变电站智能巡检机器人研究现状综述

陈志 李国军 蒋毓蔓

摘 要：变电站智能巡检机器人是一种全自主运行的智能巡检机器人，是基于移动机器人的发展，替代人工巡检，实现设备自动检测与预警分析。本文介绍其研究现状，探讨智能巡检机器人的关键技术以及阐述其发展趋势与应用前景，为变电站智能巡检机器人的进一步开发利用提供参考。

关键词：变电站；智能巡检机器人；检测；推广应用

1 引言

变电站是各级电网的核心枢纽，保证其正常运行是为用户连续供电的先决条件，而其巡检工作在保证变电站正常生产、安全运行方面占有极其重要的地位。传统巡检方式是人工巡检，其劳动量大、检查质量难以保证。随着电力行业智能机器人的兴起，变电站智能巡检机器人代替人工完成变电站设备的所有巡检作业。

本文对现有变电站智能巡检机器人进行广泛调研，介绍国内、外变电站智能巡检机器人的研究现状，介绍变电站智能巡检机器人关键技术，描述相关产品的推广应用情况，预测未来发展趋势。

2国内外研究现状

2.1国外变电站智能巡检机器人研究现状

于上世纪六十年代，国外就已有移动机器人在电力行业应用的相关研究。20 世纪80 年代日本三菱公司和东京电力公司在已联合研制500 kV 变电站轨道式智能巡检机器人。加拿大魁北克水电站研制的变电站智能巡检机器人在其所有的多个变电站进行区域运行，搭载红外热像仪、可见光图像采集系统，实现远程监控，并且可以实现远程遥控，对机器人进行实时控制。2008 年巴西圣保罗大学研制了用于变电站内热点监测的移动机器人，该机器携带红外热像仪，通过在变电站内架起的高空行走轨道线在站内移动，实现空中实时监测。[1]

2.2 国内变电站智能巡检机器人研究现状

1999年，山东电力公司和电力研究院合作成立电力机器人技术实验室，启动“高压带电作业机器人” 项目。2002 年成立了国家电网公司电力机器人技术实验室，2004 年，该实验室研制成功第一台功能样机，后续在国家 “863 项目 ”支持支持下，研制出系列化变电站巡检机器人。2012成都慧拓变电站智能巡检机器人在郑州110 kV 牛砦变电站正式投入运行，该机器人可以对开关、仪表等进行视频分析，自动判断变电站设备的运行状态及预警。2012年，重庆市电力公司和重庆大学联合研制的变电站巡检机器人在巴南500 kV 变电站成功试运行，可实现远程监控及自主运行。

近年来，相关技术进步及市场规模增大，促使越来越多的厂家和机构进行相关研究及应用推广，有力促进了我国巡检机器人在自主导航、智能检测、机器人自主充电等关键技术上的进步。

3 变电站智能巡检机器人关键技术

3.1自主导航

准确导航和定位不仅是智能巡检机器人实现安全自主移动的重要环节，同时还是进行全局路径规划的前提。目前对智能自主移动机器人在路径规划领域的探究依附的导航方法主要有：RFID导航、惯性、激光，GPS和视觉等导航方式。[2]

3.3充电技术

智能巡检机器人为实现完全自主运行，智能巡检机器人的充电方法按有无人参与分为自动充电和半自动充电。智能巡检机器人一般采用自动接触充电，而无线充电由于技术限制，目前实际应用极少。更科学的无线充电技术受技术的限制达不到工程需求，而随着技术的发展，无线充电技术势必成为智能巡检机器人关键技术研究的重点和难点。[3]

3.4设备状态检测技术

变电站的设備检测技术早期使用红外测温装置检测热缺陷的方式检测设备安全，研制智能巡检机器人后配备红外热像仪和图像采集装置，以及利用远程监控的方式代替人工现场观测。

3.5电磁兼容技术

变电站的电磁环境非常复杂，其电磁骚扰影响通信效果，导致设备产生运行不正常、不能通信等现象。磁兼容技术是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力的技术。常用的电磁兼容性设计主要有屏蔽设计、滤波设计和接地设计。[4]

3.6控制技术

智能巡检机器人的运动控制系统，包括车体的前进、后退、转向以及云台的升降、转动。变电站智能巡检机器人常采用PID进行控制，整个系统由被控对象和控制器构成。PID控制系统基于“过去、现在和未来”信息估计，结构简单、具有较强鲁棒性，广泛用于工业控制。[5]

4智能巡检机器人推广应用情况

目前，国家电网公司正在向去全国各地推广应用变电站智能巡检机器人。变电站智能巡检机器人在仿真设计、机器人操控、模式识别等多项关键性创新技术方面取得突破性发展，整体水平达到了国际领先水平。自投运至今，已经累计为客户发现1000余项安全隐患，通过机器人的提前预警，及时进行处理，避免了重大电力事故。国外只见其科研机构发表论文，并未大规模推广应用。但变电站智能巡检机器人在实际运用中也暴露出一些问题，变电站智能巡检机器人与电网实际运用需求存在一定的差异，存在各种机型性能良莠不齐，实用化智能巡检机器人尚不够成熟，智能化程度不高，技术标准体系存在较多空白等问题。

5 结语

本文对变电站智能巡检机器人技术开展国内外调研，介绍智能巡检机器人的基本情况以及中国、日本、加拿大等国家的变电站智能巡检机器人发展情况，并对变电站智能巡检机器人现有关键技术进行简要分析，未来如何提高设备状态检测精度，提高变电站智能巡检机器人的功能性、智能化水平依然是研究的重点。深入了解其实际应用需求，提高变电站智能巡检机器人的适用性是变电站智能巡检机器人今后发展的重要方向。

参考文献：

[1]杨旭东，黄玉柱，李继刚，李丽，李北斗.变电站巡检机器人研究现状综述[J].山东电力技术，2015，42（01）：30-34.

[2]谢旭琛，陈晓鹏，石基，佘文锦.变电站巡检机器人的应用技术探析[J].中国设备工程，2018（10）：221-222.

[3]杨墨，隋天日，曹涛，范强.变电站巡检机器人自动充电系统[J].制造业自动化，2013，35（03）：47-49+53.

[4]黄益庄.变电站智能电子设备的电磁兼容技术[J].电力系统保护与控制，2008（15）：6-9+59.

[5]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.