轨道式智能巡检机器人在海洋石油平台的应用

周暐(海洋石油工程股份有限公司，天津 300451)

1 应用背景

海上石油平台的一些室内电气设备(如：变压器间、不间断电源UPS间等)的稳定安全运行是保证海上平台正常运行的关键因素，需要运行维护人员准确全面地了解平台上室内电气设备的运行状态，人工检测的内容主要包括测温、读表、指示灯状态等。海上平台室内电气设备是设备缺陷的高发区，需要运维人员重点巡检。人工巡检没办法做到随时随地，轨道式智能巡检机器人系统可有效降低人工巡检的安全风险，24 h对平台上的室内电气设备进行监控，方便运维人员及时有效地了解室内设备的运行状态。

该系统搭载有监控摄像头和传感器，对轨道周边的电气设备进行监测和检查，能够实现海上平台的电气间内的设备全方位智能巡检和监控，同时也可以人工进行手动操作，以获得相关设备的关键信息。

2 系统组成

智能巡检机器人是由软件平台、轨道总成、供电总成和通信总成组成，是一款可长距离水平方向运动、智能型、监控摄像设备搭载平台系统，可装载音频视频采集、影音播放、温度控制检测和红外热成像等设备。系统组成如图1所示。

图1 智能巡检机器人系统组成

结构主要分为：底盘模块、安全防护模块、前端搭载模块、可见光监控、红外热成像仪、局放传感器、轨道部分、供电部分、通信部分、后台监控部分。其中底盘模块是由内部齿轮和四组从动滚轮组成，它的转弯半径超过60 cm且具有很强的过弯能力，在一些特殊的复杂的环境中做到了监测无死角。安全防护模块即红外光电传感器，当巡检机器人在探测发现巡检线路上存在障碍物影响其通过时可以自动停车报警。前端搭载模块用于搭载可见光摄像仪、红外热像仪和局放传感器。检测单元可支持搭载气体传感器或其他类型传感器，以满足特定设备状态监测和操作、行业业务处理等定制服务。可见光监控包含高清摄像头具有高像素和多倍光学变焦，聚焦快速且准确。红外热像能够提前发现异常情况，避免演变为严重故障，杜绝财产损失或对人身安全构成潜在威胁。轨道部分型材则采用高强度铝合金，可拼接为U型弯和S型弯，根据现场的环境进行设计。局放传感器具备超声波和地点波两种检测模式，传感器通过电机传送，具有一定的伸缩行程。供电部分采用轨道供电系统的供电方式，电源输入为220 V AC，可以保证其在石油平台上运行的稳定可靠性。

3 系统功能及应用

智能巡检机器人系统是一个集自主巡检、检测、红外测温、局放检测、仪表识别和视频监控等功能于一体的全面的、强大的系统。

自主巡检分为全自主和遥控两个功能。全自主巡检模式包括例行和特巡两种方式。例行巡检方式下，系统根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，自主启动并完成巡视任务。特巡方式由操作人员选定巡视内容并手动启动巡视，机器人可自主完成巡检工作。遥控巡检模式由操作人员通过后台软件手动遥控机器人来完成巡检工作。

检测功能是指智能巡检机器人配备局放传感器、红外热成像仪、可见光摄像机等检测设备，并能将所采集的视频和声音等信息上传至本地监控后台及远程集控后台。可配置可见光摄像机、红外热成像仪、局放传感器。

红外测温功能是指巡检机器人搭载具备自动对焦功能的红外热像仪，能够对站内设备进行温度检测，在影像中能够显示温度的最高点位置和温度数值。可以根据实际要求对电流致热型和电压致热型故障进行自动分析判断并提出预警。

该巡检机器人搭载局放传感器，具备超声波和地点波两种检测模式，支持点巡检和线性巡检两种检测方式。能够对屏柜的局部放电数据进行读取，自动记录和判断，并提出报警。

在进行巡检工作时，该巡检机器人可以安装一部带有自动对焦、遥控拍照、定时自动拍摄等功能的高清视频摄像头，对设备所处的周边环境进行视频和图像的采集并将图像传输到中控室里。并且该摄像头能够对有读数的仪表进行数据读取，对指示灯、压板等进行状态识别并提出报警。

巡检机器人具有可见光和红外视频图像采集功能，工作人员可通过上位机软件操作机器人移动到指定位置，将监控范围覆盖到盲区。机器人可拍摄出站内各种设备高清图像和红外热成像，并将采集到的信息经无线局域网实时传输到中央控制室，在中控室的工作人员便可根据高清回传图像判断出监测的设备是否安全。当发现一些异常情况时工作人员可第一时间查清原因并采取相应的应急办法。

平台内部传统的工业监控系统或多或少地存在盲区，单凭人工查看实时监控图像无法24 h进行巡检，存在着遗漏的问题。智能巡检机器人系统可以方便平台运行维护人员及时有效地查看了解电气房间内相关设备的运行状态，有效地降低风险。电气机柜内设备的运行状态主要通过机柜上各类仪表来显示并判别，智能巡检机器人通过视频监控可以实时查看、读取机柜上的相关仪表数据并进行有效的数据分析。机柜漏电的现象也是一个潜在的问题同样需要关注，平台上房间内的设备经过长期使用容易出现老化漏电的现象。通过对智能巡检机器人系统搭载局放传感器，对相应使用年份长老化的设备进行检查并及时预警。同时，电气间设备不间断工作，加之散热不好会产生柜体发热的情况问题，对柜内的设备性能会产生影响。智能巡检机器人可通过搭载红外热成像或温度传感器对设备表面和内部温度进行实时监控，一旦监测出温度过高会及时报警。

智能巡检机器人应用在海洋石油领域始于垦利3-2油田扩建项目。该项目位于渤海南部，采用全海式开发，充分依托垦利3-2油田开展新建井口平台的无人化设计，为保证无人平台远程合闸操作的可靠性，在WPFB井口保护架上设置无人巡检机器人。通过WPFB井口保护架上电气开关间内的无人巡检机器人，实时检测电气设备状态实况，记录重要电气参数，与EMS传输数据实现对比，同时增加设备温度、局放等测量参数，记录结果存档，输出巡检周报和月报。既满足巡检要求，又减少人员等平台次数，减少人误操作的概率。

4 结语

随着社会经济和能源行业的快速发展和科学技术的不断进步，在很多行业领域当中，工作智能化程度日益提高。在电力系统中，变电站智能机器人巡检系统也已应用多年[1]，有效地解决了传统人工巡检的诸多问题，现场应用效果较为理想。如今，该系统也应用在智能无人值守石油平台，相信在今后无人化海上平台的应用，能够更加降低平台生产运行时的安全风险，减少人工巡检次数，提高工作效率和设备的智能化自动化水平。