江苏AGV:巡检机器人的电力巡检技术与应用
变电设备是电力系统供电与传输的枢纽，输电设备是电力系统供电与传输的主干脉络，输变电设备的安全可靠的运行直接影响国民生产和生活。输变电设备巡检工作至关重要，它是预防变电站设备故障的主要手段，是保障供电的稳定和可靠的重要保障。
巡检方式通常包括例行巡检和特殊巡检，例行巡检每周至少2次；特殊巡检一般在高温天气、用电高峰期、新设备运行前以及异常天气情况后进行。检修人员主要通过手持红外热成像仪，平均周期15天，对输变电设备进行测温。现有巡检主要人工巡检，并手动记录监测数据，每次巡视时间长，劳动强度大，人员素质要求高。我国地大物博，存在较多环境恶劣或地势险峻的变电站和输电线路，如高海拔、高寒、高温、大风、多雨地区等，依靠人工在室外长时间进行设备巡检工作难度高、监测结果容易出错。人工巡检存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、管理成本高等明显不足，检测质量与巡检人员的责任心密切相关，人为疏忽很容易导致漏检、误检，为重大电力事故埋下隐患。随着机器人技术的日渐成熟，利用机器人对输变电设备进行检测的需求应运而生。其目的在于及时发现电网运行的事故隐患和故障，如：损伤、异物、发热和漏油等，通过使用巡检机器人能大幅度提高电网运行的智能化程度。
一、输变电设备巡检机器人系统
输变电设备巡检机器人系统由巡检机器人移动站和后台监控系统组成，巡检机器人移动站具有电机驱动控制系统、云台控制系统、导航定位系统、避障模块、可见光摄像机、红外热成像仪、视频服务器、音视频编解码器、工业无线等基本硬件功能模块；巡检机器人后台监控系统包括巡检机器人运动控制，巡检任务设置与调度，可见光和红外图像显示与分析，巡检数据和机器人状态数据查询，变电站设备故障定位、分类、报警处理等基本功能，这些功能按照Webservice技术规范被封装成标准服务，通过统一变电站多源异构系统数据及服务平台，供巡检机器人集中监控中心、统一的变电站设备监控数据分析与运维决策平台、变电站协同联动系统调用。
巡检机器人是整个系统的核心，是完成输变电设备自动巡检的执行体，其室外工作环境和全自主运行对机器人的可靠性和智能化提出更高要求，可靠性和智能化是移动巡检机器人发展的重点。巡检机器人搭载红外热成像仪和可见光摄像头，对变电站设备进行检测。根据《DL/T664带电设备红外诊断应用规范》的要求，红外热成像仪主要对输变电设备如变压器、互感器、电容器、三相CT等设备进行温度监测，可见光摄像头需要对各类表记、开关等进行状态监测。
二、电力设备巡检机器人的应用
随着科技进步、电网发展以及电力体制改革的不断深入，电力系统自动化程度有了很大的提高，变电站值班也开始逐渐趋于无人化或者少人化，而变电站的巡检工作需要运行人员每天都到各个变电站去做定期巡检，采集大量的运行数据，做大量的运行日常巡检工作，同时变电站高电压运行的要求，使得站区面积增大，设备运行环境变得复杂，导致变电站现场巡视工作面临很大的挑战。为了解决这种矛盾，根据电力的实际情况，结合传统的巡检方式，同时兼顾变电站工作模式和机器人技术应用的发展，变电站巡检机器人进入研究和初步实际应用的阶段。
1.变电设备巡检
变电站电力设备巡检工作是值班人员每天的巡检任务，由于工作量较大，工作人员的技术水平良莠不齐，对工作的认真程度也不一致，因此变电站的日常巡检维护不能得到充分的保障，有时甚至不能发现设备的异常状况，无法及时处理问题，可能会造成巨大的经济损失。
保证变电站设备的安全运行，提商供电可靠性是一项基础工作，随着变电站自动化水平的提高及无人值守的普及，变电设备运行可靠性面临更加严峻的考验，变电站巡检受到国网的重视。2013年国家电网开始推出招标计划，在全国变电站范围内推行变电站巡检机器人的应用。
