变电站智能巡检机器人数字孪生系统研究与应用

变电站智能巡检机器人数字孪生系统研究与应用

王健凯 阿古达木

包头铁道职业技术学院  014060

摘要：近年来，在多方面积极因素的作用下，国家的社会经济有了一个整体的提高，这给各产业的发展和壮大带来了很好的机会。在这样的情况下，要保持国民经济的稳定发展，就必须有强大的能源体系作为保障。在开展各项服务活动的过程中，都需要严格遵照规程规范，并对整个变电体系实施日常的专业维修管理工作。工业机器人技术的日益成熟为变电站智能巡检带来了新的机遇与挑战，以机器人技术突破口，数字孪生技术正在改变传统机器人巡检思维及模式。

关键词：变电站；能巡检机器人；数字孪生；系统应用

引言

变电站智能巡检作业机器人是一种新型的巡检作业手段，它能够取代人工对设备进行巡检，从而达到减员增效的效果，还保证了工作人员的人身安全，因此它有着广泛的应用前景。随着经济的不断发展，智能电网的概念也随之被提了出来。在全球范围内，许多国家都对变电站智能巡检机器人进行了相关的研究，并对其进行了推广和应用，从而提高了电网的智能化程度。

1智能巡检机器人检测内容

变电站中智能巡检机器人需要做的检测工作主要包括对站内系统环境重要设备做外观检测，确定设备是否有运行故障，观察其外壳与连接器间的温度以及泄漏电流的具体参数等，检测其他主设备、变电压之间的工作状态。功能验证机器人的设备外壳为满足多项检测工作，会具有多功能装置并科学结合了图像传感器、拾取器以及热量和湿度传感器，以便携带所有收集到的信息，而且包含了音频功能、图像功能和其他功能。

2智能巡检机器人功能分析

（1）定位导航。在传统背景下，对变电站的巡查工作主要采取人工形式，不仅工作量繁重，而且效率也并不高，还易出现误判现象，对于实际运行都会产生一些不良影响。基站系统层的由多个部分构成，在Windows系统中采用C++编程语言，以此提供操作交互界、规划机器人的运动路线，即实现机器人运动控制、RFID采集、可见光图像采集等。在智能巡检机器人对变电站各项设备运行状态检查过程中，需应用视觉传达器进行定位、导航，重点考虑变电站中所应用的设备数量与类别较多，会依据工作需求及系统组成结构，各设备设置区域不同，为精准掌握各设备运行实况，还需在运维管理阶段做好定位、导航工作，保证定位精度。（2）视频分析。智能巡检机器人的视频分析功能，主要是应用可见光视频技术，用于变电站运维工作中对各项设备运行状态检测，整个实操阶段不需要人工操作，智能巡检机器人取代了人工劳动力，与智能变电站“无人值守”创新目标保持一致。再加上智能巡检机器人生产与研发阶段对各项技术手段综合应用，核心目的就是强化其功能与性能，扩大其应用范畴，使其有较强的应用性、时效性，满足变电站巡检工作开展要求，通过对可见光视频技术应用，更精准地掌握各项设备具体位置、运行情况等。如果巡查阶段发现存在故障隐患设备，智能巡检机器人也会把具体信息资源传输到控制中心，经控制中心在软件中详细计算，给出具体的故障类型、位置、影响程度等，由技术人员在故障问题未发生前有效处理，避免在此方面产生较大的经济损失。（3）红外检测。变电站作为电力系统中的重要组成部分，其安全性和稳定性也备受关注，因为这对于企业生产以及人们日常生活有着重要影响。机器人巡检需要融合多个组成模块才能完成任务，在实际执行过程中可以通过交互获取任务目标，系统设计过程中必须考虑整个项目的可扩展性，数据当作状态量进行展示，因此要求融入实时性的数据监控系统，避免任务过程中数据异常而无法及时发现。同时基站系统也是控制中心，在任务开展过程中，以此实现事件实时响应，框架可以以事件为驱动方式，保证任务的执行符合要求。变电站运维工作开展对智能巡检机器人应用，最主要的原因之一就是智能巡检机器人的功能强大，其中就包括其视野中的可见设备，只需对各设备运行状态检测，就能获取到相应温度，加热诊断、故障处理、风险防控等重要依据，避免引发安全事故。

3变电站智能巡检机器人数字孪生系统研究与应用

（１）孪生映射同态四足巡检机器人。接入机器人管控平台数据信息、调度指挥系统指令信息、机器人运维策略信息等，在三维巡检场景中同态机器人的空间位置、任务指令、巡检动作等，保证孪生场景的中的机器人与现场机器人完全一致，已达到提前预测机器人运维时间的效果，当机器人即将达到运维周期时，及时预警现场人员提前准备。（２）四足机器人巡检工作监控。结合机器人每日工作情况监控需求，平台单独设立机器人巡检工作监控面板，面板内针对机器人当前的工作情况进行实时统计及罗列。以图表的形式分类统计机器人当天的巡检工作情况、巡检异常数量以及当日的巡检工作进度。按机器人的工作时间及巡检顺序，以数据台账的形式记录机器人单次巡检的详细内容。（３）四足机器人环境监测状态监控。环境是正常生产的红线，将现场四大环境监测的传感器点位同步还原，根据实时获取的环境监测数据，在三维孪生场景中实时动态显示出有害气体、温度／湿度、震动、噪音监测的数值，并对超出环境监测要求的点位进行预报警提示，辅以悬浮窗的形式展示环境监控点位的报警内容，针对有环境监测功能的机器人设立监测数据查看面板，可实时查看机器人监测到的场站环境指数、异常情况，并提示监管人员及时进行处理。（４）变电站全生命周期监控。利用机器人实时感知数据和设备三维数字模型，在虚拟空间构建出变电站数字孪生体，融合汇聚换流站设备感知数据、运检信息、台账信息、三维模型等设备全量数据，通过设备精准定位、实时数据查看、部件级三维细节展示、异常告警提示等综合管理，开展研判分析和在线诊断设备健康状态，“对症下药”输出差异化、精细化检修策略，精准掌控设备状态。

结束语

智能巡检机器人搭载多种传感器，在人工智能算法加持下，实现不同业务场景下的巡检任务自动化。融合了数字孪生和计算机视觉技术后，实现智能联动巡检，建设全方位、多角度、立体式的巡视体系，进而对变电站的全设备、全环境、全面感知、全业务实施智能巡检，并根据场景信息分析判断出设备运行状态，可以与设备视频采集终端、智能巡检系统进行实时联动。

参考文献

［1］王耿祥，桑小兵，史晓燕，等．变电站智能巡检中数字孪生技术的应用研究［Ｊ］．电力设备管理，2022（9）：56-57．

［2］李兰，基于数字孪生的工业云机器人控制策略研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，2020（5）：111-112．