电气设备智能巡检研究及应用

国电青山热电有限公司 左 磊 肖 磊 芦 阳 宋 杨 史 峰 李 巍 北京必可测科技股份有限公司 高清超 徐建伟

随着近年来电力技术的不断深入发展，电力设备的维护水平也在不断提高，大量传感器技术、人工智能技术在电力设备检测中被广泛应用，通过新技术应用，实现对电气设备的早期发现、早期诊断、早期处理的目标，将设备故障消灭在萌芽状态，降低电气设备事故的发生，为电力系统安全生产保驾护航。

1 电气设备智能巡检的检查主要内容

开展电气设备智能巡检，利用现代传感器技术主要需实现以下功能：

1.1 红外检测功能

能对电气设备和线路的热缺陷进行探测，及时发现、处理、预防重大事故的发生。利用红外检测技术可开展以下电力设备状态检测与故障诊断工作：高压电气设备运行状态检测与内、外中心故障诊断：各类导电接头、线夹、接线桩头氧化腐蚀以及连接不良缺陷；各类高压开关内中心触头接触不良缺陷；隔离刀闸刀口与触片以及转动帽与球头结合部的不良缺陷；各类CT、PT 一次内中心及外中心连接不良缺陷、本体及油绝缘不良缺陷以及内中心铁芯、线圈异常不良过热缺陷。

红外检测能实现以下预警要求：电气设备与金属部件的连接接头和线夹，以线夹和接头为中心的热像，三相温差不超过15K，未达到严重缺陷的要求时为一般缺陷，热点温度＞80℃时为严重缺陷，热点温度＞110℃时为危急缺陷；隔离开关以转头为中心的热像，以刀口压接弹簧为中心的热像，温差不超过15K，未达到严重缺陷的要求时为一般缺陷，热点温度＞90℃时为严重缺陷，热点温度＞130℃时为危急缺陷。

1.2 可见光视觉识别功能

利用图像识别技术，完成现场断路器操作油压表、SF6压力、避雷器泄漏电流与动作次数。CT 与PT 油位表等的读取工作，能通过趋势分析，及时发现设备隐患并及时发出报警，通知运行人员处理；利用图像比对技术，发现充油电气设备的漏油、渗油缺陷；利用图像识别技术，完成断路器、隔离开关的位置状态识别；局放检测功能能通过局放传感器开展运行设备绝缘检查、分析。

2 智能巡检技术实现的主要方法

2.1 红外传感器的红外诊断技术

利用红外传感器及时发现导线连接金具、闸刀触头部分的缺陷，同时也能对电流互感器、电压互感器、断路器、避雷器等设备的内部异常过热等安全隐患进行检测预警。目前红外传感器技术日趋成熟，价格低廉，故已被广泛使用。红外传感器原理：利用红外线的物理性质来进行测量的传感器。任何物质，只要它本身具有一定的温度（高于绝对零度），都能辐射红外线。红外线传感器测量时不与被测物体直接接触。红外线传感器包括光学系统、检测元件和转换电路。检测元件主要是热敏检测元件。热敏电阻受到红外线辐射时温度升高，电阻发生变化，通过转换电路变成电信号输出。

2.2 图像识别技术

电气设备有些分布较广，常规表计众多。常规表计一般只装有报警接点，只能在设备一定安全危险程度时发出报警或闭锁。那么利用视频图像识别技术，进行远程表计识别读取，建立数据的积累，通过数据跟踪分析，及时发现设备初期的隐患。随着AI 技术的发展与应用，利用视频照片的比对技术，如将当前拍的油浸式变压器某一部位静态图片与前一天的图片，由电脑进行人工智能技术的比对，能及时发现变压器漏油渗油的设备隐患。

2.3 局放技术的应用

电气设备的绝缘水平决定着电气设备的安全运行水平，是电气设备安全运行的根本保证，所以对运行中电气设备绝缘监测技术也在不断发展，目前普遍采用超声、特高频、地电波等技术，来实现对运行设备运行时的绝缘监测[1]。

超声波：超声波传感器是将电气设备放电超声波信号转换成其它能量信号（通常是电信号）的传感器。发生局部放电时，在放电的区域中分子间产生剧烈撞击，宏观上产生了声波，通常频率大于20kHz 称为超声波。当开关柜内部发生放电时，产生的声波信号传递到开关柜表面，由超声波传感器将超声信号转换为电信号，并进一步放大后传输到采集系统，以达到检测局部放电的目的。

特高频：高压电气设备局部放电总是在很小的范围内发生,具有较快的击穿特性,其脉冲持续时间较短，可激发频率从低频到UHF 特高频段的电磁波，特高频(300～3000MHz)电磁波可在其内部有效地传播，通过UHF 特高频接受传感器，灵敏接受特高频电磁波，通过计算机软件处理，对高频信号波型分析，确认是否存在放电故障。

