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【摘要】随着人工智能的发展，常规变电站向建设智能化变电站的方向推行，智能巡检机器人技术在各个变电站的应用也在逐渐铺展开来。本文结合云南某大型变电站智能巡检机器人的应用情况，对智能巡检机器人在大型变电站中的应用现状及问题进行分析，并提出了相应的改进措施。
【关键词】大型变电站;智能巡检机器人;应用现状;问题分析。
0 引言
随着变电站向建设智能化变电站方向的发展，变电站的自动化水平也在逐渐提高，而智能巡检机器人技术则在各个变电站逐渐得到推广和应用。在《2020年国务院政府工作报告》中提出的新基建中特高压的发展将涉及到很多大型变电站的建设，而传统的巡检模式必然满足不了高速发展的智能化变电站建设，智能机器人巡检将成为以后变电站巡检的主要方向。
当前的变电站巡检方式主要依靠运维人员通过巡视、抄表、记录以及使用一些相配套的检测仪器对变电设备进行检查，但是这种人工巡检方式由于各种外界因素的影响导致其质量难以得到保证[1]。而变电站智能巡检机器人通过下发计划巡检任务或专项巡检的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可以及时发现电力设备的温度异常、表计数值异常等设备异常现象。智能巡检机器人技术的应用极大的解放了人力，使变电站设备运维效率得到提升。
虽然机器人巡检技术近年来发展迅速，但因当前机器人巡检技术智能程度有限，且机器人巡检还在试行、推广阶段，在任务规划、数据获取和诊断分析等方面供电局多参照人工巡检的方式执行。而大型变电站因本身电力设备多、型号种类丰富、占地面积广等对智能巡检机器人的应用是极大的挑战。
1 巡检机器人简介
巡检机器人按照应用场景的不同，分为室内巡检机器人和室外巡检机器人。而本文介绍的是室外巡检机器人。
变电站巡检机器人系统由机器人本体、监控系统、机器人室、微气象系统等组成。变电站巡检机器人通过监控系统进行管理，可以与生产管理系统等实现信息交互。其系统总体架构如图1所示。
1.1机器人本體
机器人本体由底盘单元、供电单元、传感单元、控制单元及导航单元组成。底盘为轮式底盘，驱动机器人进行移动;供电单元采用锂电池为机器人各供电模块进行供电;传感单元为可见光摄像头、红外热像仪、超声传感器，对巡检时相关信息进行采集;控制单元负责对各传感数据进行处理、运算及对执行机构进行控制;导航单元为无轨化3D激光导航方式，实现机器人定位导航。
1.2监控系统
监控系统功能包括机器人管理、任务管理、实时监控、巡检结果确认、巡检结果分析、用户设置、机器人系统调试维护七大模块。
（1）机器人管理模块：主要为了实现变电站多台机器人之间的选择切换，选择其中一台机器人后，界面中的任务管理、电子地图及实时监控三大模块均切换至对应选择的机器人工作界面。模块主要包含机器人切换、视频监控及电子地图、实时信息、设备告警信息、系统告警信息等相关信息展示。
（2）任务管理模块：任务管理模块主要实现全面巡检、例行巡检、专项巡检、特殊巡检、自定义任务、地图选点及任务展示等功能。每个功能均集合了任务编制、任务下发等功能。根据不同巡检任务类型自动预设相关巡检点位，并自动生成任务名称。
（3）实时监控模块：主要实现视频监控，巡检上报信息查看及机器人控制等功能。
（4）巡检结果确认模块：主要包括设备告警确认、主接线展示、间隔展示、巡检结果浏览、巡检任务审核、巡检报告生成六个模块。用于对机器人的巡检结果，包括各类设备告警信息数据，以及各巡检点位采集的图像、音视频信息等进行核查确认，并生成巡检报告。
（5）巡检结果分析模块：实现各巡检点位任务的查询、浏览、输出功能，分析各设备的巡检覆盖情况，并可实现对该巡检任务信息查询、浏览及审核确认，具备导出相应报告功能。
（6）用户设置模块：主要实现用户权限管理功能。
（7）机器人系统调试维护模块：主要实现巡检地图维护、机器人参数设置、机器人数据库维护等功能。
1.3机器人室
机器人室用于机器人的自主充电及日常停放，采用彩钢复合板、轻钢结构、防水卷材、防腐木板等制作而成，占地面积约4㎡。机器人室内按需配备空调、充电箱、自动卷帘门等设备。室内充电箱采用220V电压。
1.4微气象系统
微气象系统能够采集环境温度、湿度、降水量、大气压、风向、风速等主要气象要素，并能实时远程监视，能够有效地提高机器人的任务适应性。
2 巡检机器人应用情况
