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隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展水平的不斷進(jìn)步，變電站自動(dòng)化水平也在不斷提高，無(wú)人值守的場(chǎng)景也越來(lái)越普遍，與此同時(shí)變電站作為電力系統的關(guān)鍵所在，其安全性對人們的生產(chǎn)和生活都有著(zhù)十分重要的影響，其安全巡檢工作一直是重中之重。傳統的巡檢方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足現代變電站的發(fā)展需求，隨著(zhù)國家推廣力度的增加，智能巡檢機器人的應用也越來(lái)越廣泛，機器人巡檢也是未來(lái)變電站主要用到的巡檢方式。

眾所周知，電力系統安全對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著(zhù)無(wú)可替代的作用，任何一個(gè)環(huán)節發(fā)生事故，都可能帶來(lái)連鎖反應，會(huì )造成大面積的停電、人身傷亡、主設備損壞甚至造成全網(wǎng)崩潰的災難性事故。變電站作為連接主干網(wǎng)和配電網(wǎng)的關(guān)鍵節點(diǎn)，如何保證它的正常運行直接關(guān)系整個(gè)電力系統的穩定安全。為了保證對變電站內主變、母線(xiàn)、開(kāi)關(guān)等主要一次設備運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控，需要對變電站進(jìn)行檢查和維護。

01智能巡檢機器人簡(jiǎn)介

變電站智能巡檢機器人，可以代替人完成簡(jiǎn)單的、復雜的或者重復性的工作，就目前而言，智能巡檢機器人主要組成部分有導航單元、主控單元和通訊單元等。該類(lèi)型機器人的主要優(yōu)點(diǎn)為運行時(shí)間長(cháng)、智能化、無(wú)軌化、可調配和不受溫度影響等特點(diǎn)。

巡檢機器人的主體構成主要有紅外熱像儀、安全停障模塊、云臺、激發(fā)傳感器、可見(jiàn)光攝像儀等主要核心設備和一些其他輔助設備構成。和其他智能機器人一樣，巡檢機器人也有四輪驅動(dòng)底盤(pán)，四輪驅動(dòng)底盤(pán)主要方便機器人進(jìn)行轉彎和直行操作，如果機器人碰到比較復雜的路況，可以進(jìn)行無(wú)死角檢測，適應能力較強。而可見(jiàn)光攝像儀可以有效獲取巡檢范圍的紅外熱像情況，以便工作人員及時(shí)發(fā)現異常情況，從而實(shí)現對故障問(wèn)題的快速處理。云臺主要是控制巡檢過(guò)程中的拍攝角度，以便可以準確拍出圖像和視頻。超聲波傳感器主要是方便機器人對周?chē)系K物進(jìn)行識別，避免機器人在巡檢過(guò)程中受到傷害。巡檢機器人可以通過(guò)將獲得的數據與微氣象站的數據進(jìn)行計算，從而獲得外界溫度、風(fēng)速等天氣信息，根據不同天氣情況合理規劃巡檢計劃，提高巡檢效率。

02當前主流導航方式介紹

電廠(chǎng)智能巡檢機器人根據使用區域、行進(jìn)方式的不同，導航方式主要分為以下幾種：電磁導航、射頻識別導航、激光導航、視覺(jué)導航、GPS/慣性導航、超聲波導航和SLAM導航。

電磁/射頻識別組合導航：電磁導航一般配合RFID（射頻識別）一起使用，在地面上鋪設磁軌道，其包含多條引導電纜，每條電纜流經(jīng)不同頻率的電流，機器人通過(guò)感應線(xiàn)圈對電流的檢測來(lái)感應路徑信息，作為移動(dòng)路線(xiàn)，在需要停止進(jìn)行巡檢的位置預埋RFID，實(shí)現精準定位。機器人在巡檢過(guò)程中，其上的磁傳感器陣列檢測機器人中心相對于磁軌道的偏差，然后利用運動(dòng)控制裝置調整機器人左右輪的差速，從而使機器人沿磁軌道行駛。機器人需要停止巡檢的位置一般由兩個(gè)RFID標簽進(jìn)行控制，第一個(gè)標簽為減速點(diǎn)，包含停站點(diǎn)的距離信息，當巡檢機器人檢測到減速點(diǎn)標簽后，即根據停站點(diǎn)距離信息選擇合適的多級減速方案，確保機器人在到達精確停站點(diǎn)時(shí)處于低速可即停狀態(tài)，此時(shí)當機器人檢測到停站點(diǎn)標簽時(shí)，立即精確停站。電磁導航的優(yōu)點(diǎn)是巡檢機器人能夠精準運動(dòng)，能夠做到精準定位，并且抗干擾能力強，缺點(diǎn)是需要預鋪磁軌道，機器人不能預測道路變化趨勢及不能高速運行，嚴重限制了機器人的巡檢效率。

