变电站智能巡检机器人.docx

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变电站智能巡检机器人

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变电站智能巡检机器人

重庆东电通信技术有限公司

2015年12月

目录

一、概述2

1.1、变电巡检周期2

1.2、变电站巡检内容3

1.3、人工巡检有效性分析4

二、系统设计5

2.1、整体结构5

2.2、机器人控制系统5

2.3、变电站检测系统6

2.3、远程红外监测与诊断系统6

2.4、远程图像监测与诊断系统6

2.5、远程声音监测与诊断系统7

三、基本性能8

3.1、外观质量8

3.2、可见光及红外成像质量8

3.3、运动功能9

3.4、自主充电功能9

3.5、对讲与喊话功能9

3.6、巡检方式设置和切换9

3.7、自检功能10

3.8、智能报警功能10

四、巡检能力11

4.1、变电站区域表计和分合指示（执行机构）识别准确度11

4.2、红外测温准确度11

五、监控后台功能11

5.1、监控后台软件总体功能11

5.2、实时监视功能11

5.3、机器人实时状态控制12

5.4、机器人巡视任务管理功能12

5.5、数据查询统计13

5.6、电子地图功能14

一、概述

根据《国家电网公司变电站管理规范》、《无人值守变电站管理规范（试行）》、《电力公司变电设备管理维护标准》的意见和要求，目前，某供电公司集控站巡视管理规定如下：

1.1、变电巡检周期

变电站设备巡视，分为正常巡视（含交接班巡视）、全面巡视、熄灯巡视和特殊巡视，各类巡视应做好记录。

正常巡视（含交接班巡视）：

除按照有关要求执行外，有人值守变电站还应严格执行交接班设备巡视，必须在规定的周期和时间内完成。

无人值班变电站：

集控站所辖站每日1次；其它集控站所辖站每2日1次。

熄灯检查：

应检查设备有无电晕、放电、接头有无过热发红现象。

有人值班变电站，无人值班变电站每周均应进行1次。

全面巡视（标准化作业巡视）：

应对设备全面的外部检查，对缺陷有无发展作出鉴定，检查设备的薄弱环节，检查防误闭锁装置，检查接地网及引线是否好。

无人值班变电站每月进行2次，上半月和下半月各进行1次。

特殊巡视：

应视具体情况而定。

下列情况时应进行特殊巡视：

大风前、后；雷雨后；冰雪、冰雹、雾天；设备变动后；设备新投入运行后；设备经过检修、改造或长期停运后重新投入系统运行后；设备异常情况；设备缺陷有发展时；法定节假日、重要保电任务时段等。

在法定节假日、重要保电任务时段，各无人值班变电站每日至少巡视一次。

1.2、变电站巡检内容

迎峰度夏期间除正常巡视外，增加设备特巡和红外测温。

无人值班变电站每日巡视1次。

红外测温分为正常红外测温、发热点跟踪测温、特殊保电时期红外测温三种。

正常红外测温周期为各变电站每周不少于一次，晚高峰时段进行。

主要针对长期大负荷的设备；设备负荷有明显增大时；设备存在异常、发热情况，需要进一步分析鉴定；上级有明确要求时，如：

特殊时段保电等。

发热点跟踪测温应根据检测温度、负荷电流、环境温度、气候变化等进行发热值的比对，分析设备发热点变化，确定发热性质。

其周期为有人值守变电站每日1次，晚高峰时段进行。

无人值班变电站每个巡视日1次或值班长视发热情况每日1次。

特殊保电时期、迎峰度夏期间应进行全面测温、重点测温及发热点跟踪测温。

测温记录应记录全面，主要应包含发热设备运行编号、发热部位具体描述、发热点温度、该台设备其它相相同部位温度（或同类型设备相同部位温度）、负荷电流大小、测温时间、天气状况、环境温度等信息。

1.3、人工巡检有效性分析

变电站值班员进行人工巡检，对运行设备进行感观的简单的定性判断，主要通过看、触、听、嗅等感官去实现的。

人工巡视对设备外部可见、可听、可嗅的缺陷能够发现，例如：

油位、油温、压力、渗漏油、外部损伤、锈蚀、冒烟、着火、异味、异常声音、二次设备指示信号异常等。

人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的影响较大，存在漏巡，漏发现的可能性。

且对于设备内部的缺陷，运行人员无专业仪器或者仪器精确度太低，通过简单的巡视是不能发现的，比如油气试验项目超标，设备特殊部位发热、绝缘不合格等缺陷；还有一类缺陷只能在操作的过程中才能发现，如机械卡涩、闸刀分合不到位、闸刀机构箱门损坏等。

