傳統(tǒng)的變電站值班員進(jìn)行人工巡檢，人工巡視過程存在意外風(fēng)險發(fā)生頻次高、巡視效率低等不足。近幾年，隨著新型前沿技術(shù)迅速發(fā)展，智能巡檢機器人在輸電線路、火力發(fā)電、變電站智能化等領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得了長足進(jìn)步[1-6]。近幾年，智能巡檢機器人、無人機等新型前沿技術(shù)發(fā)展迅速，取得了長足進(jìn)步，2019 年 7 月份，南方電網(wǎng)成立了全球首家數(shù)字電網(wǎng)研究院，擬加快推動智能電網(wǎng)、數(shù)字南網(wǎng)建設(shè);其下屬的大數(shù)據(jù)中心主要推行無人機巡飛、智能機器人巡檢等，已經(jīng)實現(xiàn)了高壓變電站的操作無人化、站內(nèi)運維智能全覆蓋、設(shè)備 24 小時運維，高度集成監(jiān)測、巡視、操作、維護(hù)、檢修、安防、新能源等多領(lǐng)域的智能化技術(shù)，走在了電力行業(yè)改革的最前沿，為新能源智能運維打下了根基。

　　針對變電站智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計、研究以及集成系統(tǒng)部署方案建設(shè)，諸多學(xué)者致力于理論與應(yīng)用研究，并取得了一定成績。文獻(xiàn)[7]從本體功能、后臺監(jiān)控、無線傳輸?shù)确矫娼榻B展示了機器人巡檢系統(tǒng)的設(shè)計思路和各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù);文獻(xiàn)[8]以遙控業(yè)務(wù)鏈為例，將介紹業(yè)務(wù)鏈各環(huán)節(jié)的模型映射方法、各協(xié)議關(guān)鍵信息點的關(guān)聯(lián)方法有機結(jié)合，進(jìn)一步提出了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視業(yè)務(wù)鏈分析展示方法以及在智能變電站的應(yīng)用;文獻(xiàn)[9]介紹了一種基于移動機器人的設(shè)備巡檢系統(tǒng)在智能變電站的應(yīng)用情況為智能變電站或無人值守變電站的運行管理提供了一種創(chuàng)新型的設(shè)備檢測和監(jiān)控手段;文獻(xiàn)[10]選取典型機型的變電站巡檢機器人進(jìn)行了試驗,總結(jié)分析了主要性能指標(biāo)現(xiàn)狀,提出機器人巡檢范圍、機械功能、抗干擾等幾個方面的改進(jìn)建議。

　　針對新能源智能巡檢，目前面臨較多問題，主要如下：一是各場站分布偏遠(yuǎn)且分散、單個裝機容量較小;二是場站工作條件艱苦;三是場站運維人手不足、部分消缺工作不能及時開展。目前，新能源場站的智能巡檢方面出于起步階段，在智能機器人運維技術(shù)運用方面有待突破[11]。 本文主要設(shè)計實現(xiàn)一套針對光伏站的電力巡檢機器人系統(tǒng)，智能巡檢機器人可根據(jù)操作人員在管理平臺的任務(wù)操作或預(yù)先設(shè)定任務(wù)，變電站現(xiàn)場工作人員可通過機器人后臺管理系統(tǒng)收到的實時圖像與數(shù)據(jù)等信息，實現(xiàn)變電站的設(shè)備現(xiàn)場無人巡視工作，成功應(yīng)用于普格洛烏溝光伏站。本文核心章節(jié)構(gòu)成如下：(1)第 1 章重點介紹變電站智能巡檢監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案和實現(xiàn)技術(shù)，主要包含機器人功能設(shè)計、智能巡檢方案的總體構(gòu)架設(shè)計、機器人無線局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計、機器人巡檢方式設(shè)定、機器人后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計五部分;(2)第 2 章主要介紹所構(gòu)建的機器人巡檢系統(tǒng)在光伏電站的實例應(yīng)用介紹和經(jīng)濟(jì)性分析，主要包含機器人主要性能參數(shù)、機器人視頻監(jiān)控技術(shù)、機器人后臺監(jiān)控管理平臺、機器人調(diào)試過程、機器人智能巡檢經(jīng)濟(jì)性分析五部分。