地电波（暂态对地电压）：局部放电产生的电磁波，会通过屏蔽层不连续的部分传输到设备表面，在设备表面产生感应电流，设备表面存在波阻抗，进而在设备外层形成一个暂态对地电压，简称TEV。目前TEV 法检测大都采用电容耦合探测器来检测局部放电的幅值和放电脉冲频率。

2.4 智能巡检专家智能系统

主要包括四大功能模块：系统管理、交互查询、数据管理、智能分析。系统管理包括系统维护、权限管理及帮助三项功能；交互查询模块：包含综合查询、图形表单展示及打印输出三项功能；数据管理模块：包含用户信息管理、知识库管理、样本库管理、动态信息管理及备份信息管理五项功能；智能分析模块：包含综合告警、故障诊断、状态评估、风险预测[2]。

3 智能巡检技术在生产实际中的应用

开展定期对电气设备巡检是保障电气设备安全运行的组织措施，为此必须配备大量的生产现场巡检人员，定期开展对电气设备的巡检工作。巡检工作性质非常重要，必须认真细致，但工作任务是比较单一的，是一种重复性的劳动，劳动强度较大，从根本上很难保证每人每次巡检都能高质量的完成，同时由于巡检人员的电气设备巡视只能开展常规的听觉（无法听见超声）、视觉（无法看见红外）、嗅觉（无法闻到如SF6等无色无味的气体）的检查，故人员日常巡检对部分设备的安全隐患是无法通过传统方法来发现的。随着近年来技术发展，无线定位技术（如GPS）、激光定位技术、视觉定位技术、电力储能技术等不断发展，利用机器替代人工巡检正逐步登上历史舞台。

3.1 智能巡检机器人的组成

智能行走移动平台。目前主要采用的方式主要有吊轨式、轮式和固定式。吊轨式是巡检机器人按轨道运行，对于固定路线比较方便，巡检时定位准确，机构简单、运行可靠，但灵活性较差，设备发生变化，巡检轨道必须重新安装调整，一般用于配电室内设备的巡检工作；轮式巡检机器人则行走路线比较灵活，可以根据设备运行情况，巡检内容变化情况灵活配置，能高质量完成巡检任务；固定式巡检机器人则是根据巡检内容，在整个巡检路线上安装多个可见光、红外组合视频探头进行定点监测，摄像头通过变焦、云台控制来实现电气设备的巡检功能，这个系统无移动设备，系统简洁更高，唯一缺点为灵活性较差。

导航控制系统。轮式机器人的行走控制是巡检机器人的核心部分，导航主要有GPS、激光、WIFI定位器等，目前主要普遍采用技术成熟的激光导航技术，其原理是由巡检机器人通过对现场的行走，完成对地图的采集工作，正常运行时，依靠激光测量数据的采集与地图数据的比对，实现机器人行走的定位。激光定位的精度较高，能满足巡检机器人行走的需要；吊轨式机器人则通过磁钢编码技术进行定位，通过在在轨道上等距离多点的布置，实现数字化精确定位。

计算机控制系统。巡检机器人普遍配置一台计算机安装于体内，用于负责机器人的通讯、行走路线规划、视觉数据的存储。

带载的检测传感器系统。巡检机器人除基础平台部分外，必须在平台上安装多个传感器来实现对电气设备的检查，对于配电室吊轨机器人，一般安装红外视觉与看见光视觉传感器。可见光用于表计读取，断路器、隔离开关位置状态的读取，电气综保信息读取；红外传感器用于对低压室内变压器的红外测量。另外机器人还配有地电波和超声局放对开关柜进行检测。轮式机器人平台上一般也配有红外视觉与看见光视觉传感器。同样可见光用于表计读取，拍照对比，设备运行状态等检测；红外传感器用于连接、接触、本体发热异常的红外测量。固定式巡检机器人配有红外视觉与看见光视觉传感器，完成的内容基本与吊轨式、轮式相同。

目前电气设备智能巡检在实际生产中发挥了重要的作用。2017年7月某电厂迎峰度夏期间，机器人在巡视中及时发现220kV 一母线隔离开关触头运行中发热严重，机器人第一时间在后台监控发出报警，运行人员及时处理，避免了一起严重事故的发生。由于智能巡检机器人是集计算机技术、机电一体化技术、无线通讯技术、现代传感技术等众多技术于一体的系统组合体，每个环节都会对巡检机器人是否可靠运行造成影响。目前依然存在定位错误造成巡检机器人停止工作，图像识别虽然较高，但仍无法达到100%识别等问题。不过我们依然坚定认为，随着各技术的不断深入与完善，电气设备智能巡检的应用将更加可靠、完善。