机器人技术在燃煤电站系统中的应用探索

林世瑶，郭平

（1.哈尔滨电气国际工程有限责任公司；2.国能荥阳热电有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 前言

发电站是将自然界存在的各种一次能源转换为电能的工厂，是电力的生产中心，更是推动社会发展和人类进步的发动机。随着世界的发展和人类环保意识的增强，更加高效、清洁、环保、智能并且可持续的发电站模式，已成为全球电力行业所共同追求的目标。机器人，顾名思义，是具备一定类人或者仿生功能的智能机器。机器人的诞生与能源领域的发展息息相关。1947年，美国橡树岭国家实验室研发了世界上第一台遥控的机器人，用于搬运和处理核燃料，机器人自此诞生。此后，机器人经历了示教再现、感觉型和智能型机3个发展阶段。随着科技的进步以及相关智能化技术的推广和加深，机器人技术随之被广泛应用于人类社会的各个领域，也包括了电站领域。机器人因其具备类人及仿生的特征，可以通过传感、规划、控制来完成检测、避障以及操作等作业，所以，在那些繁杂的、重复的、作业环境恶劣的以及对人构成危险和危害的领域，可以协助人类作业，甚至替代人工作业。而燃煤电站系统作为大型的电能生产工厂，为机器人技术提供了丰富的应用空间。

2 概述

发电站按照其所利用的能源不同分为火力发电站、水力发电站、风力发电站、太阳能发电站、潮汐发电站以及核能发电站等，目前占比最大的是燃煤火力发电站。而机器人也根据移动方式，应用场合等，有轮式、履带式、工业机器人、特种机器人等种类划分。而无论对于哪种类型的电站系统，机器人应用场景都有着高精度、高危险、高强度的特征。本文列举了不同类型的机器人在燃煤电站系统中的应用案例。通过对燃煤电站系统机器人应用案例的总结和分析可以看出，机器人技术作为高科技的集成典范，必将更加广泛应用于各类型电站系统中，助力电站系统走向高效、清洁、智能。

3 机器人在电站系统中的应用案例

3.1 燃煤电站系统智能巡检机器人

燃煤电站系统在运行过程中，操作人员要通过电站的监测控制系统来获取并掌握机组运行状态，此外，现场巡检也必不可少。而采用传统的人工巡检不仅工作量大，厂内粉尘、化学品、高压、高温等一系列危险因素，也是对巡检人员的一种潜在安全隐患。

燃煤电站系统智能巡检机器人，是一个集成了多种传感器的智能机器人。通过将多种传感器集成于一个移动平台，辅助以路径规划、信息通讯、自主充电等功能，可以实现对电站车间的既定路线的巡检，设备状态检测及反馈，并能够进行数据存储以及分析比对，从而实现对电站各系统的智能巡检功能。

深圳钰湖电力有限公司的张燕东等研制的智能巡检机器人，通过开发整合智能检测技术，使其具有温度检测、振动监测、声音及图像的识别和提取功能，从而进行设备监测数据的采集、统计以及分析，并且可以通过手机，实现在线监控等功能，很好的满足了发电站日常巡检的功能需求，并且在深圳钰湖电力有限公司进行了示范应用，各项功能都达到了预期目标。

浙江浙能技术研究院有限公司的李峰等人，基于机器人运用的平台理念，通过无人值守系统的建设，运用云-边-端的体系架构，辅以智能化高级应用建设，让电厂车间摆脱传统人工巡检的方式，实现了对设备运行情况及环境状态的现场数据智能采集、移动监视、远程监控、智能分析以及多模式人机交互，最终实现电站泵房无人值守。

华能集团的陈建忠等人研制延至出一款基于输煤廊道巡检机器人的智能巡检系统。该系统以机器人代替人工对廊道进行巡检，以摄像头及各种检测仪表代替人的各种判断，以三维画面形式对整个巡检系统实现综合管理，最终可实现对整个输煤廊道的自动巡检，并在巡检过程中对超温、声音异常、粉尘超标、皮带跑偏等现象进行自动报警，实现事故追溯、历史查询等功能。

福建（泉州）哈工大工程技术研究院，也开发出适用于电力行业长距离、高空巡检作业场景，针对电站输煤系统的轨道式智能巡检机器人系统。该款智能巡检机器人，采用集转向、导向、预张紧及驱动为一体的双驱机构结构设计，搭载云台、高清摄像头、红外热像仪超声波雷达、RFID及编码器等模块于一身，配套监控系统，具备视觉识别、设备测温、自主定位、自动避障、自主充电、自动巡检、异常情况自动报警等多种功能。该款机器人已经成功应用于内蒙古和江西的燃煤热电厂输煤系统中。

国电东胜公司更是在电站内部署了多款智能巡检机器人，巡检区域包括：汽机、锅炉房，升压站，配电室、电子间，输煤廊道和封闭煤场等，根据应用场景的不同，所配置的机器人移动形式也分轮式和轨道式等，采用的监测和检测手段也不尽相同。通过在燃煤电厂生产现场部署以上智能巡检机器人，使电厂的巡检和测量工作变得标准化，并且不受时间和外界环境的限制。通过多种机器人的配置，实现了对国电东胜电站的电厂的智能监管，每年可发现各种故障百余次，减少损失100万元以上。