激光導航：激光導航利用視覺(jué)傳感器拍攝路面圖像，通過(guò)圖像識別技術(shù)，提取具有特征的點(diǎn)，作為路標，并計算各路標在全局坐標系下的坐標值，為激光導航提供依據。巡檢機器人運行時(shí)，激光定位傳感器通過(guò)檢測路標信息（檢測到的路標信息不能少于3點(diǎn)），利用三角測量法計算得到機器人的位置信息，從而調整運行路線(xiàn)。具體實(shí)現原理為：機器人的激光傳感器每掃描一周就會(huì )得到被檢測路標相對激光傳感器的夾角，當檢測到3個(gè)路標后，經(jīng)過(guò)迭代計算就可以得到激光傳感器在全局坐標系下的坐標值，結合設定的導航路線(xiàn)數據，計算得到機器人相對于設定路徑的位置偏差和航向偏差，通過(guò)調整左右輪驅動(dòng)器的速度進(jìn)行路線(xiàn)調整，引導機器人沿設定路線(xiàn)運行。

視覺(jué)導航：機器人通過(guò)裝配的攝像頭拍攝路面及環(huán)境的局部圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)，進(jìn)行圖像特征識別、距離估計等，作為視覺(jué)導航的依據。機器人運行時(shí)對拍攝到的畫(huà)面進(jìn)行采集、預處理、壓縮，與之前存儲的圖像進(jìn)行對比，通過(guò)一系列算法，計算得到機器人的當前位置。為了將障礙物和背景分開(kāi)，一般需要進(jìn)行大量的圖像分析，導致導航實(shí)時(shí)性受限，針對該問(wèn)題一般把掃描到的圖像分為目標、背景、不平地區和平地四部分，來(lái)減少無(wú)用信息的分析，提高導航速度。由于僅通過(guò)單幅圖像分析出來(lái)的信息來(lái)判斷障礙物和運行速度存在很大誤差，因此在實(shí)際中往往采用多攝像頭進(jìn)行導航。視覺(jué)導航的優(yōu)點(diǎn)是導航定位精度高，信號探測的范圍廣，缺點(diǎn)為首先現有的視覺(jué)導航技術(shù)圖像處理速度和移動(dòng)速度不能很好的匹配，造成運行中常出現一定的延遲，其次對不同的道路環(huán)境和復雜的作業(yè)環(huán)境不能較好的適應，實(shí)時(shí)性和魯棒性有所欠缺。

GPS/慣性導航：GPS導航原理是通過(guò)計算物體與GPS衛星的距離，通過(guò)三邊測量法來(lái)計算定位物體的位置及速度信息，定位所需的GPS衛星不能少于3顆，該方法要求整個(gè)系統中存在一個(gè)高精度的時(shí)間基準以保證距離測量的準確度。GPS導航技術(shù)一般分為三種：高精度差分GPS導航技術(shù)、DGPS/DR組合導航技術(shù)以及GPS/慣性導航技術(shù)。高精度差分GPS導航技術(shù)原理是首先建立差分GPS基準臺，基準臺建立后其精準的三維坐標便確定了，然后通過(guò)計算被測點(diǎn)根據該基準點(diǎn)的修正坐標后發(fā)送給被測點(diǎn)，對被測點(diǎn)進(jìn)行修正，以提高GPS定位精度。差分GPS定位分為三類(lèi)：位置差分、偽距差分和相位差分。DGPS/DR組合導航技術(shù)是一種傳統的跟蹤導航算法技術(shù)，當物體突然失去GPS信號時(shí)，通過(guò)DR進(jìn)行位置計算。具體原理是根據運動(dòng)物體的當前位置坐標，通過(guò)慣性導航元件測量物體移動(dòng)速度和航向角，進(jìn)而推算物體在下一時(shí)刻的位置坐標。此種技術(shù)會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加導致精度大幅下降，DR導航不能單獨、長(cháng)時(shí)間使用，常常作為一種短時(shí)輔助的定位手段。GPS/慣性導航技術(shù)以牛頓力學(xué)定律為基礎，通過(guò)加速度計和陀螺儀測量物體在慣性參考系的加速度和轉動(dòng)角速度，通過(guò)時(shí)間積分，把它變換到導航坐標系中，從而得到物體在導航坐標系中的速度、偏航角和位置。由于慣性導航技術(shù)不與外界發(fā)生光、電交換，不向外界輻射電磁信號，因此有很好的隱蔽性和抗干擾能力，但是由于導航信息是由于積分產(chǎn)生，定位誤差會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增加而增大，導致其不能長(cháng)時(shí)間獨立工作，并需要初始化，其價(jià)格也相對比較昂貴。GPS導航技術(shù)的前提是需要有穩定的GPS信號，但在電廠(chǎng)強電磁環(huán)境下、室內或鋼結構內GPS信號會(huì )大幅減弱，嚴重影響巡檢機器人的定位導航。此種導航技術(shù)只能適合室外巡檢機器人應用。

