基于机器人技术远程输电巡视的研究与实践

马丛淦，王 闯，杜觉晓，吴淼喆，郑 娜，张艺凡，李 炜

(国网北京市电力公司，北京 100031)

0 引言

目前专业巡检人员老龄化现象日趋严重，人员承载力整体下降。而面对线路运维管理工作日趋精细化趋势，加上工作经验丰富的职工较少，完成线路运维工作压力变大，未来靠人工完成日常的巡视工作已不现实。随着科技的发展，互联网技术的应用，机器人代替人类完成工作成为趋势，现就机器人代替人来进行输电线路巡检技术进行分析。

目前输电线路巡检包括：例行巡视(包括本体巡视和通道巡视)、带电登检、红外测温、弧垂测量、交叉跨越测量等工作。统计显示某检修分公司例行巡检的年度工作量是125 301工日，相当于100名专业巡检人员、275名通道巡视人员全年不休地开展各项例行巡检工作，并且带电登检、红外测温等工作均无法实现1次/年的工作标准，实际完成工作量在60 %—70 %。部分巡检项目未按公司标准开展巡检工作，不利于设备的安全稳定运行。而机器人依据设定好的程序，可实现线路的自动巡检，解决了输电线路人工巡检的漏查漏报问题，通过机器人的程序化操作，将输电巡检工作固化，使巡检质量可控能控。

1 技术原理

巡检机器人是在架空输电线路地线上行走，通过搭载可见光摄像机、红外热像仪、激光雷达等巡检设备，对输电线路及其附属金具、杆塔、线路走廊进行巡视的智能巡检设备。通过对地线进行局部改造，机器人可跨越杆塔实现全线路巡检；还可自主完成巡检任务规划、越障、线路巡检工作。巡检结果既可在线实时查看，也能导入后台数据管理系统进行整理、归类与分析。

在安装过程中需2人操作，一人上塔进行安装，另一人于地面进行牵引操作。在巡视过程中，机器人可自动实现杆塔间的跨越，摄像头(探头等)可根据需要调整角度，对地线、导线、连接部位以及周边环境等进行检测。

1.1 可实现的巡检项目

(1) 通过搭载可见光摄像机可实现本体巡视和通道环境巡视，2项工作可同步进行。

(2) 通过搭载红外热像仪可实现线路接头的红外测温。

(3) 通过搭载激光雷达系统，机器人可获取线路走廊图片及三维点云数据，经过后期数据处理与分析，可形成线路走廊三维立体模型，并计算导线弧垂、导线与导线及导线与其他物体的距离，实现弧垂测量及交跨测量。

(4) 通过搭载高清照像机可实现线路的带电登杆检查作业。

(5) 通过搭载除冰钻头可实现架空地线除冰和导线观冰。

1.2 机器人巡检技术条件

(1) 工作环境：机器人工作温度范围为-25—60 ℃，外壳防护等级IP65，允许工作风力12级，可在低温雨雪或高温天气工作。

(2) 电源及续航：机器人可通过安装在杆塔上的太阳能充电基站实现在线充电，满足远距离、长时间续航能力要求，每次充电时间6 h，可保障巡检8 km；也可以通过人工更换电池的方式实现不间断巡检。

(3) 巡检能力：机器人搭载可见光照像机，每秒可拍30张分辨率为1 920×1 080的高清图片，夜间可搭载星光像头实现微光夜视能力。

(4) 越障能力：可以穿越悬垂线夹、防震锤、接续管，并通过塔头局部改造，加装过桥实现耐张杆塔的穿越。

(5) 数据传输：通过4G无线传输，实现危急、严重缺陷实时回传。

2 技术比较

同人力相比，机器人巡检具有如下优势：

(1) 比人工巡检质量高：机器人依据设定好的程序，可实现线路的自动巡检，解决了输电线路人工巡检的漏查漏报问题；通过机器人的程序化操作，将输电巡检工作固化，巡检质量可控能控；

(2) 比人工巡检效率高：真正实现了运检一体化，将本体巡视、通道巡视、带电登检、红外测温同步完成。

各项巡检工作标准及标准工时如表1所示。与人工巡检相比，机器人巡检效率明显提升，其中本体巡检(含红外测温)较人工巡检提升471.8 %，通道巡检较人工巡检提升111.5 %。