　　1 變電站智能巡檢監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

　　1.1 智能巡檢機器人主要用途智能巡檢機器人將變電站中實時采集的數(shù)據(jù)、電子圖像，基于無線傳輸技術(shù)發(fā)送到后臺管控中心系統(tǒng)，及時監(jiān)控運行設(shè)備運行/故障狀態(tài)并實施目標(biāo)警告，并自動生成巡檢報告，可有效提高變電站內(nèi)電氣設(shè)備的運行安全。當(dāng)緊急或異常情形出現(xiàn)時，智能巡檢機器人作為移動監(jiān)系統(tǒng)，可有效代替人工巡檢及時排查故障原因，保障人身安全，提升生產(chǎn)效率。智能巡檢機器人在表計讀數(shù)超出范圍或其它缺陷能夠自動報警并自動生成記錄。SF6 壓力密度、油位、紅外測溫、溫度、泄漏電流等表計讀數(shù)能自動生成歷史曲線。繼保室設(shè)備告警信號、告警信息、壓板信息，35 kV 開關(guān)柜開關(guān)位置、斷路器開關(guān)位置，室內(nèi) GIS 斷路器開關(guān)位置等信息自動識別，并自動生成歷史曲線。智能機器人應(yīng)具有與站內(nèi)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、安防、消防、調(diào)度自動化、一體化平臺等系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的功能，實現(xiàn)聯(lián)動。

　　1.2 智能巡檢方案的總體構(gòu)架設(shè)計普格洛烏溝光伏站巡檢工作主要包含主控室繼保室巡檢區(qū)域、室外變壓器巡檢區(qū)域、GIS 巡檢區(qū)域、 GIS 室外進(jìn)線及避雷器巡檢區(qū)域、35 kV 配電室、SVG 巡檢區(qū)域、刀閘及變壓器巡檢區(qū)域。整個站內(nèi)大體巡檢區(qū)域示意圖如上圖 1 所示，虛線區(qū)域為巡檢路線擬規(guī)劃路徑，方案設(shè)計考慮該光伏站為高海拔地區(qū)，低溫天氣巡檢機器人電池續(xù)航能力較低的情況，針對繼保室、35 kV 室分別部署巡檢機器人自主充電樁，保證巡檢機器人就近進(jìn)行電量補充，保證巡檢質(zhì)量。

　　1.3 機器人無線局域網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計普格洛烏溝光伏站巡檢區(qū)域分布較多，存在室內(nèi)外巡檢區(qū)域，單接入點(Access Point, AP)[12-13]部署無法滿足較好的巡檢數(shù)據(jù)傳輸要求，方案設(shè)計實現(xiàn)對不同區(qū)域進(jìn)行漫游組網(wǎng)覆蓋。針對不同巡檢區(qū)域部署 AP，通過綜合集成單元硬件控制器來完成巡檢機器人在不同巡檢區(qū)域進(jìn)行漫游切換，實現(xiàn)高質(zhì)量的信息傳遞工作。

　　1.4 機器人巡檢方式設(shè)定智能巡檢機器人常用巡檢方式可分為定點定時巡檢與遠(yuǎn)程遙控巡檢。其中，定點定時巡檢指根據(jù)設(shè)定路徑和巡檢目標(biāo)點，通過設(shè)定巡檢時刻和時長，對待檢設(shè)備進(jìn)行自動檢測;遠(yuǎn)程遙控巡檢是指操作人員可以通過電腦控制遠(yuǎn)程遙控機器人，完成云臺動作、機器人路線行駛、監(jiān)控數(shù)據(jù)和圖像的實時采集。

　　1.5 機器人后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計光伏站巡檢機器人后臺部署至站內(nèi)主控室，圖 3 所示為機器人后臺監(jiān)控系統(tǒng)的總體功能框架。機器人后臺監(jiān)控主要用于機器人控制管理、巡檢任務(wù)管理、巡檢結(jié)果分析、用戶操作設(shè)置、實時監(jiān)控等工作。

　　2 實例展示

　　2.1 機器人主要性能參數(shù)機器人外觀展示圖如圖 4 所示。本文設(shè)計的變電站智能巡檢機器人是專業(yè)為變電站巡檢設(shè)計的機器人，集成了激光雷達(dá)定位功能[15]、紅外測溫技術(shù) [16]、機器視覺技術(shù)[17]、數(shù)據(jù)分析與決策支持系統(tǒng)等核心技術(shù)，可有效替代現(xiàn)場人工巡檢人員開展設(shè)備儀表數(shù)據(jù)讀取、溫度檢測、開關(guān)狀態(tài)判定、聲音異常采集等各類巡檢工作。智能巡檢機器人的詳細(xì)功能介紹詳見表 1，其主要性能參數(shù)見表 2。機器人外殼前后端安裝軟性塑料，防止機器人故障后誤撞人和設(shè)備。外殼防護(hù)性能應(yīng)至少符合國標(biāo) GB-4208 中 IP54 的要求[18]。

