变电站智能化巡检控制系统的设计

变电站智能化巡检控制系统的设计

韩俊

国网四川省电力公司金堂县供电分公司  四川省成都市  610400

摘要：随着机器人制造技术的不断进步与完善，变电站智能巡检机器人在变电站日常的设备运维管理中发挥的作用越来越显著。通过对智能巡检机器人的合理运用，其在变电站运维工作中的应用主要体现在现场设备各类型巡视、设备的红外测温及表计数据抄录、设备现存缺陷隐患的跟踪等方面。在500kV变电站无人值守的深入推进的背景下，为更好的对事故应急状态下变电站电气设备的运行状况进行掌控，运用智能巡检机器人代替运维人员对故障设备进行先期巡检，将发挥越来越重要的作用。

关键词：变电站；ZigBee通信；巡检控制；智能监测

引言

变电站巡检是确保设备正常安全运行的有效措施，通过巡视检查了解设备运行状况，掌握运行异常，并及时地采取相应措施，对于降低事故的发生及控制停电范围具有重要意义。当前电网规模快速增长，以国家电网公司为例，所辖变电站数量从2012年的3.2万余座增长到2021年的4.3万余座，涨幅达到30.5%。而变电运检人员较2012年减少23.4%，从设备管理精益化要求来看，巡检工作量大，人员紧缺。另外，我国电网电压等级已发展到1100kV，人工巡检存在安全禁区，如高压阀厅、雷雨天气时避雷针附近区域严禁人员靠近。人工巡检存在视觉盲区，如大型变压器油枕部位、高压套管顶端伞裙部位等。人工巡检存在听觉盲区，如GIS设备局部放电产生的超声波、变压器故障特征声纹被噪声淹没等情形。从巡检工作安全和技术要求出发，高压变电设备的巡检，单纯依靠人工已无法全面完成。

1智能巡检机器人概述

智能巡检机器人是以自主或遥控的方式，在无人值守的环境中，完成对设备进行红外温度监测和仪表油位的图像识别等任务，替代人工完成巡检中遇到的繁、难、险和重复性的工作，可用于室外、室内以及电力廊道巡检，其中以室外巡检为主。智能巡检机器人在变电站运维管理中的广泛应用，极大的降低巡维人员工作负荷，提高设备巡检工作效率和工作质量。

2智能巡检机器人系统现状分析

目前，变电站的智能巡检机器人已实现对全站电气设备的红外和可见光的覆盖，通过预设的巡视任务，对全站不同区域电气设备进行不间断的周期性的巡检，而对于新增的有特殊要求的任务，则须要通过人工进行设置。现场实际勘查中，以事故处理时的需求为导向，通过现场的智能巡检机器人长期以来的运行状况数据进行分析整合，并结合模拟故障，对智能巡检机器人在事故处理时的运行状况进行检验，得出智能巡检机器人在对设备进行巡视时，按照预定设置的路线，遵循设备间隔顺序依次对各设备进行巡检，若事故处理时，须对特定间隔的特定设备进行快速检查，但智能巡检机器人的行进路线并未按照最短路线进行，而是从外围绕了一圈，这样就无法满足事故应急时的快速响应。

3基于无线传输的数据运行监测系统

煤矿上的地质条件相对复杂，有线数据传输方案使用的线路长、线路易损坏，特别是巡检小车拖缆运行的过程中极易出现电缆的缠绕，严重限制了巡检小车的巡检路线和范围，难以满足变电站智能监测系统通信灵活性的需求。在对多种数据通信方案对比后，设计了一种新的基于无线传输的数据运行监测系统，该系统采用了ZigBee(基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议)无线数据通信技术，能够显著地提升变电站智能监测系统的通信效率和灵活性，通信功耗低，应用经济性好，该系统整体结构如图1所示。由图1可知，该系统能够实现调度室、变电站及用电工业区域之间的远程数据通信，便于快速进行数据传输和指令传送，同时能够对各测量点的电流、电压、温度、开关状态、局部放电等进行实时监测。对ZigBee通信节点的构建主要是利用矿用路由器实现的，然后利用GPRS无线数据通信将不同监测节点汇集的监测数据传递给控制中心，在控制中心内实现对数据的快速分类和分析，及时识别出异常数据并对异常数据的位置、原因进行快速定位和分析，为监控人员对故障进行快速处理提供指导

图1基于无线传输的数据运行监测系统

4变电站智能化巡检控制系统的设计

4.1机器人与监控数据采集系统联动

为了促进电力巡检工作的良好进行，需要对现有的智能巡检机器人的功能进行优化。为了实现智能巡检机器人能对计数表中的数据进行采集，可以将智能巡检机器人的系统与计数表的系统进行连接，从而实现机器人与监控数据系统之间的联系。通过对这项技术进行改进，提高智能巡检机器人的辨识水平及准确率，当需要对电表中的数据进行读取时，就不再需要使用高清的摄像头进行分辨读取了，只需要对特定的电表标号进行查询就可以得到该电表中的数据信息，这样的做法更加快捷高效。再有就是加强对智能巡检机器人视觉能力的提升，增强智能巡检机器人对于周围设备的辨别与锁定功能。针对压力表、温度表、数显表电气开关和阀门状态等示值和位置的数据信息，后台系统进行自动分析和处理。例如，可以自动识别仪表数字表、圆形表读数，识别各类开关的状态，对罐体、容器和管道进行外观变形对比判别。同时，还可以自动记录生成历史数据。当经计算判断出巡检数据超出阈值时，后台系统自动发出报警信号，并实时拍照和录像至后台，方便运行人员随时调用查看。

4.2智能巡检机器人路线的改进

无人值守变电站内发生电气设备异常及故障等情况时，由于现场没有运维人员在第一时间去现场获取故障设备信息，主站除了通过监控后台、工业视频等设备及时了解相关信息，也须通过现场的智能巡检机器人对故障设备进行更进一步的全面观测。在事故应急处理状态下，须现场的智能巡检机器人能够快速高效的到达故障设备所在位置，并获取现场故障设备的关键信息。目前，变电站内的智能巡检机器人采用感应激光点位的方式进行定位巡检，智能巡检机器人沿着事先规划设置的路径对设备展开巡视检查。

4.3巡检机器人结构设计

为了满足监测准确性的需求，在巡检机器人上设置有高清摄像头、行走驱动装置、无线数据传输系统、气体监测装置等。高清摄像头主要包括了用于白天监测的可见光摄像头以及用于夜晚和温度监测的红外热成型系统。摄像装置采用了360°全景摄像装置，尽可能大的扩大监测系统的监控范围。行走驱动装置主要包括了驱动电机、行走胶轮及计数编码器，用于控制机器人在行走轨道上的平稳运行。无线数据传输系统主要是无线信号发生装置，可将检测结果和视频传输给控制中心。气体监测装置，主要是对周围内的甲烷、一氧化碳及其他气体进行监测，提高运行安全性。

结束语

鉴于智能巡检机器人在变电站实际使用过程中，在执行任务过程中的路径选择存在不足，不能实现快速的响应。本文在充分分析产生的原因以及现场实际勘察基础上，充分利用变电站内的电缆盖板或增加辅助道路等形式，丰富机器人的路线选择，当机器人处在静止或运动过程中接到应急指令时，能够快速找到就近路线，采用合适的算法进行路线规划，提高了到达目标设备的实效性。

参考文献

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