电缆隧道运行中巡检机器人的有效运用

宝钢湛江钢铁有限公司 张景忠

目前我国电缆隧道中出现最多的故障就是电缆老化、渗水、电缆自燃以及线缆老化腐蚀破损等问题，由于隧道环境特殊，在传统的隧道巡检过程中不仅工作难度大、人工巡检成本高，且极易因人工失误而出现安全隐患。随着电缆隧道机器人巡检的运用，能用极短的时间确定出现故障的位置，并及时对故障进行处理，不但能降低电缆火灾的发生，还能保证电能的正常输出，避免相关操作人员受到一定的伤害。此外，在电缆隧道运行中运用机器人开展巡检工作还能使输电安全检测的自动化进程得到有效提升。

1 巡检机器人现状概述

1.1 巡检机器人应用现状

20世纪60年代坦福研究所首先开发出了一种能够自动移动的机器人。而随着科技的不断进步，机器人技术的快速发展，电巡检机器人也随之应运而生。这种机器人可通过手动进行控制，工作空间不到1米，而工作深度却能够达到200米以上。隧道巡检机器人的出现使隧道的检查工作流程变得更为简单，大大提高了隧道巡检的效率。隧道巡检机器人将超声波传感、摄像机等多种方式结合起来在隧道内进行检测。在我国对于电缆隧道巡检机器人的研究相对起步比较晚，主要是将改进现有机器人作为主要研究方向，提出相应的改进方案，或是扩展其承载的功能。

轨道巡检机器人可借助自身携带的热红外成像仪及高清摄像头等对隧道内的情况进行实时监控，帮助用户了解隧道内有害气体、光照度、烟雾等具体数据，通过监控云平台控制轨道巡检机器人，并借助监控平台来控制机器人，包括数据接入、统计、GUS 定位、储存及立体展示等。系统还具有火灾报警的能力，灭火机器人可在实际巡检的过程中第一时间到达事故位置进行火情处理。所以，电缆隧道环境下使用轨道巡检机器人要明显优于其它类型机器人，更有利于保护隧道电缆。

1.2 我国电缆隧道巡检的现状

随着电力的不断发展和城市化进度的不断推进，越来越多的电厂、城市自己工矿相关企业都开始通过地下电缆隧道的方式来满足日常的供电需求。这不仅减轻了地面电缆的铺设，同时也缓解了道路交通中铺设电缆的隐患。另一方面，采取隧道电缆铺设方式还增加了电缆使用寿命，同时使电能在传输过程中可能发生的电气事故隐患也明显降低。然而通过地下隧道的方式铺设电缆同样也增加了电缆巡检的难度，由于目前对现有电缆隧道的管理不完善，导致大部分的电缆隧道存在一定的火灾和有毒气体等安全隐患。检测人员若在日常巡检过程中未按照相关规定佩戴好相应的防毒、高温等设备，则极易受到烟气、高温自燃有害气体的影响而对生命造成威胁。

2 电缆隧道巡检机器人相关技术分析

隧道巡检机器人在整个电缆隧道巡检工作中具有非常重要的作用。目前较为常用的巡检机器人包括履带机器人、轮式机器人、多足机器人及轨道机器人等。机器人的形式不同其所展现出来的特点也不相同。轮式机器人相比运动结构更为简单，但具有灵活的转向功能，机动性极高，通常适用于经常移动的场所，如交通隧道的维护和检修等情况[1]；履带式的机器人更能适应比较复杂的地面状况，越障能力相对较强，其性能明显要比轮式机器人更为优越；导轨机器人在开展巡检工作时主要是沿着事先制定好的路线行走，一般情况下会绕道直达目的地。而电缆隧道的主要特点就是空间较小，机器人在接近处在地面上的电缆时，由于空间不足常会直接翻过障碍物，但这种行为会对电缆自身的稳定性带来一定的影响，因此，使用路径较为稳定导轨机器人能有效避免对电缆带来的伤害。

巡检机器人主要是针对电缆隧道的特殊环境，对出现的电缆老化、渗水、腐蚀以破损等情况进行准确定位，并发送警报。通过轨道巡检机器人不但能够降低风险，同时还能够有效的提高巡检工作效率，确保其电能输出的可靠和稳定性。目前巡检机器人的主要技术包括以下几点。

2.1 控制结构

巡检机器人控制系统相对较为灵活，主要是由数据采集、远程主机以及控制板组成，通常是采用镁铝合金制作而成，重量基本在10kg 以内，封闭的外壳设计能能够有效的保证机器人的涉水与防水能力。巡检机器人的远程主机能够提供实时交互界面，将机器人采集的所有数据信息显示出来，同时用户端还可通过无线通讯系统实现对机器人的控制。机器人的主控制板中包含了其运行的各种器件，例如处理器需要完成对巡检电机以及导航的控制、数据传输等重要任务，数据的采集系统则需要集成烟雾、有害气体、温湿度、光照度等传感器和定位装置，借助无线通信对所获得的信息进行处理，并及时将处理结果反馈给主控制板[2]。

2.2 驱动结构

巡检机器人在设计理念上主要是选用的轻量化的方式，在制作上采用密度小、性能好的材料，以此来降低工作的重心，同时用复合越障机构的设计方式与之配合，使得机器人整体不但操作简单，而且越障性能良好，搭配摆臂进行支撑就能够轻松的越过隧道中可能出现的障碍物，并能够顺着电缆线进行运动，可控云台配备高清摄像头和红外热成像仪器，能够轻松的将电缆隧道内的实际影像及时的传递出去，形成实时监控。