　　2.2 機器人視頻監(jiān)控智能巡檢機器人自身具有紅外視頻圖像、可見光的實時采集功能[19]，工作人員通過操作上位機軟件完成紅外溫度監(jiān)控系統(tǒng)移動與定位，并自由控制云臺旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)目標(biāo)物體的近距離觀測拍攝，將監(jiān)控范圍擴(kuò)大覆蓋到盲區(qū)。同是，智能巡檢機器人的紅外視頻圖像、可見光的實時采集功能，可有效拍攝出巡檢環(huán)境內(nèi)各種設(shè)備高清圖像和紅外熱成像，并經(jīng)無線局域網(wǎng)將采集到的圖像視頻信息實時傳輸?shù)胶笈_主控制系統(tǒng)，在后臺主控制系統(tǒng)的工作人員可依據(jù)接受到的視頻、圖像，對巡檢設(shè)備的運行狀態(tài)好壞做出及時有效判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備有異常情況，工作人員可立即查清設(shè)備問題的原因，并迅速采取相應(yīng)措施以排除隱患。

　　2.3 機器人后臺監(jiān)控管理平臺機器人巡檢主管理界面參考如圖 6 所示，該界面參考國家電網(wǎng)相關(guān)規(guī)范設(shè)計，主要機器人巡檢工作進(jìn)行后臺監(jiān)控管理。后臺監(jiān)控系統(tǒng)主界面如圖 6 所示，該界面各窗口功能主要如下說明：(1)機器人自身狀態(tài)監(jiān)視功能 “機器人信息”窗口可以實時監(jiān)視機器人自身狀態(tài)，包括控制模式、當(dāng)前運動速度、當(dāng)前角度位置、機器溫度、電池電量狀態(tài)等信息。(2)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)視功能 “環(huán)境信息”窗口主要反映安裝在現(xiàn)場氣象站返回到的實時狀態(tài)信息值，可以實現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境實時監(jiān)控，包括設(shè)備現(xiàn)場的溫度、風(fēng)速、濕度等信息量。(3)任務(wù)信息監(jiān)視功能 “任務(wù)信息”窗口可以實時監(jiān)視當(dāng)前任務(wù)信息，包括巡檢任務(wù)類型、告警設(shè)備數(shù)、機器人當(dāng)前動作、表計識別數(shù)值、當(dāng)前任務(wù)描述。

　　3 結(jié)束語

　　本文以普格洛烏溝光伏電站實際勘查情況出發(fā)，將智能巡檢機器人等新技術(shù)與新能源場站將結(jié)合，設(shè)計實現(xiàn)一套針對光伏電站的電力巡檢機器人系統(tǒng)。工作人員通過遠(yuǎn)程操控智能巡檢機器人完成變電站設(shè)備的巡檢任務(wù)，可以使工作人員遠(yuǎn)離現(xiàn)場帶電設(shè)備，有效減少意外人身事故的發(fā)生;通過機器人巡檢從而代替人工巡檢，有效解決了現(xiàn)階段人手不足，有效節(jié)約了人力資源成本，不僅為新能源場站的新的運維模式提供了可靠借鑒，還為變電站無人值守模式的推廣提供了創(chuàng)新技術(shù)支撐。下一步主要圍繞機器人智能巡檢系統(tǒng)設(shè)備運維，進(jìn)行精益化成本管控相關(guān)方面研究。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 彭向陽, 錢金菊, 吳功平, 等. 架空輸電線路機器人全自主巡檢系統(tǒng)及示范應(yīng)用[J]. 高電壓技術(shù), 2017, 43(8): 2582-2591.. Peng Xiangyang, Qian Jinju, Wu Gongping, et al. Full Automatic Inspection System and Its DemonstrationApplication Based on Robot for Overhead Transmission Lines. High Voltage Engineering, 2017, 43(8): 2582-2591.

　　[2] 騰云, 陳雙, 鄧潔清, 等. 智能巡檢機器人系統(tǒng)在蘇通 GIL 綜合管廊工程中的應(yīng)用[J]. 高電壓技術(shù), 2019, 45(2): 63-71. Tengyun, Chen Shuang, Deng Jieqing, et al. Application of Intelligent Inspection Robot System in Sutong GIL Utility Tunnel Project[J]. High Voltage Engineering, 2019, 45(2): 63-71.

　　[3] 黃山, 吳振升, 任志剛, 等. 電力智能巡檢機器人研究綜述[J]. 電測與儀表, 2020, 57(2): 26-38. Huang Shan, Wu Zhengsheng, Ren Zhigang, et al. Summary of Research on Power Intelligent Patrol Robot[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2020, 57(2): 26-38.

　　《光伏變電站智能巡檢機器人功能設(shè)計與實現(xiàn)》來源：《電測與儀表》，作者：喻洋，董明知