智能巡检机器人在变电站中的应用分析

吕棹辰

（国网大同供电公司，山西 大同 037008）

0 引 言

变电站作为电力系统的重要组成部分，承担着输电、配电以及转换电能的关键任务。然而，由于变电站通常处于复杂的环境，其设备众多且分布广泛，使用传统的人工巡检方式存在较多问题。智能巡检机器人的出现为解决变电站人工巡检的问题提供了新的思路和技术手段。智能巡检机器人具备自主感知、定位导航、数据处理与分析等功能，可以在变电站中代替人工执行巡检任务，并实现设备状态监测、故障预警等功能。智能巡检机器人的应用可以提高巡检效率，降低人力成本，提升巡检的安全性和可靠性。

1 变电站智能巡检机器人概述

随着科技的不断发展，智能巡检机器人在变电站中的应用逐渐成为现实。智能巡检机器人是一种具备自主感知、定位导航、数据处理与分析等功能的先进机器人，可以代替传统的人工巡检方式，提高巡检效率和准确性[1]。

在变电站中，智能巡检机器人具有广泛的应用前景。它可以完成设备状态监测和故障预警任务。通过搭载各种传感器，如红外测温传感器、声音传感器等，智能巡检机器人可以对变电站内部设备进行实时监测，及时发现异常情况并发出警报，从而避免因设备故障而引发的事故，并提前采取维修措施，保证变电站运行的安全稳定。此外，智能巡检机器人还可以进行工作环境安全监测。在变电站中可能存在有毒气体泄漏或火灾等危险情况，威胁工作人员的生命安全。通过搭载相应的传感器和监测装置，智能巡检机器人可以实时监测环境中的有毒气体浓度和温度变化，并及时发出警报，保障工作人员的安全。

2 智能巡检机器人的主要功能

2.1 智能巡检

智能巡检机器人通过搭载各种传感器和摄像头，可以对变电站内的设备进行全面、高效的巡检工作。在智能巡检过程中，机器人会自动导航到指定位置，并利用视觉识别技术对设备进行识别和定位[2]。同时，它可以使用红外测温技术实时监测设备表面温度，或者使用声音传感器监测设备产生的声音。通过这些功能，智能巡检机器人可以快速准确地获取设备的状态信息，并将数据上传至后台管理系统进行分析和处理。

2.2 红外测温

红外测温是智能巡检机器人的一项重要功能。通过搭载红外热像仪，智能巡检机器人可以进行非接触式的温度监测，对变电站内部设备进行实时监控。红外测温技术基于物体发射红外辐射的原理，可以准确地获取设备表面的温度信息。

2.3 智能表计识别

智能巡检机器人的另一个重要功能是智能表计识别。通过搭载图像处理和识别算法，智能巡检机器人可以自动识别变电站中各种类型的表计，并获取相关数据。智能表计识别技术基于图像处理和模式识别算法，通过对表计外观特征进行分析和比对，实现自动化的识别过程。

3 智能巡检机器人的关键技术

3.1 传感技术

3.1.1 视觉传感技术

视觉传感技术是智能巡检机器人中最常用的一种传感技术。通过搭载摄像头和图像处理算法，智能巡检机器人可以进行图像识别和目标跟踪等操作。例如，在智能表计识别任务中，视觉传感技术可以帮助机器人自动识别不同类型的表计，并提取出相关的数据信息。

3.1.2 温度传感技术

温度传感技术是智能巡检机器人中一个重要的传感技术。通过搭载红外热像仪或接触式温度传感器，可以实时监测设备表面的温度变化[3]。例如，在红外测温功能中，温度传感技术可以帮助机器人快速准确地获取设备的温度信息，从而判断是否存在异常情况。

3.1.3 声音传感技术

“找媒人上门求亲？他老公提了一把菜刀跑到秀姐的娘家，问嫁不嫁？秀姐说不嫁。真的不嫁。只见寒光一闪，他男人的小手指蹦出老远，血像自来水一样窜出来。吓得秀姐半晌说不出话来。后来秀就真的嫁给了这个男人。”

声音传感技术在智能巡检机器人中也具有重要的作用。通过搭载麦克风和声音处理算法，可以对设备产生的声音进行分析和识别。例如，在振动和噪声监测中，声音传感技术可以帮助机器人判断设备是否存在异常情况，如接触不良或松动导致的振动和噪声。

3.2 定位与导航技术

3.2.1 GPS定位技术

全球定位系统（Global Position System，GPS）是一种利用卫星信号进行位置测量的定位技术。通过搭载GPS接收器，智能巡检机器人可以获取自身的经纬度信息，并在室外环境下实现精确定位。例如，在大型变电站中，GPS定位技术可以帮助机器人快速找到目标设备，并规划最优路径进行巡检。

3.2.2 惯性导航技术

惯性导航技术是一种基于加速度计和陀螺仪等惯性传感器进行位置估计的导航方法。通过对机器人运动状态的连续监测和积分计算，可以实现相对精确的室内定位。例如，在变电站内部复杂环境中，惯性导航技术可以帮助机器人实现准确的定位和路径规划。

