广东电网有限责任公司惠州供电局 516000
摘要：现阶段，随着我国科技的快速发展，变电站无人值班改造和智能化建设需求不断增加，对变电站设备的巡检工作质量要求明显提高。设备运行状态数据是对相关设备开展状态评价的重要依据，智能巡检机器人的应用推进了变电站无人值守进程，提高了正常巡检作业和管理的自动化智能水平，有效降低了劳动强度和运维成本。
关键词：变电站;智能巡检机器人;改进技术
引言
目前，随着科技的不断发展和人民对电力需求的不断增长，电网的电压等级越来越高，受占地面积的影响，变电站的建设趋向于室内。变电站在电网系统中占据着核心作用，其安全稳定运行关系整个电网的安全。针对变电站的运行维护，目前基于站内全局路径规划的变电站机器人巡检已得到推广应用。而室内变电站高压套管、CT、断路器等交流输电系统的重要设备，由于对运行环境较高，均布置于封闭的户内环境中。受限于室内空间的不规则布局及强电磁干扰，目前巡检手段仍非常有限，仅能依靠少量监控设备作为辅助巡检，巡检结果的客观性缺乏保障，巡检数据无法及时、准确的录入信息管理系统。由于巡检手段的局限性，导致运维人员无法及时发现设备缺陷和隐患，国内变电站曾发生由于主变失火未及时发现导致全部核心部件损毁，直接经济损失达数亿元，间接经济损失更是难以估量，严重影响社会和谐稳定。
1智能机器人巡检系统的必要性分析
1.1安全性分析
目前的变电站内设备巡检大都是人工巡检的方式，存在以下不足：巡检人员的工作量大，效率偏低；巡检人员存在安全风险，尤其在恶劣天气下；检测数据分散，而且检测结果的准确性缺乏保障；巡检手段相对单一；人工巡检的数据无法及时、准确的录入信息管理系统，影响了变电站的智能化发展。智能巡检机器人系统通过红外测温、外观检测、仪表检测、声音采集等多种检测手段，代替人工巡检，减少智能机器人巡检系统的改进及推广应用人工巡检工作量，降低人工巡检安全风险，保障检测结果准确性。
1.2效能与成本分析
智能巡检机器人系统将以全自主的检测运行模式逐步代替传统的人工巡检，大大减少运维人员工作量，降低巡检人员遭受电磁辐射的危害；通过红外测温、外观检测、仪表检测、声音采集等多种检测手段有效弥补了人工巡检手段单一的不足，为变电站的安全稳定运行提供保障；根据巡检内容要求，机器人将客观、标准的完成检测作业，改变了人工巡检检测数据分散和检测结果不足的缺陷。后台软件可实现对巡检数据科学、长期管理和智能分析判断，自动出具巡检报告。
2变电站智能巡检机器人改进技术
2.1轨道系统设计
根据户内屏柜的布局，机器人轨道采用S曲线型布置方式，轨道主要有直线轨道和圆弧轨道组成，通过相互拼接完成对户内设备的全方位巡检。为增加巡检的全面性和覆盖性，在屏柜的两侧均布置轨道，进而实现对户内设备的全方位、无死角检测。轨道结构设计水平运动：水平运动的控制是利用自研板卡控制步进电机的转速和正反转实现。此外，还通过I/O采集各个传感器（如限位传感器）的状态，并进行逻辑分析处理，保证机器人的安全稳定运行。升降平台：升降平台的控制主要通过自研板卡控制交流电机的正反转实现，同时使用编码器进行定位，升降平台装有限位开关保证运动的机械安全性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆水平运动轨道驱动系统包括电机及减速器的有机组合，以及小齿轮、齿条，导轨、转轴、轴承、法兰和其他组件。S曲线型运动平台设计对于S曲线型运动平台可采用齿轮齿条传动和滑触线供电。总体运动平台主要包括移动平台、S曲线导轨、升降机构、检测组件等，此部分高度集成。
2.2导航系统