超聲波導航：超聲波是一種頻率在20Hz以上的聲波，傳播路徑為直線(xiàn)傳播，遇到固體會(huì )產(chǎn)生反射，運用這種特點(diǎn)，通過(guò)接收超聲波傳感器自身發(fā)射的超聲波信號，利用時(shí)間差，計算前方物體距離。超聲波傳感器角度分辨率較差，但具探測速度快、靈敏度、距離分辨率高。在實(shí)際應用中，超聲波傳感器存在一定的局限性，往往配合其他的導航方式一起應用，能夠實(shí)現精準避障。

SLAM導航：SLAM導航指的是機器人在自身位置不確定的條件下, 在完全未知環(huán)境中通過(guò)定位、建圖、SLAM算法進(jìn)行路徑規劃，實(shí)現自主定位和導航，前面提到的激光導航和視覺(jué)導航都是SLAM導航。

03智能巡檢機器人目前面臨的問(wèn)題

1、對二次設備及直流系統巡檢功能的缺失

目前大多數已投入運行的智能巡檢機器人基本能夠完成對站內一次設備的全面巡檢，但由于站內直流系統及二次設備多位于變電站獨立的小室或是主控樓內，且室內設備的門(mén)口均設置有防鼠擋板。這客觀(guān)上給巡檢機器人設置了“路障”，使之無(wú)法有效地對此類(lèi)設備開(kāi)展巡視檢查工作。然而，站內直流系統及二次設備對變電站的安全穩定運行同樣至關(guān)重要。因此，使巡檢機器人能夠有效發(fā)揮自主判斷，對二次設備與直流系統完成巡檢是必要的。

2、表記數據讀取

巡檢機器人配備有可變焦的高清攝像頭，這樣做的主要目的是為了在對表記數據的讀取過(guò)程中更加方便，因為在一些地區，由于表記的位置較高，工作人員在操作的過(guò)程中沒(méi)辦法看清表記中的數據，而巡檢機器人可以采用高清攝像頭自動(dòng)對表記進(jìn)行對焦，然后對數據進(jìn)行讀取，在讀取數據后還可以將數據進(jìn)行存儲，這樣也可以省時(shí)省力。但在實(shí)際應用過(guò)程中，由于高壓表記長(cháng)時(shí)間在室外，導致表記表面存在大量灰塵等雜質(zhì)，這種情況巡檢機器人根本無(wú)法獲得準確信息。另一方面，巡檢機器人的攝像頭表面也會(huì )有污穢灰塵等雜質(zhì)，也會(huì )導致攝像頭出現對焦失敗的情況。

3、 惡劣天氣抗干擾能力不強

近年來(lái)，在霧霾天氣日益頻發(fā)的北方地區，采用激光制導的智能巡檢機器人可能會(huì )受到霧霾天氣的影響。由于激光束在霧霾環(huán)境中會(huì )受到水分、塵埃等的影響，發(fā)生折射現象而發(fā)散，導致激光定位及導航失效。從而造成巡檢機器人巡檢質(zhì)量下降，甚至不能完成指定巡檢任務(wù)等情況的發(fā)生。因此，需改善巡檢機器人在大雪、大雨尤其是霧霾等惡劣天氣下的激光定位及導航能力。

4、 自主充電及巡檢路徑

巡檢機器人在巡檢過(guò)程中要借助遠距離超聲停障和近距離物體感應裝置，避免巡檢機器人在巡檢過(guò)程中碰到障礙物而受到損壞。這項技術(shù)在實(shí)際運用過(guò)程中也會(huì )出現一些問(wèn)題，如變電站內的地面不僅會(huì )有硬化地面，也有草坪。巡檢機器人在對草坪進(jìn)行巡檢的過(guò)程中，周?chē)赡軙?huì )有個(gè)別雜草出現，巡檢機器人由于識別到了雜草將其視為障礙物，從而不能繼續下面的巡檢工作，如果工作人員不能及時(shí)發(fā)現巡檢機器人的情況，就會(huì )導致機器人無(wú)法工作直到電量用盡。等工作人員發(fā)現時(shí)，還要將及運回充電處，浪費時(shí)間和精力，也增加了工作人員的工作量。

綜上，變電站智能巡檢機器人系統以其具有的檢測手段多樣化，檢測靈活、客觀(guān)、智能等特點(diǎn)，在變電站一次及二次設備的運維、巡檢作業(yè)中起著(zhù)日益重要的作用。依據長(cháng)時(shí)間的智能機器人巡檢經(jīng)驗，說(shuō)明當前智能巡檢機器人在變電站的應用狀況，著(zhù)重分析了當前機器人在運用中存在問(wèn)題，給出解決方案。以期在巡檢機器人的幫助下，進(jìn)一步降低變電站運維成本，提高電網(wǎng)設備自動(dòng)化管理水平。