电缆沟道智能巡检机器人研究

杜秋实+张营+鲁宇+王冠男+苗倩+齐士伟+时圣尧+刘安琪+刘曦

摘 要：电缆沟道智能巡检机器人研究，是一种基于集成检测和自动控制技术的巡检装置，该装置配置的温湿度传感器、热成像仪、摄像机、微波探伤仪和电源模块等能实现对电缆沟道的温湿度、热分布、空间成像、设备物理缺陷等情况的实时监控，能代替人工高效率高质量的巡检，及时发现电缆沟内的各种安全隐患，防患于未然。

关键词：电缆沟；巡检；机器人

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.096

电缆是变电站电能传送和信息传输的重要载体，电缆主要在电缆沟中敷设，电缆沟上铺设盖板进行电缆保护。现阶段输变电工程大多实行无人值守变电站，且电缆沟位于地下，空间狭窄封闭，给运行人员定期巡检带来困难。对于电缆发生火灾或运行过程中的不安全隐患很难及时发现。2016年6月18日凌晨，陕西西安330千伏南郊变（110千伏韋曲变）发生主变烧损事故，事故调查结果显示，西安市长安区凤栖路与北长安街十字路口（距330千伏南郊变约700米）电缆沟道井口发生爆炸；随即，110千伏韦曲变#4、#5主变及330千伏南郊变#3主变相继起火；约2分钟后，330千伏南郊变6回出线（南寨Ⅰ，南柞Ⅰ、Ⅱ，南上Ⅰ、Ⅱ、南城Ⅰ）相继跳闸。事故造成负荷损失24.3万千瓦，占西安地区总负荷的7.34%；停电用户8.65万户，占西安地区总用户数的4.32%，此外还造成了严重的设备损毁和社会影响。

1 系统应用背景

西安“6.18”变电站爆炸事故的教训为电力巡检工作提出了更高的要求，电缆沟智能巡检装置成为电力行业迫切需求的部分。综合分析得出电缆沟道主要存在以下安全隐患：（1）电缆沟内设备和电缆运行发热导致空间温度上升，且封闭空间不易散热，温度过高时电缆材料易老化，产生火灾隐患；（2）地下电缆沟道内阴暗潮湿，电缆受潮后引起其绝缘性能下降，产生绝缘击穿的隐患；（3）电缆沟道空间狭窄，给人工巡检带来很大困难，巡检工作量大、任务繁重，且常规人力巡检效率低下。因此，研制一种电缆沟智能巡检机器人，提高地下电缆沟道巡检质量和效率，成为巡检人员亟待解决的问题。

2 系统工作原理

电缆沟道智能巡检机器人旨在解决地下电缆沟道巡检效率低、质量差，不能及时发现事故隐患等问题，做到对电缆沟内环境的实时监控。该巡检机器人主体为移动载体，采用履带式小车，车身前端设置有红外线传感器和照明灯，车身上部设置有温湿度传感器、摄像机、电源、微波探伤仪、热成像仪、GPS单元、数据存储单元和控制单元，该电缆沟道智能巡检机器人的各个模块协同工作实现以下的检测、控制功能：（1）通过机身前方的红外线传感器检测移动载体前方的障碍物，进而通过相应控制器实现自主避障、无人驾驶。（2）通过温湿度传感器、热成像仪、摄像机、微波探伤仪实时监测电缆沟内温度、湿度、热分布、空间成像及设备物理缺陷等情况。（3）通过无线传输模块将监测到的信息实时地发送给地面基站系统。（4）通过GPS单元实现对故障地点的定位，便于工作人员及时发现故障地点，快速抢修。（5）通过数据存储单元对监测的数据进行数据存储，以便于后期对采集到的数据进行分析和比对，形成数据资源库，达到对电缆沟道情况的长期监管。

图1为该电缆沟道巡检机器人的示意图：1-移动载体，2-红外线传感器，3-照明灯，4-温湿度传感器，5-摄像机，6-电源，7-微波探伤仪，8-热成像仪，9-安装座，10-水平支撑平台，11-支撑架，111-水平低板，112-竖直侧板，12-电动推杆。

3 系统特点

巡检机器人可实现电缆沟及变电站设备巡检的无纸化和信息化，切实提高设备巡检的工作效率和质量，降低变电站运行人员的劳动强度和工作风险，为智能变电站或无人值守变电站的运行管理提供了一种创新型的设备检测和监控手段。创新点如下：

（1）智能避障。通过机身前方的红外线传感器检测移动载体前方的障碍物，进而通过相应控制器实现自主避障、无人驾驶。

（2）集成多种检测功能于一体。通过温湿度传感器、热成像仪、摄像机、微波探伤仪实时监测电缆沟内温度、湿度、热分布、空间成像及设备物理缺陷等情况，创新性引入微波探伤仪功能，用以检查电缆和设备表面裂隙和内部缺陷。

（3）实时监测与本地存储相结合。通过无线传输模块将监测到的信息实时地发送给地面基站系统，通过数据存储单元对监测的数据进行数据存储，以便于后期对采集到的数据进行分析和比对，形成数据资源库，达到对电缆沟道情况的长期监管。

（4）快速定位。通过GPS单元实现对故障地点的定位，便于工作人员及时发现故障地点，快速抢修。

（5）体积较小，高度可调节。机器人车身的上部竖直设置有可伸缩的电动推杆，电动推杆的底端固定于车身，工作人员可根据巡检的空间大小自行调节推杆的高度。

4 结论

该电缆沟智能巡检机器人安全可靠，高效便捷，功能完备，可有效预防电缆事故隐患的发生，提高电力自动化水平，加快电网智能化发展，推动电缆沟巡检的无纸化和信息化，切实提高巡检的工作效率和质量，降低变电站运行人员的劳动强度和工作风险，为智能变电站或无人值守变电站的运行管理提供了一种创新型的设备检测和监控手段。

参考文献

[1]陈兴良，杜秋实，张营，鲁宇.新型电缆沟道智能巡检系统研究[J].黑龙江科技信息，2017，（12）：98.

[2]鲁守银，钱庆林，张斌，王明瑞，李向东，王宏.变电站设备巡检机器人的研制[J].电力系统自动化，2006，（13）：94-98.

[3]周立辉，张永生，孙勇，梁涛，鲁守银.智能变电站巡检机器人研制及应用[J].电力系统自动化，2011，（19）：85-88+96.endprint