目前国内变电站均采用传统的人工巡视方式，由于受巡视人员心理素质、业务水平、工作经验和精神状态等诸多因素的制约，漏检、误检、缺陷漏发现情况时有发生，并不能保证工作人员到位，这些原因导致设备缺陷得不到及时的处理而引发电路事故，成为变电站运行的一大安全隐患。据不完全统计，2015年全年变电设备漏检、误检造成的直接经济损失达到60亿元以上。因此，传统的人工巡检方式己经满足不了现代化变电站安全运行的要求，变电站机器人代替人工巡检作业任务将是智能电网发展的必然趋势。
2.输电线路巡检
高压输电线路受到来自于自然环境、人为因素及运行状况、设备缺陷、老化等的影响。因此要定期对线路进行巡查和维护，以保证安全运行。在不停电的状态下对架空高压供电线路进行巡视、维修、增架、撤线等作业，越来越受到重视。电网运行要求在输电线路实时数据监测的基础上，推广智能
机器人巡检、直升机巡检、无人机巡检等技术。
开发输电线路智能巡视系统平台。利用移动机器人进行线路勘测、线路对地安全距离的监测，达到选线、建立线路微机台帐和防止树枝碰线等目的；对线路故障进行大范围的快速检查和局部的细致性检查，迅速确定故障点位置、故障性质及严重程度，为事故抢修、抢险的组织及指挥提供可靠的决策依据。
输电线路巡检机器人及其携带的巡检设备能够实现自动定位、跟踪、巡检全过程数字化记录、在线智能诊断缺陷等功能，可以有效支撑对输电线路运行状态的可控、能控、在控，从而实现输电线路智能巡检。有利于提高输电线路的安全性，有利于提高供电的经济性，有利于提高供电的可靠性。
三、巡检机器人需要解决的一些关键技术
1.总体结构
巡检机器人系统通常采用的是分层式控制结构，分为由基站系统层和移动站系统层构成的两层控制结构。采用无线的通信设备连接巡检机器人的基站系统和移动站系统，实现巡检数据的远传和基站命令的遥控。在此基础上，能够方便地接入电力系统生产专用的光纤通信网络，实现与调度中心的数据交换。
2.机械结构
由于机器人工作在有多种障碍物（如防振锤、跳线、耐张线夹等）的柔性架空输电线路上，这种复杂的线路结构决定了巡检机器人的机械本体必须要由行走机构和越障机构两部分组成。
行走机构可采用轮式移动机构和蠕动爬行机构两种形式，而且蠕动爬行较之前者更适宜管路巡检。但是高压输电线的外径尺寸一般都在20mm以内，那么蠕动爬行机构较之轮式移动机构承载能力强的优势就不明显了。为了保证机器人的巡检速度，目前巡检机器人机械结构大多采用轮式移动机构。随着对巡检机器人研究的不断深入，人们对机器人的机构设计必然会提出更高的要求，主要表现在轻量化、操作简单化和越障高效化等方面。
3.电源系统
巡检机器人携带检测通信仪器沿输电线路行驶作业，对线路运行状况及周围环境进行检测和巡视，并将所检测的信息实时向地面传送。由于高压输电线路分布在野外，跨越山川湖泊，因此需要机器人大范围内长时间工作。巡检机器人功率一般为几百瓦，由于受体积和重量的限制，蓄电池组的容量不可能配置太大，因此无法满足长时间供电要求，能源问题已成为巡检机器人续航能力的一个瓶颈，直接制约了机器人的广泛应用。
4.控制系统
控制器种类繁多，通常控制器有下两种方案：高性能单片机、PLC。
5.导航及定位技术
自主导航是巡检机器人应具备的基本功能，也是反映其智能化的关键技术。导航就是规划巡检机器人的行走路径，包括全局路径规划和局部越障规划等。巡检机器人沿架空输电线路爬行，要跨越防震锤、悬垂绝缘子、线夹、杆塔等障碍，行走环境介于结构化和非结构化环境之间，因此导航问题主要为局部越障规划。局部越障规划就是利用环境传感器（如超声传感器、激光测距仪、视觉传感器等）提供机器人周围的局部环境信息，产生下一时刻机器人位姿信息。
