智能机器人巡检系统在变电站中的应用.pdf

《智能机器人巡检系统在变电站中的应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能机器人巡检系统在变电站中的应用.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 25 卷 第 9 期2009 年 9 月电网与清洁能源Power System and Clean EnergyVol.25No.9Sept.2009文章编号：1674-3814（2009）09-0030-03中图分类号：TM764.2文献标志码：A智能机器人巡检系统在变电站中的应用毛琛琳，张功望，刘毅（西北电网有限公司，西安710048）Application of Intelligent Robot Iterative Inspection System in SubstationMAO Chen-lin，ZHANG Gong-wang，LIU Yi（Northwest China G

2、rid Company,Xi an 710048,Shaanxi Province,China）ABSTRACT：An intelligent robot iterative inspection system isintroduced in this paper.Development trend of intelligent robotiterative inspection system is confirmed combining the develop-ment situation of intelligent robot technology,function definition

3、,systemic structure and implementation methods，and the existingdefects of the system are discussed.Application results indicate itis effective,and has a good prospect of application and extension.KEY WORDS:substation iterative inspection;intelligent robot;powersystem摘要：介绍了智能机器人巡检系统，通过与传统变电站巡检技术比较，结合

4、机器人技术发展情况、功能定义、系统结构与技术实现等内容详细分析，确定了机器人巡检系统智能化的发展方向，并对该系统存在的缺点与不足进行了讨论。智能机器人巡检系统在变电站实际应用结果表明，该系统应用效果良好，且具有广阔的推广价值。关键词：变电站巡检；机器人智能；电力系统0引言随着装备技术、计算机网络科学的进步，现代化的超高压、特高压输变电系统工程正朝着大规模、复杂化的方向发展，而新电压等级、新技术的大量应用使传统的运行、操作、维护等方式与方法面临着新的挑战，如设备部件/子系统数量众多、交联关系复杂以及部件缺陷的待观测项目数量庞大等等，如何进一步适应新形势下的高电压电网运行，采用新技术、新手段以减轻

5、变电站值班人员的运行维护负担，有效保障设备安全可靠运行，成为今后所面临的主要问题之一。本文首先简述了传统变电站巡检技术与方式，着重对变电站巡检机器人系统进行了设计与功能分析，在此基础上介绍了智能机器人巡检系统的软硬件组成，给出了基于可见光摄像机、远程红外热成像、模式识别和三维电子地图导航等技术的变电站设备巡检、仪表自动识别、一次设备的红外检测以及移动物体侦测等功能模块的机器人巡检系统，该系统是针对变电站电气设备巡检方式的一种全新尝试，具有广阔的发展前景。1国内外变电站巡检技术传统的变电站巡视主要是通过人工方式，综合运用感官以及一些配套的检测仪器对变电设备进行以简单定性判断为主的检查1，该方式存

6、在劳动强度大、检测质量分散、主观因素多等缺陷。近年来，随着计算机技术的进展和微机监控技术在变电站的推广使用2，变电站巡检机器人系统因其灵活的控制/运行方式、不受天气因素影响等优点，逐渐在无人值班或少人值守变电站对户外高压设备执行巡检任务3，为及时发现和消除设备缺陷，预防事故发生，确保设备安全运行发挥了一定的作用。电力系统机器人属于典型的特种机器人，其研究应用范围越来越广，在国际上形成了独特的电力特种机器人应用研究领域。机器人在电力系统中的应用主要集中在电力设备，如线路、变压器、发电设备等的检测、检修和维护作业中。国内外研究并已投入实际应用的电力特种机器人主要有：变电站设备巡检机器人、高压带电作

7、业机器人、高压巡线机智能电网Smart Grid第 25 卷第 9 期电网与清洁能源器人、变电站瓷瓶清扫机器人、核电站作业机器人、锅炉承压部件检测机器人、电缆管道检测机器人等。经过多年的探索，国内目前在变电站机器人设备巡检研发领域取得了长足的进展，并积累了许多宝贵经验，所开发的产品已在济南长清、天津吴庄等多个500 kV变电站得到实际应用，效果良好。2变电站巡检机器人系统的设计与功能变电站设备巡检机器人系统是集机电一体化技术、多传感器融合技术、电磁兼容技术、导航及行为规划技术、机器人视觉技术、安防技术、稳定的无线传输技术于一体的复杂系统，采用完全自主或遥控方式，代替巡检人员对变电站内室外一次设

8、备的部分项目进行巡检，并对图像进行分析和判断，及时发现电力设备存在的问题，为无人值班变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，提高了电网的可靠稳定运行水平。机器人系统采用分层式控制结构，分为两层结构：基站控制系统层和移动站系统层，其控制逻辑如图1所示，系统结构如图2所示。图1变电站巡检机器人系统控制逻辑图2系统结构图2.1基站控制系统层基站控制系统层主要由监控计算机系统、交换机以及相应的无线通讯设备组成。监控主站系统基于Windows系统，采用C#面向对象编程语言开发设计，提供友好的操作交互界面，完成监测功能，为机器人运动规划提供相应的命令及环境信息，并可以对机器人采集的设备数据进行分析、存