2.3 定位系统

巡检机器人最主要的基本功能就是定位，通过自带的导航定位系统对隧道内的位置进行确定，能够准备的将电缆线路存在的故障点表示出来，在整个电缆隧道巡检中具有非常重要的意义。现阶段，巡检机器人中较常用的定位系统包括主被动标识定位、有测程定位以及GPS 定位系统等。同时，通过导航定位也可对巡检机器人的运行路线进行合理的规划。电缆隧道内部的结构比较复杂，巡检机器人在运行过程中需要跨越多种不同类型的障碍物，因此须借助导航与定位系统规划出最为合理的行走路线，巡检机器人自带视觉传感器，能通过电缆隧道内部的环境信息来展开定位工作，具有极强的分辨力，探索范围也相对会更广，定位也更为精准，能帮助电缆隧道巡检机器人制定出最为科学的行走路线[3]。

2.4 故障排查

电缆隧道巡检机器人的故障排查系统更加智能化，主要包括红外技术探测以及视觉检测等内容。例如，隧道内的没有温度过高的电缆，但通过图像分析识别发现大部分的电缆都处于工作状态，且高于45°，如果保持这种情况超过24小时则软件平台会发出提示性预警。根据电缆隧道自身独特的环境要求，对整个工作过程进行详细的分析，设计出更为智能化的控制体系，确定后台与机器人之间的数据信息互通，利用相应的编程软件来实现用户端与巡检机器人之间的实时图像传输和数据信息的接收等功能。

3 电缆隧道巡检机器人的特点及应用

3.1 电缆隧道巡检机器人的特点

由于电缆隧道的内部环境比较复杂，因此在对巡检机器人进行设计时需要满足其能够有效克服环境障碍、系统可靠、远程控制、移动载体高以及检测环境等方面的要求。根据电缆隧道任务的实际要求规划，电缆的履带设计具有极高的优点：首先，能够实现自动检测，工作效率也相对较高，能够节省下来更多的劳动力；其次，巡检机器人的体积较小，结构也相对较为简单，具有极强的可操作性，运动也更为灵活；最后，巡检机器人具有极强的越障碍能力，能够更好的开展巡检工作。

3.2 电缆隧道巡检机器人的工作过程

电缆隧道通常在地下且分布较多。隧道内部常会出现淤积、渗水以及积水等情况，这也在一定程度上加大了隧道敷设的难度。由于在隧道敷设的过程中，极有可能会有碎片颗粒不能及时清理干净，严重的影响了巡检机器人的正常工作[4]。由于隧道内部环境较为复杂，巡检机器人需要较长的时间来进行工作。机器人在隧道中开展工作时，不但要确保机器的灵活性，同时还要通过无限通信技术对其进行检测，在巡检机器人正常工作时，需要保证其能量充足。

机器人自隧道的入口进入，为了防止通信信号受到干扰，需要在隧道入口处安装通信单元，操作人员可借助地面控制台对机器的行走轨迹进行控制，然后将其检测到的声音、温度、有害气体的浓度以及图像等数据信息传递送给相关地面操作人员。在地下隧道运行期间，机器人若遇到小石子或者积水、不平整等情况，可轻松的检测出障碍的属性，在绕道后继续前行。

3.3 电缆隧道运行中巡检机器人的应用

电缆隧道内部环境较为复杂，通风效果极差，而且线路一直处在运行的状态，很容易出现自然老化、腐蚀或者是受到一些生物的啃噬而出现火灾等情况，再加上隧道空间狭小，维修人员很难再第一时间进入到隧道内部开展巡检工作，所以一旦有火灾等险情出现，火势将会迅速蔓延形成难以控制的局面。若不能及时的进入现场展开救援控制火情，将会导致停电等事故，同时也会为后续的恢复工作带来一定的困难，会对经济和社会带来严重的损失。

运用电缆隧道巡检机器人则可有效的避免这一情况的发生。能够及时精准的确定火灾发生的位置，并且其自带干粉灭火装置，当所处温度达到一定数值时，电缆隧道巡检机器人就会通过通信系统与地面取得联系，接受地面远程控制平台的指定，然后执行指令发射灭火干粉开展救火行动。与此同时还可对出现老化、腐蚀以及破损的电缆进行及时的修复和定位，进而提高电缆的寿命，降低电缆火灾事故的出现概率，极大程度的降低对电缆造成的损害[5]。

除此之外，为了保证电缆巡检机器人能够在较为复杂的环境中稳定安全运行，巡检机器人的所有控制程序接收和发送的指令都是通过无线网来实现的，通过巡检机器人内部的无线网卡以及后台控制系统，能够实现两台计算机摸网络连接。而在控制系统相应的要求上，则是借助编程软件设计出服务器与用户端之间的通信软件，进而实现图像数据信息的无线传播、实时采集等功能。

在电缆隧道巡检机器人中，配备了具有极强的抗干扰能力、高带宽、传输距离足够远的相关通讯模块。可实时的将电缆线路的图像传送到用户端中。在隧道巡检机器人设计完成以后，需要对其进行结构与功能性方面的测试。确定其具备一定的可靠性和合理性。通常会进行翻越、爬坡、无线通讯等方面的测试分析，通过测试确保其能够翻越设置的障碍物，成功爬坡，能够明确控制台下达的指令，可顺利进行电缆隧道巡检工作，为电缆隧道巡检提供保障。

图1 电缆隧道巡检机器人

4 结语

电缆隧道巡检机器人在整个电缆隧道巡检工作中发挥着非常重要的作用，多样化的巡检机器人能够有效的精准确定电缆出现故障的位置，提高巡检的工作效率。隧道巡检机器人的设计与开发作为自动化领域的研究热点，一直收到广大研究人员的青睐。在科技迅速发展的时代，隧道巡检机器人能够搭载的设备、传感器种类也会越来越多，相应的电缆故障的诊断与排查效率也会随之提高，精准度也在不断提升，自动机器人的应用范围也必然会越来越广泛。