另一方面，由于无人值班变电站增多，许多变电站的距离也较远，在站内出现事故或大风、大雪及雷雨后因集控站无法出车不能及时巡视时，造成集控站值班员不能及时了解现场设备状态，及时发现隐患，危急电网的安全运行。

特别是无法及时了解出现问题的变电站情况，失去优先安排处理的机会。

巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁，特别是在异常现象查看、恶劣天气特巡，事故原因查找时危险性更大。

综上所述，无人值班变电站的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大的交通风险和巡视过程风险，巡视效率低下。

2、系统设计

2.1、整体结构

变电站巡检机器人的整体结构主要包括基站，移动体控制系统以及由可见光图像摄像机，红外图像摄像机和声音探测器等组成的电站设备检测系统三部分。

移动体是整个机器人系统的移动载体和信息采集控制载体，主要包括移动车体，移动体运动控制系统和通信系统。

对于移动体还需要进行有效的监视、控制和管理，为此建立了一个基站。

基站与移动体之间通过无线网桥组成一个无线局域网。

可见光图像，红外图像通过视频服务器的视频流数据和移动体控制系统信息等数据汇集到网络集线器后，经无线网桥，网络集线器一起通过电力系统内部网络传到运行监控终端，通过连接到电力系统局域网上的计算机可根据访间权限实时测览变电站设备的可见光和红外视频图像，机器人本身运行情况等相关信息，并且可以控制机器人移动体的运动等检测系统由红外测温仪和可见光摄像机等装置组成，均安装在移动体即智能巡检机器人上。

该系统可以完成变电站设备外观图像和内部温度信息的采集和处理考虑到机器人的运行环境。

其中机器人采用三轮轮式移动小车前2轮为驱动轮，由1个电机分别驱动，差速转向，后2轮为方向轮。

机器人外形流畅，直线运动性与转弯性能好。

2.2、机器人控制系统

机器人系统主要包括移动体运动控制子系统和工作子系统两大部分，移动体运动控制子系统硬件由PC104主板和PMAC-104运动控制卡和电机驱动器组成，主要负责机器人在巡检过程中的运动行为的控制移动。

2.3、变电站检测系统

本机器人系统为变电站设备非电气信号的采集提供了一个移动载体平台，在这个平台上可以搭建不同的检测系统或装置。

目前在该平台上搭建了远程在线式红外热像仪系统，可见光图像采集处理系统，声音采集处理系统。

在无人值班变电站一些通过电气信号难以检测的运行状态，例如变压器漏油，绝缘气体压力变化，火灾和盗窃等可借助机器人所携带的图像来检测;变压器开关及各种电气接头内部发热可以利用机器人携带的红外热像仪来检测;变压器等设备的声音异常可以利用声音采集处理系统进行识别。

2.3、远程红外监测与诊断系统

本设计采取在线式红外热成像装置。

本系统包括红外图像采集装置，红外图像处理模块，图像显示，存储，查询和报表生成模块。

该诊断系统可根据预先设定的设备温度阈值，自动进行判断，对超出报警值的设备在基站主控计算机上给出声音和文本报警;借助可见光图像识别，能判断一些关键设备的内部温度梯度，不但可以形成某一时刻变电站的一些关键设备的设备温度曲线，也可以生成某一设备在一定历史时间内的时间—温度曲线。