9、储，并提供专家诊断功能。其主要功能包括：1）机器人遥控。远程遥控机器人行驶和云台动作、摄像机调焦、红外热像仪的操作、可见光与红外数据采集，实现机器人的遥控巡检，控制动作主要通过键盘、鼠标完成。2）自动巡视。实现机器人自动巡视任务创建、存储、删除、人工下发和定时自动执行。通过机器人巡视任务创建和删除的人机界面，操作人员可以手工设定自动执行的时间。自动巡视任务执行时，把本次任务需要到达的停靠点以及工作任务下发到移动机器人，机器人可执行的相应工作任务有：自动云台动作、自动摄像机调焦、自动红外热像仪的操作、自动可见光与红外数据采集和自主充电。3）实时图像数据监控。对可见光摄像机和红外热像仪进行实时视频

10、显示，配合遥控和自动巡视功能，实现操作人员的后台巡视及实时检测数据的存储。4）机器人状态信息显示。对机器人的内部状态信息进行实时的后台显示，通过这些信息可以反映机器人的运行状态，便于机器人的巡视控制，通过电子地图方式可以显示机器人的实时运行位置。5）数据存储与分析。把机器人运行需要的电子地图信息、任务管理信息、工作系统信息及实时数据库信息保存到数据库，同时对机器人运行产生的日志和巡视进行记录，以备历史查询和分析。提供检测数据的处理分析功能。6）设备历史温度分析。分析设备历史温度变化趋势，比较同类设备的温度，对比设备负荷和设备温度关系，为设备检修和状态评估提供决策支持，实现变电站设备运行状态分析

11、诊断的功能。7）MIS系统接口。与生产MIS系统相关联，将巡检数据提供MIS系统共享。2.2移动站系统层移动站系统主要由主控计算机、运动控制、导航定位、巡视检测、能源电池、网络通信等系统以及智能电网Smart Grid31机器人机械结构等模块组成，实现机器人运动控制、导航定位、可见光及红外数据检测采集、能源管理补给以及状态信息上传等功能，结合基站控制系统，完成机器人遥控巡视和自动规划巡视等功能。其主要功能包括：1）主控计算机系统。主控计算机系统程序采用基于WinCE嵌入式实时多任务操作系统，由C+面向对象编程语言开发，主要负责导航定位信息的采集处理。根据监控主站控制命令，一方面控制机器人运动，

12、另一方面控制检测传感器，进行检测数据的采集和上传，并上传机器人状态信息。2）导航定位系统。主要由导航传感器和定位传感器两部分组成。导航传感器为磁导航传感器，跟踪地面预先铺设的磁导航轨迹实现导航。定位传感器采用RFID定位传感器，为机器人提供定位停靠等位置信息。3）运动控制系统。包括机器人的行驶机构、驱动电机、运动控制器等设备，实现机器人的运动控制。4）动力系统。动力系统包括电池、电源管理器、自动充电机构等模块，为机器人的长期可靠运行提供保障，实现电池能源的分配、管理、自动补给。5）检测采集系统。检测采集系统主要包括可见光摄像机、红外热象仪、云台以及相应的采集和传输设备，通过基站系统的监控计算机

13、和移动站系统的主控计算机配合，控制云台、摄像机和红外成像仪的操作，进行数据采集和传输。3智能机器人巡检系统及新技术应用为有效促进电力系统的变电站设备巡检工作，在一定程度上减轻运行人员繁重的设备巡检任务，国家电网公司和南方电网公司都已在变电站尝试推广应用机器人设备巡检项目，将先进的智能技术、检测方法和手段实际运用于变电站设备巡检和故障诊断中，在三维导航、目标识别和实时数据分析等领域均取得长足进展，最新技术成果主要表现在如下几个方面。3.1三维电子地图技术采用三维虚拟现实技术，对变电站进行建模，代替二维平面地图，给后台操作人员以身临其境的感觉，更直观地确认当前巡检的位置，其应用效果如图3所示。图3

14、变电站三维电子地图效果3.2实时数据曲线分析技术设备温度随其负荷变化而产生相应波动，单纯的温度变化趋势往往难以体现设备老化或缺陷变化，若与设备运行负荷变化相关联，通过对两条曲线的变化进行分析，可明显判断出是负荷变化引起的温度波动，还是因设备老化或缺陷故障引起的设备温度变化。因此将机器人巡检形成的巡检测温报告，关联进入变电站运行管理MIS系统，使巡检机器人通过变电运行管理系统实现存贮和查询等功能，大大提高巡检数据的智能管理水平。3.3模式识别技术由于运动控制精度、导航停靠精度的限制，对于具体检测点的被检设备，机器人不可能每次都能完全对准目标；同时由于观测距离的不同，一次可能会检测到多个设备，从而

