；第二，报表查询功能。即在500kV变电站实际巡检过程中，若想了解与变电站设备运行相关的数据，可点击“分析/报表查询”按钮，通过这一按钮的点击，可在系统界面中间位置显示相关查询结果，便于相关工作人员及时了解巡检信息；第三，历史曲线查询。即在500kV变电站日常巡检工作中，若想了解某一台设备的历史运行数据，那么可在智能巡检机器人巡检工作进行时，点击“分析/历史曲线”按钮，显示所需查询设备的历史数据。但在实际查询过程中，需设置所要查询设备运行数据的开始时间、结束时间。只有如此，才能更好地了解到设备运行实况，避免设备故障问题的频繁凸显。
3结束语
变电站机器人智能巡检是电力巡检模式发展的重要方向，实际应用中仍存在不少技术瓶颈。本文研发了一套变电站机器人智能巡检系统，从机器人本体、充电系统、无线传输系统、本地监控后台和环境适应性等方面介绍了巡检系统设计方案和各组成部分的关键技术。该巡检系统具有部署快速、适应性强、采集数据准确、定位精度高、超声防撞等显著优点，各项关键性能指标均满足变电站智能巡检任务需求。从现场勘查、设备安装、巡检规划和巡检应用等方面介绍了变电站机器人巡检工程实施步骤，通过在电网220kV、500kV变电站实际巡检，指出了机器人巡检调试过程中发现的问题，并进行分析解决，在后续巡检应用中较好地完成了各类巡检任务，取得了显著效果，研发的巡检系统具有良好的推广应用前景。
参考文献:
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[3]艾春雨,潘翔,卢玉琴.智能机器人巡检系统在变电站中的应用.科技创新与应用,2016.33.214-215.
论文作者:侯彦农
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：机器人论文; 变电站论文; 系统论文; 智能论文; 设备论文; 数据论文; 模块论文; 《电力设备》2019年第6期论文;