2.4、远程图像监测与诊断系统

本系统在无人值守变电站先利用机器人基站系统对移动体发送来的可见光图像进行分析，只传输分析结果或待进一步确定的图像。

首先对采集的图像进行预处理，识别出被监测的电力设备，通过将该图像与上次采集的图像进行差图像分析、累积图像分析、相关分析、区域标识、纹理描述和评判等处理。

结合对应设备的参数库确定其是何设备。

如有畸变发生则存储结果，向上一级传输及发出告警信号。

不再传输的正常图像可由调度员人工远程调用。

这就使信道的传送效率大为提高，而且调度员也不必时刻注视监视屏幕。

无人值守变电站中的电力设备种类繁多，针对关键设备进行远程图像监测和状态诊断并与其他监测系统相结合使变电站运行的可靠性大为提高。

2.5、远程声音监测与诊断系统

噪声检测子系统是变电站巡检机器人功能的一部分，主要是对变压器的噪声进行采集和分析。

通过机器人携带的声音探测器进行噪声数据采集，并将噪声数据经过无线网传回基站。

本系统主要包括如下3个模块

1）噪声采集传输模块，其任务是在巡检机器人上实时采集噪声信号，经过适当的压缩，通过无线网桥传送回总控制端计算机。

O2）噪声信号检测模块，其任务是将移动巡检机器人传回的噪声与以往的数据进行比较，判断变压器工作是否正常，如果出现异常，判断是何种异常。

3）用户交互模块，其任务是根据检测的最终结果给出提示信息或者交互方式，辅助工作人员完成仪表检测监控的任务，并可根据工作人员的需要检测通过其他途径录制的噪声数据。

三、基本性能

3.1、外观质量

机器人的外观质量应满足：

整机外观美观整洁，整机结构坚固，所有连接件、紧固件应有防松措施，电机、支架等可更换部件应有一一对应的明显标识；外壳表面应有保护涂层或防腐设计，不应有伤痕、毛刺等其他缺陷；外壳应采取必要的防静电及防电磁场干扰措施；外壳和电器部件的外壳均不应带电；机器人本体重量（包括电池）不超过100kg。

3.2、可见光及红外成像质量

可见光摄像机上传视频分辨率不小于高清1080P；可见光最小光学变焦倍数30倍；红外摄像头具备自动对焦功能，热成像仪分辨率不低于320*240；红外图像为伪彩显示、可显示影像中温度最高点位置及温度值、具有热图数据。

3.3、运动功能

1）具备自主导航功能；前后方向和左右方向的重复导航定位误差不大于±10mm，在1m/s的运动速度下，最小制动距离不大于0.5m。

2）具备防碰撞功能，应具有障碍物检测功能，在行走过程中如遇到障碍物应及时停止，障碍物移除后应能恢复行走。

3）具备越障能力，最小越障高度为5cm。

4）具备涉水功能，最小涉水深度为100mm。

5）具备爬坡能力，爬坡能力应不小于15°。

6）最小转弯直径应不大于其本身长度的2倍。

7）电池供电一次充电续航能力不小于5h，续航时间内，机器人应稳定、可靠工作。

8）应具备俯仰和水平两个旋转自由度：

垂直范围0°～+90°，水平范围+180°～-180°；机器人云台视场范围内始终不受本体任何部位遮挡影响。

3.4、自主充电功能

机器人应具备自主充电功能，电池电量不足时能够自动返回充电室，能够与充电室内充电设备配合完成自主充电。

3.5、对讲与喊话功能

应具备双向语音传输功能。

3.6、巡检方式设置和切换

巡检系统应包括全自主巡检及人工遥控巡检两种功能，全自主巡检又包括例行和特巡两种方式。

全自主巡检与人工遥控巡检能可自由无缝切换，具体功能如下：

（1）例行巡检与人工遥控巡检切换。

支持例行巡检与人工遥控巡检自由无缝切换，切换过程中，智能机器人巡检系统的巡检状态和巡检姿态不发生明显变化。

（2）特巡与人工遥控巡检切换。

支持特巡与人工遥控巡检切换，切换过程中，智能机器人巡检系统的巡检状态和巡检姿态不发生明显变化。

机器人在接收到特巡任务命令时，应立即停止正在执行的巡检任务，自动寻找最短路径，以最短时间到达巡检点进行巡检。

具备一键返航功能：

不论智能机器人巡检系统处于何种工作状态，只要启动一键返航功能，智能机器人巡检系统应中止当前任务，按预先设定的策略安全返航。

具备链路中断返航功能：

不论智能机器人巡检系统处于何种工作行状态，只要遥测遥控信号出现中断，智能机器人巡检系统应按预先设定的策略返航。

3.7、自检功能

整机自检项目应至少包含：

遥控遥测信号，电池模块、驱动模块、检测设备；以上任一部件（模块）故障，均能在本地监控后台（或）手柄上以明显的声（光）进行报警提示，并能上传故障信息；根据报警提示，能直接确定故障的部件（或模块）。