表1 巡检工作标准及标准工时

(3) 比人工巡检视野好：机器人从高空巡视，可以实现输电线路的无死角巡视，有益于发现密封院落内的潜在隐患；同时三维描述可以精确测量隐患与带电体、带电体与带电体之间的距离，解决了带电测量操作难度大、风险高的问题；

(4) 比人工巡检更经济：机器人可以同步开展各项例行巡检工作，相对人工巡检更有经济优势，也比直升机巡检更灵活、更便宜、更有效。

3 应用实例

3.1 110 kV退运线路试验

目前，该检修分公司对某耐张杆塔塔头进行了改造(为机器人过耐张地线定制了“过桥”)，并在某110 kV退运线路8—10号塔间对机器人巡视功能进行试验，巡检效果如下：

(1) 机器人重量适当，操作人员提升安装方便；

(2) 机器人结构严密，在架空地线上行走平稳，可安全稳定运行；

(3) 机器人可以顺利通过10号耐张杆塔，通过时间为11 min。

3.2 220 kV在建线路试验

某220 kV在建测试线路全线29.782 km，共95基。其中，直线杆64基，全部为铁塔；耐张杆31基包括铁塔28基，钢管杆3基；全线30个耐张段。巡检方案如下：

(1) 机器人平均巡检效率为8 km/天，在220 kV全线共设3个充电点，分别在线路起点和终点搭设上下线装置；除每次充电6 h外，机器人可不间断巡检；

(2) 在线路金具安装完毕后立即开展机器人巡检工作，并完成应用机器人搭载三维激光扫描成像仪和红外热成像仪的第1次全扫描工作；第1次全扫描工作完成后2日内将机器人巡检报告提供给输电运检单位，输电运检单位负责开展影像资料价值评估工作，并上报检修公司的指挥中心、运维检修部进行下一步的分析处理。

3.3 实际线路巡检情况

开展巡检前，在杆塔塔身搭设上下轨道，将机器人放置在轨道下端的平台上，机器人可自动上下塔，在多条线路上转场作业，充分发挥其最大效用。

巡检前对机器人行为完整定义，机器人上线后根据预设程序自主执行巡检，依次对设备进行拍照、检测，如图1所示。发现线路异常自动告警，提醒控制中心进一步核查和确认。这样，就可实现对带电线路的巡检检查。

图1 机器人巡检过程示意

4 巡检报告要求

4.1 巡检报告周期

依据巡检周期制定巡检报告的周期(见表2)，如遇到危急隐患或缺陷，应及时上报。

表2 针对不同巡视工作的巡检报告周期

4.2 巡检报告内容

巡检报告应包括巡检日期、设备名称及段落、工作量(里程数、基数)、工作时段、工作类型(通道巡视、本体巡视、弧垂与交叉测量)，以及发现问题、历史数据对比分析，机器人巡检性能分析；并在报告后形成交叉跨越台账、环境隐患台账、设备缺陷台账等。

5 下一步研究方向

5.1 覆冰观测业务需求

针对线路覆冰精确观测覆冰厚度问题，建议研究在导线上加装“覆冰观测标尺”。为应对导线不均匀覆冰，观测标尺应360°有刻度；同时机器人应具备多角度精确观测的能力，从而通过机器人的高清摄像机实现刻度的精准观测。

5.2 巡检系统实时回传现场危重缺陷

为应对巡检过程中发现的危急缺陷或隐患，机器人巡检系统应具备危重隐患、缺陷的自动识别能力，并通过APP等方式实时回传画面，以便业务人员及时处理问题，从而避免危重隐患、缺陷影响线路安全运行。

5.3 机器人巡视后期技术研发

解决现场人员的人员紧缺问题，同时增加现有技术图像标准的宣贯，增强使用人员对于远程设备的掌控力度，与现有图像识别、大数据分析技术的成果相结合，在无人状态下由电脑自动识别报警，减轻监视人员的工作压力。

6 结束语

机器人巡检系统融合移动互联的开发理念，应用了现有主流巡检机器人技术，在应用过程中融合了生产经验和机器人特有图像采集识别技术，实现技术与现场的协调配合，可为现代化电网运维检修管理和实施提供支撑，缓解输电人员压力。