15、影响整个检测结果。通过模式识别算法，配合检测位置，可以有效分辨、定位目标设备，确保检测数据的准确性，为及时掌握设备的运行状况提供可靠信息。4相对于人工巡检的主要优缺点1）减轻劳动强度、改善劳动环境。根据国家电网公司2005年 输变电设备运行规范 的有关要求，设备巡检主要分例行巡视和特殊巡视。在高温、大负荷运行和新投入设备运行前以及大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨后，巡视任务尤其繁重且环境恶劣。采用智能机器人巡检，可以减轻巡检人员的劳动强度、并在恶劣天气中代替运行人员对部分设备完成巡检工作。除此之外，鉴于目前电力系统设备的缺陷检修或设备的常规检查等定性状态信息仍是采用人工巡检纪录，对一些影响电力系统

16、安全运营的非量化因素，如电力线路缺陷、断路器是否有气体泄漏等，均由巡检人员主观描述纪录，描述语言随人员不同而不同，对以后的故障分类和系统分析都增加了处（下转第36页）毛琛琳等：智能机器人巡检系统在变电站中的应用Vol.25No.9智能电网Smart Grid32理难度；对于一些量化的表计数据纪录也因为人员不同而出现一定的偏差。采用机器人巡检系统的数字化处理方式，可实现标准统一和描述统一，从而提升了系统的标准化、智能化水平。2）存在的主要问题。变电站智能机器人设备巡检技术在导航方式、自动控制、数据采集和图像处理等方面还处于探索研究阶段，尤其在导航方式上，基本上采用磁轨道导航，很大程度上限制了机器

17、人的巡检路径规划，使被检目标和待检项目覆盖率降低，无法做到全面检测。机器人巡检系统的开发应用旨在探索一种全新的变电站设备运行维护方式，以支撑并部分代替人工巡检工作，减轻运行人员的劳动强度。就目前来说，要真正扮演起变电站设备巡检工作的主角，还有很多工作要做。5结语电力系统是一个结构庞大复杂、可靠性要求高的自动化系统，其稳定可靠运行是关系到社会民生的大事，它需要新材料、新技术的支撑。智能机器人变电站巡检系统设计理念科学，技术先进，抗电磁干扰能力强；基站控制系统界面友好，操作方便灵活。经过试验现场的运行和检测，该机器人系统运行稳定，为无人值班变电站的推广应用提供了创新型的技术检测手段，具有广阔的推广

18、应用前景。参考文献1国家电网公司.变电站管理规范M.北京:中国电力出版社,2006.2孟祥忠,王玉彬,张秀娟,等.变电站微机监控与保护技术M.北京:中国电力出版社,2004.3王海亭,俞发晖.750 kV 官亭变电站综合自动化系统的现场检验探析J.电网与清洁能源，2008,24(01):38-40.4鲁守银,苏建军.机器人在变电站设备巡检中的应用J.机器人技术与应用,2007(5):33-35.收稿日期：2009-09-01。作者简介：毛琛琳（1974），男。工程师，从事电力自动化研究。（编辑冯露）综合第2节和第3节来看，只要两端启动元件正确启动，双端的基于中值滤波的暂态量方向元件都能够可靠、

19、灵敏地动作，不会出现误判；利用该方向元件构成的方向纵联保护能够区分被保护线路的内、外部故障，保护线路全长。4结论基于暂态量的方向纵联保护是新型的保护原理，不仅要求单端的暂态量方向元件快速可靠地判别故障方向，还需要双端方向元件良好地配合。本文在简述基于中值滤波的暂态量方向元件原理与算法的基础上，对双端方向元件性能上的相互配合问题和两端闭锁信号传送的相互配合问题进行了研究，结果表明只要故障时保护正确启动，基于暂态量的方向纵联保护能够实现全线速动。参考文献1王薇.输电线路单端暂态量保护J.电网与清洁能源，2008，24（12）：78-82.2罗四倍，段建东，张保会基于暂态量的EHV/UHV输电线路超

20、高速保护研究现状与展望J电网技术，2006，30(22)：32-413董杏丽，董新洲，张言苍，等基于小波变换的行波极性比较式方向保护原理研究 J 电力系统自动化，2000，24(14)：11-154董杏丽，葛耀中，董新洲，等基于小波变换的行波幅值比较式方向保护J电力系统自动化，2000，24(17)：11-155杨钟皓，董新洲波阻抗方向继电器的完善方案J电工技术学报，2003，18(2)：22-266段建东，张保会，周艺超高速暂态方向继电器的研究J中国电机工程学报，2005，25(4)：7-127罗四倍，张保会，曹瑞峰，等基于中值滤波的超高速暂态量方向元件J中国电机工程学报，2007，27(34)：64-698魏军，罗四倍基于信号奇异性检测的行波启动元件算法的探讨J继电器，2007，35(21)：1-69罗士萍微机保护实现原理及装置M北京：中国电力出版社，2001收稿日期：2009-04-01。作者简介：王薇（1977），女，硕士，从事变电运行管理方面工作。（编辑冯露）王薇：基于暂态量的方向纵联保护双端配合问题研究Vol.25No.9（上接第32页）!智能电网Smart Grid36