电力巡检机器人在智能配电站室内创新性应用分析

陆巍

摘 要 配电网设备体量巨大，人工巡检受到各種因素的制约，难以跟上时代的发展。随着科技的进步和信息化水平的大幅提高，机器人被应用于人们生活中各行各业，其中电力智能巡检机器人担负着辅助或替代人工对电网设备巡检的职责。智能巡检机器人融合局放、红外、视觉等多种高精度传感技术，采集配网设备的运行状态，应用可视化技术，综合诊断设备的健康水平。智能巡检机器人为设备的状态检修和全寿命周期管理工作提供了可靠的依据。

关键词 机器人；人工巡检；状态检修；全寿命周期管理；局放检测

前言

我国配电网具有“点多面广”的特点，而且配电设备的体量快速增长，现有的人工巡检难以满足周期要求。人工巡检受到人员素质、设备水平影响较大，巡检结果不具有一致性。另外，人工巡检属于被动巡检，设备故障隐患发现不够及时，不能及时消缺，易造成故障扩大的同时，威胁着巡检人员的安全。目前，国家电网公司综合电改的因素，投资由之前的粗放型向精细化转变，设备的“状态检修”被提及上来，是延长设备使用寿命的重要手段。因此，随着机电一体化和传感技术的发展，机器人巡检被应用到配网建设中来，它能够实时反映设备的运行状态，提前发现隐患，保障设备正常运行，较少故障率，提高客户的满意度和供电可靠性。

1 机器人发展情况

1.1 国外发展概况

日本具有国际上最先进的机器人技术，就全世界范围来看，全球工业机器人约有4成在日本。不论在技术方面，还是在市场规模方面，日本可以称得上是“机器人大国”。日本在2004年5月发布的“新产业发展战略”中所指出的7个产业领域，机器人产业也是其中之一。

美国是机器人的诞生地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，比起号称机器人王国的日本起步至少要早五六年。经过40多年的发展，美国现已成为世界上的机器人强国之一，基础雄厚，技术先进。目前，美国工业机器人供应商有Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation等公司。

德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五六年，但战争所导致的劳动力短缺，国民的技术水平较高等社会环境，却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外，20世纪70年代中后期，德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推广开辟了道路。“改善劳动条件计划”为机器人的应用开拓了广泛的市场，并推动了工业机器人技术的发展。据统计，截止到2009年底，德国运行的工业机器人为14.58万台。目前，德国工业机器人供应商有KUKA、CLOOS等。

国际上一些大的工业机器人制造厂家和品牌主要分成两大体系，以日本为代表的日韩系，以德国为代表的欧系，其中ABB、安川、发那科三大品牌占据了全球51%的市场，KUKA、OTC、川崎、松下等几大品牌占市场份额的40%以上。

1.2 国内发展概况

我国的工业机器人研究开发工作始于20世纪70年代初，前10年处于研究单位自行开展研究的状态，发展比较缓慢。1985年后开始列入国家有关计划，发展比较快。我国近几年工业机器人自动化生产线不断出现，并给用户带来显著效益。机器人自动化生产线装备的市场刚刚起步，而国内装备制造业正处于由传统装备向先进制造装备转型的时期这就给机器人自动化生产线研究开发者带来巨大商机。目前正在逐步建立上海、沈阳、北京、昆山、唐山、成都、徐州等工业机器人产业基地，开发出一批有市场前景的，具有自主知识产权的工业机器人及其自动化生产线产品。

2 机器人电力设备巡检

在电力行业，最新开展的是变电站的户外机器人的巡检，随着电网由变电向配电的注重倾向，配电站室机器人巡检逐渐崭露出来，从2015年开始，国内在站室内巡检机器人市场占有是以科大智能为首的几家专业做机器人的公司。至目前，配电站室机器人已应用于北京、天津、上海、山东、安徽、浙江、海南等省市。

机器人应用于配电站室内主要基于机电一体化和光电传感技术来替代运维人员“看”配电设备的运行状态。包括断路器、接地刀、信号灯、转换开关、仪表等状态，开关柜体内部的局放水平以及设备的温升情况[1]。

