引言

變電站設(shè)備巡檢機器人分為有軌和無軌兩種。一種是有軌機器人,需要事先敷設(shè)磁條、安裝RFID定位芯片,用于對機器人進行導(dǎo)航及定位。另一種無軌巡檢機器人無需磁條,依靠智能識別技術(shù)進行導(dǎo)航:相比有軌機器人,其工程量小,利用現(xiàn)成的巡視道路即可。但是變電站設(shè)備巡檢機器人在運行中仍存在著諸如機器人經(jīng)常出現(xiàn)點位偏差、表計讀數(shù)不準確、測溫準確性較低、機器人機身笨重、行動不靈活、巡視效率低等問題。無人機技術(shù)是目前非?；馃岬男屡d技術(shù),在電力行業(yè)輸電線路運維中,無人機已經(jīng)能開展大量巡視測溫工作,顯著提升了工作效率。變電站內(nèi)電場磁場強度較大,設(shè)備分布密集,對無人機的抗電磁能力、云臺穩(wěn)定性及遠距離拍攝能力要求較高,目前無人機在變電站內(nèi)的使用是非常罕見的。因此,本文提出新思路、新想法:將無人機應(yīng)用于變電站巡檢,并探討無人機應(yīng)用于變電站設(shè)備巡檢作業(yè)方面具備的優(yōu)勢。

1巡檢機器人及無人機的發(fā)展

20世紀60年代末期,斯坦福研究院開始研究移動機器人,研制出了名為shakey的自主移動機器人。2005年11月,長青變電站巡檢機器人樣機正式投入運營,為無人值守變電站的推廣應(yīng)用提供了創(chuàng)新型的技術(shù)檢測手段。變電站巡檢機器人出現(xiàn)的短短十年間,國內(nèi)外在理論與應(yīng)用研究方面均取得了一定進展,巡檢機器人已經(jīng)在我國的多個電站獲得了十分廣泛的應(yīng)用。

無人機迄今為止經(jīng)歷了三個發(fā)展階段:

(1)萌芽期:1935年,"蜂后"式無人機問世,開始了無人機的發(fā)展。

(2)發(fā)展期:1982年,以色列首創(chuàng)無人機與有人機協(xié)同作戰(zhàn),同時無人機在海灣戰(zhàn)爭中大放異彩,引起了各國軍事高層的重視,開啟了無人機真正的發(fā)展之路。

(3)蓬勃期:21世紀初,研制出了迷你無人機,機型更加小巧,性能更加穩(wěn)定,催發(fā)了民用無人機的誕生。

目前,將無人機應(yīng)用于變電站巡檢,需要開發(fā)無人機自動巡檢功能、基于圖像識別的在線檢測以及通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行大量訓(xùn)練的智能診斷系統(tǒng),建立和完善變電站無人機作業(yè)管理和技術(shù)標準。無人機巡檢可以提升工作效率,代替人工完成各項作業(yè),降低值班員的工作風(fēng)險。

2巡檢機器人在運行中存在的問題及采用無人機的優(yōu)勢

2.1巡檢機器人機身笨重,行動不靈活,巡視效率低

一座常規(guī)敞開式500kV變電站,全站可見光巡視點位接近6000個,正常情況下分為500kV區(qū)域可見光巡視、主變區(qū)域可見光巡視、220kV區(qū)域可見光巡視及35kV區(qū)域可見光巡視。巡檢機器人機身笨重,行動不靈活,其正常行駛速度一般為0.5m/s,要做到全站巡視,將要耗費大量時間,巡視效率低。普通無人機的飛行速度一般為20m/s,在定位導(dǎo)航模式下也可達到5m/s。無人機機身輕盈,飛行靈活,巡視效率將大大提高。

2.2巡檢機器人偏離預(yù)定設(shè)定路徑

機器人開始任務(wù)前的位置狀態(tài)存在偏差,在機器人運行過一段時間后,初始位置狀態(tài)的偏差會被放大,出現(xiàn)偏離預(yù)定設(shè)定路徑的問題。因偏離預(yù)定設(shè)定路徑,機器人有可能會:

(1)駛?cè)氲缆愤吘?發(fā)生側(cè)翻,損壞機器人。

(2)卡在高壓場地某個角落來回移動,調(diào)整路徑失敗,直到電池電量耗盡,需要值班員人工推動機器人回到充電室中進行充電。

(3)無法正確定位,未能正確拍攝到設(shè)備或儀表,不能完成預(yù)定的巡檢任務(wù)。

機器人運動空間只能是二維平面模式,而應(yīng)用無人機將是三維立體模式。無人機地面基站系統(tǒng)可建立變電站電子地圖,采用三維坐標系0XYZ,先選取一個零坐標點(0,0,0),對變電站的所有設(shè)備巡視點位及飛行空間建立一個數(shù)據(jù)庫,無人機在運行過程中,與數(shù)據(jù)庫實時通信,采用高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、視覺導(dǎo)航定位功能進行導(dǎo)航。目前的無人機技術(shù),動態(tài)定位精度最高可達厘米級,理論上可精確地得到變電站內(nèi)任意位置的坐標。應(yīng)用無人機地面基站控制,可設(shè)定無人機的巡視策略,具體包括巡視周期和一天之中具體的巡視時間,以及設(shè)定無人機自主航行的路線。

2.3巡檢機器人表計讀數(shù)不準確

巡檢機器人的表計讀數(shù)一般有主變油位、油溫、繞組溫度:斷路器sF6壓力值、開關(guān)動作次數(shù):避雷器泄漏電流、動作次數(shù):套管、電壓互感器等充油類設(shè)備油位指示等。巡檢機器人在實際運行中,由于機器人鏡頭精度、對焦、距離和角度等因素,無法對所拍攝照片中表計的讀數(shù)進行準確識別,經(jīng)常誤告警,使得值班運維人員花費了大量時間確認告警信息。

應(yīng)用無人機,攜帶高分辨率可見光攝像頭,除變電站存在設(shè)備本身的表計刻度模糊、鏡面臟污等問題外,對于安裝位置較高的表計,無人機可以上下調(diào)節(jié)攝像頭高度,還可以遠近調(diào)節(jié)與表計距離,使攝像頭垂直正對表計,從而避免因?qū)埂⒕嚯x和角度等因素造成的誤差。

2.4巡檢機器人紅外測溫準確性問題

巡檢機器人的測溫準確性受多方面影響,鏡頭精度、對焦、距離和角度等都會影響所測設(shè)備溫度?！蹲冸娬局悄軝C器人巡檢系統(tǒng)運維規(guī)范》中規(guī)定:對于主變等大型設(shè)備要求360o全覆蓋,如主變本體,要求從正面、背面、左面和右面進行巡檢,以確認主變無滲漏油、破損、銹蝕,測溫正常:對于隔離開關(guān)等柱型設(shè)備,要求進行不少于兩個方向的外觀拍攝和紅外測溫,以確認無歪斜、破損、裂紋、滲漏油,測溫正常。

但巡檢機器人是在場地二維平面行駛的,對于處于高處的設(shè)備,紅外測溫儀角度上仰,與設(shè)備成一定夾角,其測溫往往低于設(shè)備實際溫度,并不準確。

相比之下,應(yīng)用無人機可以完美避免這些問題。無人機紅外測溫具有三維立體,突破二維空間的限制全方位無死角測溫,測溫速度快、范圍廣等優(yōu)點。搭載紅外成像儀的無人機,熱像儀的熱分布可視化、測溫等特性能夠有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱點,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷,保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行。應(yīng)用無人機代替巡檢機器人,可以按照《變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)運維規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定完成測溫任務(wù)。

3未來變電站巡檢無人機的發(fā)展

無人機在輸電線路巡視中的應(yīng)用已經(jīng)有了良好的開端,依照南方電網(wǎng)規(guī)劃,2020年將實現(xiàn)"機巡為主,人巡為輔"的智能化、可視化巡檢模式。但無人機在變電站巡檢方面的應(yīng)用還比較欠缺,還需要在變電站勇于嘗試,推廣變電站無人機巡檢技術(shù),逐步實現(xiàn)智能化的巡檢方式。結(jié)合目前無人機技術(shù)的新發(fā)展,還需開發(fā)無人機自動巡檢功能、基于圖像識別的在線檢測以及通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行大量訓(xùn)練的智能診斷系統(tǒng),以便實現(xiàn)變電站無人機巡檢全自動、智能化運行管控。將來無人機巡檢技術(shù)成熟,廣泛應(yīng)用于變電站后,可有效推進電力環(huán)保、綠色巡檢的進程。