由此可见，目前智能巡检机器人产品丰富，技术成熟，并已经在燃煤电站领域得到了广泛的应用。各种携带多种高精度传感器的智能巡视机器人，替代了传统的人工巡视，使电厂的巡检工作变得全方位、全天候、高精度、高效率。

3.2 电站锅炉水冷壁清扫检测机器人

锅炉是燃煤火力电站的三大主机设备之一，是产生高温高压蒸汽的蒸汽发生装置。水冷壁则是电站锅炉的主要受热部分，分布于锅炉炉膛的四周，由数排钢管组成。锅炉在正常燃烧运行时，锅炉的水冷壁因其炉膛内侧的管壁直接接触火焰及燃料和飞灰，因此会产生磨损、积灰、结渣、腐蚀等问题，影响传热效果，严重时还可能发生爆管事故。因此，除了采取喷涂防腐涂层等措施外，必须要定期的清扫水冷壁排管，并进行壁厚的检测。传统的作业方式，就是通过人工对水冷壁排管清扫和检测。这种方式，需要在炉内搭脚手架，然后人工采用目测以及手持式超声波测厚仪的方式进行检查。这种传统人工作业的方式，周期长、效率低、费用高、可靠性差、安全性差。针对以上问题和需求，锅炉水冷壁清扫和磨损检测机器人应运而生。

早在1998年，哈尔滨工业大学机器人研究所的沈为民等便研究出一款水冷壁爬壁清扫检测机器人，用于对锅炉水冷壁排管向火面浮灰的清扫、结焦的清除、以及排管壁厚度的自动检测。机器人能够在检测到壁厚小于预置的极限值处发出报警信号，并能够在该处打标记。

湖北工业大学的宋小春等研制出一种能在水冷壁管壁表面自动爬行的高效无损检测机器人系统，此系统包括：机器人爬行机构、磁化与检测装置、控制系统以及数据采集和分析的可视化软件等。通过试验验证，研发的磁性检测装置能完成锅炉在役管道的普查和缺陷定位，超声检测能有效实现局部缺陷的定量检测。

常州大学的张学剑等研究出一款永磁吸附式的爬壁机器人，主要用于循环流化床锅炉的水冷壁厚度检测。该款机器人对永磁吸附结构进行了优化设计，使其具备更大的吸力，从而增强其爬壁过程中的载重能力。该款机器人通过特制的永磁履带吸附到水冷壁壁面，然后通过电机驱动蜗轮蜗杆减速器、链轮、链条等机构运转，驱动机器人本体向上沿壁爬行。四组导向轮的配置，可以不断对机器人爬行的方向进行修正。为了提高检测效率，设计了一种新型无损检测装置，可以同时进行两根排管厚度的检测。水平横移减速电机通过连接轴与编码器连接，通过编码器记录水平移动距离。此种检测装置，可以一次检测相邻八根排管的厚度，大大的提高了检测效率缩短了工期。

此外，国家能源投资集团有限责任公司江苏谏壁电厂主导研发了一款锅炉水冷壁检修机器人，并首次将堆焊修复技术应用于锅炉水冷壁的检修过程。在此前水冷壁检测机器人的基础上，通过多种传感技术的应用以及基于人机交互式机器人的方式，实现了基于机器人平台的检测和焊接修复工作。据报道，该款爬壁检修机器人，通过移动平台的设计，使其能够在水冷壁快速安全的爬行，并通过搭载检测传感设备，实现对水冷壁的检测，此外，通过打磨以及焊接等功能模块的配置，可以实现发现问题后的远程在线修复功能。通过该款机器人配置，可以实现水冷壁的检测和修复一体化，从而可以是水冷壁检修工作的成本降低、工期缩短、效率和安全性都得以提高。

通过以上水冷壁清扫检测机器人的研发投用，可以逐步代替水冷壁清扫检测的传统人工作业形式，从而大大提高工作效率、检修可靠性和作业安全性、缩短检测时间、降低作业费用，从而降低电站运行维护成本。该种类型的机器人目前已经逐渐走向成熟化和产品话，未来应用前景广阔。

4 结语

通过以上燃煤火力电站系统中机器人技术的成功应用案例，我们不难看出，智能机器人的应用场景都有着高危险、高强度、高精度的特点。以上燃煤电站机器人可以凭借其出色的移动、检测、控制和执行能力，更好的替人类去执行繁重、危险、复杂的工作任务，并且大大提高了效率，缩短了周期，节省了成本，增加了安全性和可靠性，完成了极端情况下，人工无法完成的工作，从而使其能在电站系统的众多领域得到广泛应用。

本文着重介绍了机器人技术在燃煤电站中的成功应用案例，除了燃煤火力发电站以外，智能机器人技术也已经被广泛应用到水电站的长距离引水隧洞检测、光伏电站的组件清洗、核电站的主管焊接以及核电站的水下检测、监控、应急及抢修等方面。

在我国的“十四五”规划中，智慧能源被多次提及，随着社会和科技的发展进步，智能化新型电站必将成为时代发展的趋势和主流。机器人技术作为自动化和智能化领域的代表性产物，随着通讯技术、传感技术、驱动技术和远程控制技术的不断发展，机器人的稳定性和可靠性逐渐加强，也必将更加广泛的应用于电站领域，从而提高电站系统的安全性、经济性和环保性，助力电站系统走向更高的智能化水平，成为智慧能源中的重要组成部分。