3 应用描述

针对开闭所或者配电房，围设备关间隔架设轨道，巡检机器人运动于轨道上，空间上多维度检测设备，采集数据汇总分析，实现站内环境、设备运行情况的全面监测。

3.1 系统构成

配电站室机器人通过一个自主运行的机动平台，搭载多组高性能监测仪器，对开关柜及变压器设备进行全天候监控。温湿度传感器以及视频监控等辅控系统的应用实现站内的全局环境的可视化。在降低综合运营成本的同时，提高先进运营水平。系统架构如下：

该电力巡检机器人系统，主要由三大部分组成：探测器主机、站内终端、和远程终端。其中主机用于执行设定任务，监测设备状态并反馈相关信息，站内终端用于储存信息并进行信息通讯与执行反馈，远程终端进行集中监控设备状态并及时传达。

3.2 功能概述

（1）检测功能

利用红外热成像对一次设备的热缺陷进行检测，透过特制的红外玻璃，可检测设备内部温度。检测内容涉及电缆接头、电缆表面、铜排及搭接处红外测温；

利用可见光视频监控检查设备的运行情况，工业相机视觉识别设备面板上各种数显表、指针表、信号灯以及转换开关等的状态信息；

（2）局放检测功能

采用超声波+TEV暂态地电压两种方法去检测每个设备间隔中的局放水平。其中超声波采用非接触式测量，TEV采用接触设备面板缝隙处测量。

采集A、B、C、D四个点位置的局放值，选取最大值作为此间隔的局放水平值。

（3）分析报警功能

系统智能分析设备故障或缺陷，诊断故障，针对异常情况自动预警；自动记录设备巡检、红外测温以及局放水平等参数信息，并形成报表；提供设备红外图像库和局放数据对比。

（4）控制功能

巡检人员在监控后台进行巡视可以对机器人进行手动控制；可以实现变电站室内设备巡检的本地及远方控制；可代替人工实现开关、刀闸操作后位置的校核。

（5）特殊巡视

站内的配电间隔有带重要负荷的作为重要间隔，机器人做重点巡视；针对未带负载的备用间隔，机器人可以只检测某些关键点。对于系统内数据分析判断某些间隔需要重点巡视的，可以选择针对这些点展开特殊的巡视。

4 效果分析

4.1 创新型巡检模式

突破原有的“运行检修人员发现故障——上报问题——缺陷审核——建立工单——等待消缺”的被动处置模式，转变为“运维团队主动巡检发现问题+异常申告建立工单——本地运维团队及时处置——现场验收消号”的全新运维管理模式。检修中所有过程均有相关记录，所有问题均进入隐患缺陷库闭环管理，契合变电站标准化管理检查的相关要求，即减轻了运维的工作量，也可使异常隐患在未发展严重前即得到处理。

4.2 全方位巡检

运维人员业务素质、心理素质各有差异，在巡视的过程中，容易受到这些因素的影响，而无法保证巡视的质量。

配电站室机器人具有简单合理的识别体系和准确可靠的识别方法，可实现对现场的视频监控、音频监控和专业的红外传感器监控。根据监控需要，通过任务参数的设置，定时和定点巡逻计划。

机器人通过横向（X轴）、纵向（Y轴）、Z轴三维运动，实现对配电间隔的全方位的立体检测，高效准确的判断设备运行情况。

4.3 數据诊断分析

配电站室机器人巡检系统具备红外测温，局放检测、可见光视觉识别、遥识通信等等功能。相比于人工巡检只是单纯的判断设备的状态好坏，智能巡检机器人系统具有对采集的数据全面分析的功能。系统通过对历史数据报表的分析，做出历史趋势报警决策以及多状态数据综合判断指令。在以大量的诊断分析数据为基础，建立自学习型专家诊断库。同时将数据的分析结果纳入电力设备的全寿命周期管理进程中。

4.4 状态检修

通过对历史数据的分析，形成历史数据曲线，对设备状态趋势进行判断，诊断设备的健康水平，对设备全寿命周期管理提供依据。根据分析结果，合理制定设备检修策略，实施全程检测和维护，做到“有的放矢”。

4.5 建设智能配电站

智能配电房作为智能电网的重要组成部分，它的正常运行是供电可靠性以及客户满意度的重要保证。配电房智能机器人巡检监测与配电房的辅控系统共同承担了智能配电房的安全运行，也是未来主动配电网的重要组成部分。

参考文献

[1] 骆敏舟.工业机器人的技术发展及其应用[J].机械制造与自动化，2014，44（1）：1-2.