变电站巡检机器人导航方式有：激光方式、电磁感应巡线和轨道方式。
6.图像识别和处理技术
红外热成像仪是探测物体内部带点粒子的运动而辐射的能量来测量其温度，是一种无损检测、非接触式、非干扰式测量，具有实时性、快速性。
7.视频监控技术
红外热成像仪的图像仅代表温度信息，而不能清晰的显示变电站电力设备，选择双目视频显示，红外热成像仪图像测量设备温度，高清摄像机实时监控变电站是否有异常现象。
8.通讯技术
通讯模块完成基站和巡检机器人之间的双向数据传输，包括来自机器人的实时视频图像、线路探测传感器数据、机器人位姿状态和由地面基站发出的各种遥控命令等，要求具有带宽高、距离远、抗干扰能力强等特点。
9.在线监测技术
220kV及以上变电站在线监测系统包括四大部分：设备监测部分、通讯和电源部分、通讯集成控制系统和生产管理系统管理模块部分。
四、机器人巡检前沿技术展望
1.无线充电技术
变电站巡检机器人一般都采用接触式供电，在机器人返回充电室充电时，由于接触不好，会给设备带来一定的安全隐患，因此，如何给机器人蓄电池充电是我们必须要解决的问题。可考虑当前已在手机上应用的无线充电技术。无线充电技术其优点在与充电桩与受电端无需接触，不受机器人接触不好、受电端铜氧化而出现对巡检机器人蓄电池无法充电等情况，其可靠性高、操作方便。
2.智能导航技术
导航系统是反映巡检机器人自主特性与智能行为的关键问题之一，也是移动机器人领域的研究前沿和热点，导航系统的目标就是机器人能够根据当前所处的地图环境，自主地从当前位置点和目的位置点之间，搜索出一条可行的最短路径，然后沿着该路径完成从起点到目标点的自主运动。因此，为了保证巡检机器人能够在变电站内长期自主地进行巡检，设计一种适用于变电站环境的定位精度高、抗干扰能力强、运行安全可靠的机器人导航系统是至关重要的。
3.基于移动平台的网络通信技术
通信网络是保证机器人与基站电脑之间进行正常通信的“桥梁”通信信号的好坏决定了监测数据是否可以安全稳定的传输到基站电脑。由十变电站环境极为特殊，几乎可以说是工业领域内最不适合搭建网络平台的环境，无线网络的搭建会遇到非常大的麻烦，因此有必要对这部分内容进行详细的分析。巡视机器人与基站之间的通信系统选用了目前技术较为成熟的无线局域网(WLAN)技术。在理想情况下，巡视机器人上安装有一个工作在客户端模式下的无线网桥，与基站工作在AP模式下的无线网桥相连接，从而实现基站与机器人之间的通信。但由十变电站场区内存在强烈的电磁干扰以及各种金属构架对无线信号产生的遮挡问题，造成了无线网桥的覆盖范围严重受限，尤其在站内主变压器、电抗器、电流互感器以及处十分闹状态的隔离肝关附近干扰最为强烈。因此在出线超过10条的大型室外变电站，点对点式的无线网络不可能覆盖整个场区，必须要考虑多网桥组网的方式。
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点击咨询报价 机器人设备相关问答
问：AGV行进路线上地面凹凸不平是否会产生问题？
答：根据地面条件，地面应和传统磁导向系统使用的地面类似，一般性工厂地坪均可满足。
问：如果偏离路线，ATX智能AGV是否会停止行进？
答：搬送车会在检测到已偏离路线后执行紧急停止，它所能容许的偏离度远远大于传统的AGV，在达到偏离度上限后才会停止。
问：施工和用以调整的试运行需要多长时间？
答：1.客户方实现无反光板激光导航现场不需要任何施工，打破地面磁条与立柱反光板的传统定位模式。
2.具体测试运行时间以客户方现场面积为准。
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