3.8、智能报警功能

巡检系统应具备以下智能报警功能：

1）机器人本体故障报警：

电池电源、驱动模块、检测设备、遥控遥测信号。

2）热型缺陷或故障分析、三相设备温度温差分析、各类表计及油位计拍照读取识别，执行设备分合状态识别等各类状态自主分析判断，并报警。

四、巡检能力

4.1、变电站区域表计和分合指示（执行机构）识别准确度

机器人能够对变电站区域表计和分合指示（执行机构）进行数据读取，自动判断和数字识别，误差小于±5%。

4.2、红外测温准确度

机器人能对模拟的测温点进行红外测温，将机器人测量值与红外测温仪的测量值进行比较，误差小于±5%。

五、监控后台功能

5.1、监控后台软件总体功能

后台功能是否齐全

监控后台应至少包括实时监视、机器人实时状态控制、机器人巡视任务管理、数据查询统计、系统互联、系统配置六个功能模块。

界面操作友好性

系统软件人机界面友好、操作方便，信息显示清晰直观。

5.2、实时监视功能

系统后台实时监视应实现实时监视现场设备信息，机器人本体状态以及现场环境等功能。

监控后台应能实时采集显示现场设备可见光图像（包括表计读数、注油设备油位、设备位置状态、设备外观）、红外图像、设备噪声等信息。

在传输距离1km处，传输功能正常；支持视频的播放、停止、抓图、录像、全屏显示等功能；支持音频信息的录制、回放和可视化展示，展示内容包括声音波形信息等。

应能够实时监视机器人自身状态，包括监视机器人的控制模式、当前位置、巡检轨迹、机内温度、机器人当前运动速度、当前云台的水平和垂直位置以及相机当前倍数、电池状态等信息。

应能够实时监视现场环境，包括设备现场的湿度、温度、风速等信息。

应能根据告警阈值自动进行数据分析并告警。

告警信息应长时报警提示，并支持人工或自动复归。

具备通信告警功能，在通信中断、接收的报文内容异常等情况下，上送告警信息。

5.3、机器人实时状态控制

系统对机器人控制模式分为：

全自主、人工遥控两种模式。

操作后台应提供全自主和人工遥控两种指令下发，要求机器人可自由无缝切换。

监控后台应实现控制机器人云台上、下、左、右转动，调节摄像机位置，控制机器人前进、后退、转向，对设备存在的故障或者异常点位进行确认；支持可见光相机变倍和自动聚焦，支持热成像自动和手动聚焦；支持外置补光灯控制、雨刷控制；支持一键返航命令发送。

5.4、机器人巡视任务管理功能

机器人巡视任务管理界面要包括巡视计划日历和任务配置两大块。

巡视计划能以日历的形式展示任务安排情况；可以在任务配置界面编辑巡视任务、制定巡视计划和下发巡视任务。

任务配置可根据巡视类型（例行巡视、全面巡视、专项巡视、特殊巡视等）、设备区域、间隔名称、设备类型进行组合筛选，其中专项巡视应按照避雷器表计、SF6表计、液压表计、红外测温、噪音检测、油位、位置状态等进行详细分类。

5.5、数据查询统计

数据查询统计应包括巡检点位数据查询、告警信息查询、巡检数据统计和缺陷异常分析等内容。

所有报表、报告具备查询、打印、导出等功能，导出功能支持excel或者word格式。

对温度、压力等模拟量提供历史曲线展示功能。

巡检点查询是基于单个巡检点而非针对巡视任务的一种巡视数据查询方式，通过选择巡检点显示该巡检点的详细历史信息。

具备查询设定时间内的巡检点历史信息功能，支持对巡检点进行模糊查询，可显示查询点位总数、可见光信息、红外数据信息、历史曲线、历史存储数据。

系统应能在每一个巡视任务结束后，自动生成巡视任务报表。

巡视任务报表查询具备设定时间内的巡视任务查询功能，支持以时间、巡视类型、任务名称进行组合筛选。

告警信息查询应包括现场设备告警信息与机器人本体告警信息查询两个功能模块。

现场设备告警信息查询要具备查询设定时间内的历史告警信息功能，支持对告警信息的设备区域、间隔名称、设备类型、检测类型、告警等级、检测时间段等进行组合筛选。

机器人本体告警信息查询具备查询设定时间内的历史告警信息功能，支持对告警信息的告警类型进行筛选。

每次巡视任务完毕后，对当次巡视的结果和过程中发现的问题，即各类告警信息，自动生成异常缺陷报表。

异常报告具备设定时间内的巡视任务查询功能，支持以检测类型、设备区域、间隔名称、设备类型、告警等级等进行组合筛选。

5.6、电子地图功能

系统能提供二维电子地图或三维电子地图功能，实时显示机器人在电子地图上的位置，可实时记录、下传并在本地监控后台上显示智能巡检机器人的工作状态、巡检路线等信息，并可导出。

电子地图上可根据任务标定机器人巡视路线轨迹，在任务中应实时反映任务进度。