3.2.3 SLAM算法

同步定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）算法是一种同时进行定位和地图构建的技术。通过搭载激光雷达等传感器，智能巡检机器人可以实时获取周围环境的三维点云数据，并结合自身运动信息进行定位和地图更新。例如，在未知环境中，SLAM算法可以帮助机器人实现自主探索、建立地图以及规划路径。

3.3 数据处理与分析技术

3.3.1 图像处理与识别算法

3.3.2 数据挖掘与故障诊断算法

数据挖掘与故障诊断算法通过对大量历史数据进行挖掘和分析，可以发现隐藏在数据背后的规律和异常情况，实现故障预警和诊断。例如，在设备状态监测系统中，数据挖掘与故障诊断算法可以帮助机器人判断设备是否存在异常状态，并提供相应的维修建议。这些数据处理与分析技术的应用使智能巡检机器人能够从大量的数据中提取有用信息，实现自动化的监测和诊断。通过对图像、声音、温度等多种传感数据进行处理和分析，可以及时发现设备故障和异常情况，并采取相应措施，确保变电站的安全稳定运行。

4 智能巡检机器人在变电站中的具体应用案例分析

4.1 设备状态监测与故障预警系统

4.1.1 温度异常监测与预警功能实现案例分析

智能巡检机器人搭载红外热像仪，可以实时监测变电站内各种设备的表面温度。以某台变压器为例，通过定期巡检并记录温度数据，建立历史温度数据库。利用数据挖掘与故障诊断算法对历史数据进行分析，并建立温度异常模型。当智能巡检机器人再次巡检该变压器时，会自动获取当前的温度数据，并与历史数据进行对比[4]。如果发现当前温度超过正常范围或者存在异常波动，机器人会立即给运维人员发送报警信息，同时在后台管理系统中生成相应的报告和趋势图作为参考。通过这种方式，智能巡检机器人可以实现对变压器温度的实时监测和预警，提前发现潜在故障，并采取相应措施进行维修，避免设备损坏和停电事故的发生。

4.1.2 声音异常监测与预警功能实现案例分析

智能巡检机器人搭载麦克风和声音处理算法，可以实时监测变电站内设备产生的声音。以某台断路器为例，通过训练模型识别正常工作状态下的声音特征，建立声音异常模型。当智能巡检机器人巡检该断路器时，它会自动获取当前声音数据，并与正常工作状态下的声音特征进行对比。如果发现当前声音与正常状态的声音存在明显差异或者超过了阈值范围，机器人会立即给运维人员发送报警信息，同时在后台管理系统中生成相应的报告和趋势图作为参考。通过这种方式，智能巡检机器人可以实现对断路器声音的实时监测和预警，尽早发现可能存在的故障情况，并采取相应措施进行维修，确保设备安全运行。

4.2 工作环境安全监测系统

4.2.1 有毒气体检测与报警功能实现案例分析

智能巡检机器人搭载的气体传感器可以实时监测变电站内空气中的有毒气体。以某台开关柜为例，通过定期巡检并记录气体浓度数据，建立历史气体数据库。利用数据挖掘与故障诊断算法对历史数据进行分析，并建立有毒气体异常模型。当智能巡检机器人再次巡检该开关柜时，它会自动获取当前气体浓度数据，并与历史数据进行对比。如果发现当前气体浓度超过正常范围或者存在异常波动，机器人会立即给运维人员发送报警信息，同时在后台管理系统中生成相应的报告和趋势图[5]。通过这种方式，智能巡检机器人可以实现对有毒气体的实时监测和报警，及时发现可能存在的危险情况，并采取相应措施进行处理，保障工作人员的安全。

4.2.2 火灾监测与报警功能实现案例分析

除了有毒气体检测，智能巡检机器人还可以应用于火灾监测与报警系统。通过搭载红外热像仪等传感器，机器人可以实时监测变电站内部的温度变化，并在发现异常情况时及时发出火灾预警。以某变电站为例，该变电站使用1台智能巡检机器人进行火灾监测与报警。该机器人配备了高分辨率的红外热像仪，可以精确测量变电站内部各个设备的温度。在实际运行过程中，该机器人每隔5 min对变电站内部的设备进行一次红外测温，并将数据传输至后台服务器进行分析。根据监测数据，智能巡检机器人可以通过设定的阈值进行判断和报警。例如，在该案例中，当变压器温度超过50 ℃或开关柜温度超过37 ℃时，机器人会立即发出声光报警信号，并将报警信息发送至相关工作人员的手机上，以便及时采取应对措施。

5 结 论

智能巡检机器人在变电站中的应用具有重要的意义和广阔的前景。智能巡检机器人具有红外测温、声音异常监测等功能，可以实现对设备状态的实时监测与评估，为变电站提供精准的故障预警。同时，智能巡检机器人可以检测有毒气体和火灾风险，有效保障变电站内部空气质量和火灾风险的控制。未来，随着科技的不断发展和创新，智能巡检机器人在变电站中的应用将会得到更加广泛的推广，为电力行业的安全运行和可持续发展做出重要贡献。