电力智能巡检机器人研究

电力智能巡检机器人研究

丁淑云1   ,辛晓莺2

1. 河南京能滑州热电有限责任公司  河南省安阳市   456400
2. 2.京能秦皇岛热电有限公司河北省 秦皇岛市 066000

摘要：使用电力智能巡检机器人是电网智能化得以实现的重要手段，是智能电网未来发展的重要方向。因此，本文先对电力智能巡检机器人国内外研究情况进行分析，然后探讨了电力智能巡检机器人关键技术，以供参阅。

关键词：电力；智能；巡检；机器人；技术

1电力智能巡检机器人国内外研究情况

电力巡检机器人的早期研究主要集中在日本、美国等国家，早在1980年，日本就开始将移动机器人应用于变电站中，采用磁导航方式，搭载红外热像仪，对154kV~275kV变电站的设备致热缺陷进行检测；八十年代末期，日本研制出了地下管道监控机器人，用于监测275kV地下管网内的温度、湿度、水位、甲烷气体、声音、超声、彩色视频图像等；九十年代，日本又研制出了涡轮叶片巡检机器人，配电线路检修机器人等应用于不同场景的巡检机器人。2008年，巴西学者J.K.C.Pinto等人设计了一种配备WiFi和红外热像仪的高空滑行变电站巡检机器人，对变电站电力设备的致热点进行检测；美国研发的变电站检测机器人，能够实现电力设备自动红外检测，并使用检测天线定位局部放电位置。2013年，加拿大研制出了一种检测及操作机器人，采用GPS定位方式，在735kV变电站实现视觉和红外检测，并能远程执行开关分合操作。新西兰研制的电力巡检机器人，采用GPS定位，具备双向语音交互以及激光避障功能。从2016年CARPI会议(国际电力机器人学术会议)上所发表论文及研究成果而言，近十年来，电力巡检机器人行业主要由中国引导，其专利、产品数量以及应用规模远远超过了其他大洲的数量。经过数年的市场应用和推广，目前国内的电力巡检机器人行业按应用场景可分为室外巡检机器人、室内巡检机器人、电缆隧道巡检机器人、巡检无人机四大类。在中国，国家电网公司于2002年成立了电力机器人技术实验室，主要开展电力机器人领域的技术研究。2004年，研制成功第一台功能样机，后续在国家“863项目”支持和国家电网公司多方项目支持下，研制出了系列化变电站巡检。综合运用非接触检测、机械可靠性设计、多传感器融合的定位导航、视觉伺服云台控制等技术，实现了机器人在变电站室外环境全天候、全区域自主运行，开发了变电站巡检机器人系统软件，实现了设备热缺陷分析预警，开关、断路器开合状态识别，仪表自动读数，设备外观异常和变压器声音异常检测及异常状态报警等功能，在世界上首次实现了机器人在变电站的自主巡检及应用推广，提高了变电站巡检的自动化和智能化水平。

2电力智能巡检机器人关键技术

2.1巡检机器人系统架构

电力智能巡检机器人包含多种关键技术，其中移动机构是重要的内容，由于电力智能巡检机器人中所使用的仿生机构应用较多，各机械关节较多、结构复杂，体积较大，适应能力与承载能力存在进步的空间，尤其是由于关节多的特点，使得其运动控制难度系数较大，因此，在控制智能机器人的过程中需要对精度进行精确把控，由于机器人在操控的过程中与人体动态特征存在较大差异，在使用的过程中会受到设备灵活性的制约。因此，电力智能巡检机器人需要具有小巧、灵活的特征，确保其在使用的过程中能够满足线上线下工作，但就当下情况而言，我国电力智能巡检机器人，还未达到实际需求的目标。虽说经过大量研究者的努力，轻材质机器人的出现在一定程度上减少了电子智能巡检机器人的重点，但同时，也导致机器人驱动力严重不足。电力智能巡检机器人在系统架构方面一般由检测层、传输层、接受层组成。下图为电子智能巡检机器人系统架构构成示意图。

