论变电站巡检机器人关键技术及发展趋势

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摘要本文通过对变电站巡检机器人的功能、系统架构、导航及检测手段的介绍和对比，阐述了变电站巡检机器人的发展现状及存在的问题，并结合国内变电站巡检机器人集中推广的局面，对变电站巡检机器人未来的发展趋势展开讨论。

【关键词】变电站 机器人 关键技术

1 引言

变电站是输电网的枢纽，变电站运维工作中的设备巡检是有效变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作，目前普遍采用人工巡视、手工记录的方式，随着变电站规模扩大，巡检区域不断增加，运行环境也变得更为复杂，这样使得变电站现场设备的巡视范围和工作量变大，简单依赖于巡视人员的感官和经验,很难做到全面准确巡检,给设备和电网安全运行带来隐患。随着机器人技术的发展和成熟，利用机器人进行变电站设备巡检成为可能，经过近几年的持续研究和改进，国内已有多家单位推出了可稳定运行的变电站智能巡检机器人产品，并已在多个现场进行应用。

2 变电站巡检机器人

2.1 定义

变电站智能巡检机器人，是电力特种机器人系列中的一种，主要用于代替人工完成变电站检测中遇到的急、难、险、重和重复性工作。

变电站智能巡检机器人携带可见光CCD摄像机、红外成像仪、高保真监控拾音器等采集设备，以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检。利用变电站智能巡检机器人辅助运行人员对设备进行巡视，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象，规避设备运行隐患，真正做到提高工作效率和巡视质量，起到减员增效的作用，有效的推进了变电站无人值守的进程。

2.2 系统组成

根据变电站设备巡检的实际需求和特点，设备巡检机器人系统设计为网络分布式架构，如图1所示，系统分为4层：终端设备层、传输网络层、系统控制层与系统应用层。终端设备由巡检机器人本体和其它辅助监控设备组成，应用层由监控后台组成，是整个巡检系统的数据接收、处理与展示中心，由数据库（模型库、历史库、实时库）、模型配置、设备接口（机器人通信接口、红外热像仪接口、远程控制接口等）、数据处理（实时数据处理、事项报警服务、日志服务等）、视图展示（视频视图、电子地图、事项查看等）等模块组成。应用层通过图像处理和模式识别等技术，实现设备缺陷的自动识别和报警。层与层之间采用标准的TCP/IP协议进行通讯，不受网络平台的限制。其系统结构如图1所示

3 导航定位技术

变电站巡检机器人属于地面移动机器人，在其相关技术研究中，导航定位技术可以说是其核心技术，也是其实现真正的智能化和完全的自主移动的关键技术。变电站环境是一个具有复杂电磁干扰的室外环境，为了使机器人完成变电站巡检任务，应满足精确可靠，抗干扰能力强的要求。

目前应用于变电站巡检机器人的导航方式主要有：磁轨导航、激光导航、差分GPS导航、综合两种或几种导航方式的组合导航。

3.1 磁导航

在路面上安装磁性材料，机器人上安装有磁传感器用来检测位置偏移，从而引导机器人沿预定路线运行。其主要优点是导引原理简单而可靠，导航定位精度高，抗干扰能力强，缺点是铺设工作量大，路径灵活性差。

3.2 激光导航

激光导航是利用激光的不发散性来确定机器人当前所处位置和航向，通过连续的三角几何运算来实现机器人导航。其优点实不受电磁干扰，定位精确；路径可灵活多变，但成本较高，对环境要求较相对苛刻，易受雨、雪、雾的影响，不适合室外环境。

4 检测手段

4.1 基本功能

（1）变电站巡检机器人通常装配有红外热像仪，通过自动执行巡检任务，抓取指定设备的红外热图，应用层通过温差对比分析等手段判断温度数据是否异常。

（2）利用可见光摄像机或者辅助的监控设备，自动抓取指定设备的外观照片，并判别是否存在异常。同时对自动抓取的仪表照片，变电站智能巡检机器人系统采用模式识别技术，实现智能读取表计读数，实现了全站设备监控。

4.2 扩展功能

（1）机器人可携带的声音采集设备，录取特定设备的运行噪声，提取声音的参数特征并进行智能分析，实现对声音是否异常的判断。

（2）高压电气设备或输变电线路在工作中因设计、制造、安装及维护工作不良产生电晕、闪络或电弧放电，机器人可扩展紫外检测设备，对变电站内高压设备进行检测，并自动判别是否存在放电，实时发出报警。

5 发展趋势

随着变电站向无人值班化及智能化方向快速发展，对变电站巡检机器人的需求十分迫切。变电站巡检机器人的发展趋势可归纳为以下2个方向：

（1）数据分析智能化。继续提高现有基于模板的模式识别算法的适用性，提高模式识别成功率和效率，同时开展基于设备形状和纹理特征的模式识别技术研究，实现机器人按设备类型学习。

（2）移动平台灵活化。针对变电站设备区复杂地面，一方面提高移动平台的驱动和越障能力，提高执行效率，另一方面开展组合导航技术的研究，实现机器人巡视路径的自由规划。

6 展望

采用机器人技术进行变电站巡检，既具有人工巡检的灵活性、智能性，也弥补了人工巡检存在的一些缺陷和不足，同时为变电站设备状态检修提供创新型的检测手段，更适应智能变电站和无人值守变电站发展的实际需求，具有巨大的优越性，是智能变电站和无人值守变电站巡检技术的发展方向，具有广阔的发展空间和应用前景。

作者简介

付渊（1981-），男，贵州省贵阳市人。技师、助理工程师。研究方向为变电运行管理和基于智能机器人的设备巡视。

作者单位

贵阳供电局贵州省贵阳市550000