电力巡检机器人综合管理平台开发与应用

王永强

摘要：目前，随着我国社会主义市场经济的飞速发展，我国的电力技术日新月异，信息化水平持续提升，人工智能技术得到了广泛的应用。变电站内监测对象众多，常规的在线监测安装范围有限，一些施工困难或危险区域往往难以监测，因此许多日常运维工作需要依靠人工巡检完成。站内存在大量的设备，且较分散，人工巡检工作量大，导致运维人员工作负荷和压力较大，特别是在电力管廊等工况复杂的环境中，更加增加了安全风险和隐患。随着电网规模的不断扩大，近年来巡检机器人得到了广泛的使用，陆续取代了许多人工巡检业务，通过远程数据采集，对电气设备本体及其运行情况开展监测分析，包括了母线温升、变压器绝缘油各参量等。

关键词：电力巡检机器人;综合管理;平台开发;应用

引言

综合管理平台综合应用了系统工程、ABC管理法等现代化管理方法，以科学管理为基础，利用计算机信息技术和网络通信技术，实现对电气预防性试验数据的动态管理，提高处理问题的及时性和灵活性;优化整合岗位职能和劳动力配置，使其在生产组织结构、信息沟通等方面更加协调，促进了管理方式的全面创新，形成了一整套新的管理体系。

1电力巡检机器人整体结构

巡检机器人是电力巡检系统的核心，是完成变电站主动巡检的执行体，主要由电站检测设备，升降机构，行走机构，电源，无线通讯设备，后台数据管理等组成。电站检测设备主要包括红外热成像仪、工业照相机、声音探测器等;升降机构主要用来调节红外热成像仪以及摄像机的高度和角度;行走机构主要就是控制机器人按照预定行走路径前进;机器人的电源是电池，当机器人完成巡检任务后，会自动返回机房充电;无线通讯设备负责机器人和控制中心的信息交互;后台管理中心负责将机器人接收回的数据进行处理等。

2电力巡检机器人功能特点

电力巡检机器人能够利用可见光、红外线、气体等传感器实现对设备运行及环境状态的智能感知，可以代替人工对配电室电柜本体、安防与环境进行监测，范围可覆盖配电室内全部待检测设备。本文介绍的室内电力巡检机器人系统，具有以下优点：（1）自动化程度高，控制灵活。电力巡检机器人采用激光导航技术，基于目标任务以及规划路径，既能够自主对巡检路线进行规划，实现自动巡检，也可以在操作界面进行手动控制。（2）可实时监控。电力巡检机器人在到达规定的地点后，能够按照要求立即进行拍照监视;通过搭载高清相机，还可实现远程监控记录，并将实时数据反馈至站点服务器。（3）安全可靠。巡检机器人在行驶过程中能够自行规避障碍物及高危设备，安全性、可靠性高。（4）及时分析报警。电力巡检机器人能够对发现的异常情况，进行自主分析并预警;可自动记录设备巡检状态参数信息，并形成报表。

3电力巡检机器人综合管理平台开发与应用

3.1业务功能架构

①电力巡检机器人一体化应用平台，满足超视距控制、多维度监测、运行状态实时评估的要求，实现站内多类设备告警显示、切换操作及表计数据智能研判，及时上送异常监测评估结果，规范接口协议，并具有第三方巡检设备可扩展功能，统一部署和管控。②试制符合变电站工作环境的电力巡检机器人，具备各项工况参量的详细监测，能够达到站内智能巡检和分析研判的功能。③事故数据及时上报及现场异常状态传输机制分析，满足各类情况的设备装置故障预测和状态评估要求的高级应用，为站内运维业务奠定坚实的数据基础。④以当前电力调度业务网络、辅助决策及实时监控平台的运行，实现系统间互动互通、数据共享，缩短告警处理时间。3图像识别描述总体识别流程如下：首先以柜体为单位拍摄全景图，然后依次定位柜体上的各个仪表，并调整相机倍率和焦距，拍摄待识别仪表的大图，最后根据仪表类型调用相应的图像识别算法，得到识别结果。在二次对焦功能中，需要根据标定的模板从全景图中定位待识别的仪表，得到仪表的具体位置和尺寸，从而调整相机参数实现仪表大图的拍摄和后续识别。仪表按照识别策略大致可分为LED型仪表、指示灯型仪表、指针型仪表和机械状态型仪表。

3.2推进系统设计及受力分析

由于机器人在充油环境下运动，推进系统采用微型喷射泵推进，该方式不会产生气泡，可保证变压器油的清洁性。为保证机器人具有多个自由度灵活运动的能力，在机器人的中环矢量布置四个喷射泵，使机器人具备横移、前后、旋转三自由度运动能力;垂直方向布置两个喷射泵，使機器人具备下潜的能力，由于喷射泵不能反转，当机器人上浮时，需要关闭喷射泵，机器人依靠正浮力上浮。由于机器人外形结构采用球形设计，机器人前后、左右都是轴对称的，同时机器人水平喷射泵呈矢量布置，因此机器人在左移、右移、前进、后退所受到的阻力和推力大小相同。

3.3基于模糊PID的电力巡检机器人路径纠偏

电力巡检机器人通过配备各种先进仪器，可有效得对电气设备进行巡检，及时发现设备的温度异常情况，跟踪关注站内的各种仪表变化趋势，协助工作人员更全面地了解设备的健康状况，代替人工进行一些重复、繁杂、高危险的巡检任务。由于变电站的特殊性，机器人需要按照其巡检任务来规划路径，并在任务路线上进行精确定位，读取并识别任务传感器来完成需要检测的任务，完成巡检任务后需要返回充电房。因此电力巡检机器人需要准确的导航定位系统。机器人的导航方式，有一种是通过模式识别技术进行导航，也就是用摄像头、双目摄像头、激光雷达等进行导航;还有一种是通过地图和定位信号来导航。电力巡检机器人是利用地面铺设磁条导航配合RFID定位实现机器人的巡检与定位。磁导航机器人是利用磁导航传感器来感应铺设在地面上的磁条来进行路径跟踪和行驶。它具有定位精确，灵活性较好，导引原理简单可靠，容易实现等优点。

3.4EUP-UCB算法

传统基于UCB的信道选择算法由于忽视了长期能耗、高可靠低时延通信约束以及任务数据的优先级，导致时延和能耗增大、任务卸载频繁失败等问题。为此本文提出实现能量感知、高可靠低时延通信约束感知以及任务优先级感知的EUP-UCB算法。具体实现过程如下：1）能量感知：当能耗远远超出当前能量预算时，较大的权重值F（t）使巡检机器人倾向于降低能耗，即选择休眠，实现能量感知。2）高可靠低时延通信约束感知：，θ_nt与Z^Q（t）、Z^H（t）和Z^W（t）的加权和呈负相关，当高可靠低时延要求偏差变大时，，θ_nt大幅度减小。巡检机器人倾向于降低Z^Q（t）、Z^H（t）和Z^W（t）的值来实现高可靠低时延通信约束感知。

结语

总之，电力巡检机器人系统在呼和佳地开闭站投入使用后，有效降低了运维人员劳动强度，提高了工作效率，保障了配电站设备的安全稳定运行。目前，实际使用过程中发现电力巡检机器人尚存在一些问题需要进一步解决。例如，机器人在执行自动巡检任务时，路径规划不够精确，有时存在舍近求远的情况，在导航算法等方面仍需继续完善。

参考文献

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