2.2巡检机器人功能模块

2.2.1控制模块

由于电力行业的特殊性，使得电力智能巡检机器人的使用环境愈加的复杂，所以对于电力智能机器人控制系统要求较高。例如能够确保电力智能巡检机器人可以自主地跨越电线上的障碍物，是目前电力智能巡检机器人智能系统研究的重要内容。此外，由于电力智能巡检机器人需要在各种环境中应用，那么障碍物的类型就呈现出多样化，所以，电力智能巡检机器人在进行障碍物跨越设计时，需要进行科学的运动规划，确保电力智能巡检机器人运行的准确性。

2.2.2导航模块

电力智能巡检机器人的工作场景常常处于野外，在此条件下，电力智能巡检机器人在工作的过程中，不可避免地受到高压输电线路周围强电、磁场的影响。故电力智能巡检机器人导航系统内传感器的使用需要严格把控。现今，随着我国电力智能机器人技术的发展与应用，采用视觉导航进行机器人导航的技术较为普遍，视觉导航技术在应用后，能够确保电力智能巡检机器人具有更广的探索范围，且探索的精度更高，不仅能够快速地完成目标信息的采集，还可以利用设计模块中所使用的电磁传感器来优化巡检线路。

2.2.3检测模块

电力智能巡检机器人在进行线路故障检测时常常处于离线模式，此时，电力智能巡检机器人不能对线路故障进行实时的检测，所以根据社会发展需求，需要将实时检测技术应用于电力智能巡检机器人上，并结合工作具体需要，研发出一种可靠性强的线路损伤、断股故障在线检测方式，确保电力智能巡检机器人在各种环境下均能够满足电网、电路设备的故障检测功能需求。

2.2.4上位机软件模块

电力智能巡检机器人的上位机软件系统较为复杂，该系统模式利用无线通信技术完成信息、音频、指令的传输，其中图像操作系统软件能够获取电力设备的实时运行信息，并通过对静态图像的分析来判断设备、仪器、线路的运行状态。具体而言，上位机软件主要有以下特点，首先，能够采集到电力设备、线路的红外图像，客户在对电力设备红外图像处理后能够获取电力设备的实时温度信息。其次，能够对静态图像进行图像分隔，再者能够满足图像与视频的实时存储与传输。

3结束语

电力智能巡检机器人的使用，能够在一定工作范围内代替人工巡检，解放人力资源，提升巡检安全性，提高巡检作业自动化与智能化程度，且电力智能巡检机器人有效地避免了因巡检人员专业素养不强而不能及时发现、预防、解决电网与电力设备运行故障的问题，为未来我国无人化变电站的发展提供了重要途径。因此，对电力智能巡检机器人进行探讨具有重要的长远意义。

参考文献

[1]王建邦，袁智勇，陈波，陈浩敏，杨占杰，任超.变电站巡检机器人数据驱动无模型自适应控制[J].电测与仪表，2019，56(19):114-120.

[2]刘贞瑶，高方玉，姜海波，蔡光柱，郭嵘，何野.输电线路智能巡检机器人系统的研制及应用[J].电力信息与通信技术，2019，17(8):57-62.

[3]朱岩，周柱昌，高峰.关于高压线路巡线机器人的研究设计[J].装备制造技术，2019，0(1):100-103.

作者介绍：

丁淑云（1986.12.23—），性别:女；籍贯：辽宁省朝阳县；民族：汉族；学历：本科；职称：工程师；职务：信息专工；研究方向：电气自动化及信息网络安全；单位：河南京能滑州热电有限责任公司。

辛晓莺（1986.11.16—），性别:男；籍贯：河北省衡水；民族：汉族；学历：本科；职称：工程师；职务：部长助理兼电气室主任；研究方向：电气自动化及新能源发电；单位：京能秦皇岛热电有限公司。