巡检机器人的定位巡检系统采用射频识别（RFID）点的导航方式，电子标签定位。在室外移动机器人常用的各种导航方式中，磁导航具有极高的可靠性、抗干扰能力和室外环境适应性。变电站内磁导航道路设计模式，直角拐弯处RFID设置为两个方向埋设，T型路口在转弯处三个方向埋设，十字路口在四个方向埋设。磁轨迹敷设在道路中间，停靠检测点的RFID埋设在磁轨迹的右侧。普通混凝土路面上采用的RFID规格直径为50mm，厚度8mm，型号为C111003B；电缆盖板上采用RFID的规格为直径50mm，厚度2mm。所有RFID位于沿机器人行走方向纵向磁轨道右侧，检测用的RFID点，其位置由施工人员根据巡检设备信息和现场实际情况合理选取。移动机器人的底部右侧安装RFID读卡器，这样机器人行驶过程中读到任一RFID时，均能识别出机器人所在的位置和行走的方向。
2.3智能巡检机器人在缺陷跟踪时的应用
智能巡检机器人因其工作特性的不间断性和远程可观察性，在缺陷跟踪时也有积极应用。以实际案例说明，智能巡视机器人在少人值守变电站实时监测时的应用:500kV博罗变电站GIS设备SF6压力低告警，已填报危急缺陷，待检修人员来处理前需实时监测SF6压力情况，此时将巡检机器人派遣至该设备SF6压力表观测点前，使其能清晰准确观测该设备压力表数据，运维人员在控制室便可实时掌握该设备压力变化情况，避免人工检测上下奔波耗时耗力，有利于运维人员更好的进行缺陷汇报和相关业务处理工作，弥补人手不足的问题，使简单的人力工作向智能化转移，更加灵活的调配人力资源，提高工作效率。
2.4移动站系统层
首先是自身的目的是为了能够采集导航的定位信息,对这些信息内容有效处理。其次是导航定位系统,其主要包含有导航传感器和定位传感器等部分内容,导航传感器本身是磁导航传感器,能够有效的跟踪地面之前所铺设的相关磁导航运行轨迹,最终实现导航。其次是动力系统,动力系统中包含着电池和电源管理器等相关内容,其在运行的时候,主要是为机器人提供基础的能力,而动力系统主要是为了促使电池得到合理配置和管理。最后是检测采集系统,在移动站系统层中的检测采集系统通常情况下,是为了对摄像机以及红外热像仪等设备提供必要的依据和数据传输。
2.5智能空间ZigBee指纹定位
ZigBee是基于IEEE802．15．4标准的低功耗局域网协议，由于ZigBee特有的优点，在电力等工业领域得到了广泛应用，其定位方法多种多样，以TOF、RSSI和位置指纹法最为常见。RSSI定位是依据节点接收到的信号强度(RSSI)，计算信号传播过程中的能量损耗，通过信号衰减理论模型转化为传播距离;指纹定位是基于与位置相关的RSSI指纹，通过与建立的指纹库匹配得到盲节点的位置，一般分为两个阶段:离线阶段和在线阶段。离线阶段根据环境大小，选取一组位置作为采样点，通过采集参考节点的RSSI指纹建立空间指纹库;在线阶段通过采集的各参考节点信号强度与指纹库匹配，从而估计出盲节点位置。BP神经网络是一种误差逆向传播的多层前馈神经网络，一般由输入层、隐含层(至少一层)和输出层组成，理论上，一个3层的BP网络可以逼近任意非线性系统。由于位置指纹法简单易行，同时BP网络具有较好的容错性和泛化自学习能力，因此指纹定位的离线学习及在线匹配过程可以采用BP网络来实现。
结语
经改进后的智能巡检系统可有效提高巡检作业的质量和效益，提高对缺陷设备的预警能力，从而提高变电站安全生产稳定运行水平，同时可减轻运维人员的劳动强度和安全风险。经过试验现场的运行和检测，该机器人系统行动迅速、采集数据准确、适应性强、定位精度高，已在所辖无人值班变电站的进行了推广应用，具有广阔的发展前景。
参考文献：
[1]变电站智能机器人巡检系统[J].华北电力技术,2015(05):72.
[2]马一鸣.智能巡检机器人在无人值守变电站的应用[D].华北电力大学,2017.
[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:郑文新
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/1
标签：机器人论文; 变电站论文; 智能论文; 系统论文; 设备论文; 指纹论文; 户内论文; 《防护工程》2018年第35期论文;