随着国家新基建概念的提出，我国大型变电站的数量将变得更多。我国最早研究变电站巡检机器人的是山东省电力公司电力科学研究院和山东鲁能智能技术有限公司[2]。目前云南电网主要使用的是山东鲁能的智能巡检机器人，而在2018年5月21云南电网公司在南网率先实现变电站巡视机器人集中管控标志着该公司在南方电网率先实现公司级机器人主站对公司范围内机器人集中管理。巡检机器人与主站联调对接后，从设备台账、业务规范、数据格式、通讯接口等方面实现了统一整合，为变电站巡检机器人的规范化建设奠定了坚实基础，成功实现了云南电网变电站机器人巡视的集中管控，以及变电站机器人巡视作业从作业计划、工单分配、站内巡视、数据回传、数据分析、巡视作业绩效管控的“闭环管理”。云南电网做为西电东送的主网架，大型变电站数量众多，但在面对大型变电站时，巡检机器人应用依然面临技术上的挑战。
3 巡检机器人在实际应用中的不足
3.1巡检机器人自动导航
巡检机器人导航是机器人本体需具备的功能之一，是巡检机器人安全而高效行走的保障。目前巡检机器人主要采用无轨化3D激光导航方式，根据激光导航的原理，需要提前对变电站的设备、建筑等信息进行采样，建立2D栅格地图。其巡检机器人导航方式分为三个步骤：建图、定位、路径规划[3]。建立好的2D栅格地图对于常规变电站，一般来说是不需要改动地图的，但对于大型变电站来说， 巡检机器人自动导航则面临巡视环境发生改变，狭窄地形激光定位丢失等问题。
巡视环境发生改变主要是因为电力行业的快速发展，大型变电站经常推广各种新型项目，例如说给变电站35kV区域设备加装安全围栏，巡视人员通过时可以自己开关门进入，但对于巡检机器人来说新安装的安全围栏就未在2D栅格地图内，如果不提前将安全围栏门全部打开并固定住，巡检机器人不知道有这扇门，就可能会自己撞上去，有可能造成安全围栏门或巡检机器人的损伤。同时因为环境的改变，巡检机器人可能就无法识别当前环境，停在此区域。根据这种情况，需要厂家人员到现场重新扫描当前巡视区域环境，并做测试，确保巡检机器人能正确返回充电室。
狭窄地形激光定位丢失主要是因为大型变电站占地大，巡检机器人网络通信在距离巡检机器人通信基站较远的地方信号较差，可能会出现巡检机器人因为通信差而暂停移动或是直接激光定位丢失，且巡检机器人在狭窄的地形或是有围网的电力设备周围行驶时是关闭超声停障功能的。因为如果不关闭超声停障功能，巡检机器人在地形狭窄处或是有围网的电力设备周围行驶超声停障功能就会报警，巡检机器人就会暂停移动，而恰恰是因为巡检机器人关闭了超声停障功能，在狭窄地形激光定位丢时巡检机器人就有可能碰撞到电力设备，造成巡检机器人受伤，如图二所示。根据这种情况，应要求厂家人员优化巡检机器人巡检路线，尽快开发机器人離线巡检模式，在变电站信号薄弱的地区加装巡检机器人通信基站。
3.2巡检机器人红外测温
在变电站中红外测温是检测电力设备运行是否正常的重要手段，对于大型变电站来说，人工红外测温工作量很大，使用巡检机器人测温可以极大提高变电站运维效率。但因为巡检机器人红外测温是一个模拟人工巡检的过程，巡检机器人在到达预定位置，通过获得巡检目标的最佳图像数据传输至监考后台进行智能分析，并通过电力设备整体温生特性、局部温升特性和温差变化作为判别电力设备是否存在温度异常的依据。而巡检机器人在红外热成像时往往容易受到周围温升高设备的干扰或是周围照明光源的干扰，导致巡检机器人虽然测的是选定部位的电力设备，但是采集到的温度却是周围温升高设备或是照明光源的温度，使此部位的测温结果无效，这在围网内的电力设备上体现很明显。根据这种情况，应要求厂家优化巡检机器人红外测温的程序逻辑，而电站运维人员则应在巡检机器人红外测温时及时关闭开关场的照明设施。
3.2巡检机器人表计读取
巡检机器人在进行可见光巡检时，需要拍摄设备清晰图案，实现对其状态或读数的准备识别。但在实际应用中，巡检机器人在大型变电站中的表计却存在拍摄图片模糊、读数识别错误的问题，而因为大型变电站设备众多，可见光巡视的数据错误率就比较高。
表计拍摄图片模糊、读数识别错误主要出现在大型变电站中的GIS设备或围网内的电力设备上。GIS设备的一大优点是占地面积小、结构紧凑，但对于巡检机器人来说，过于紧凑的电力设备结构导致相关表计的读取困难，因为巡检机器人身高有限，即使调整了拍照角度，拍出的照片也容易模糊。在大型变电站中围网中的设备较多，例如说交流滤波器中的避雷器读数就容易读数识别错误，因为围网对机器人的拍照干扰很大，即使厂家人员采取了拍照时虚化围网，对相应电力设备拍照点位的围网剪切开个小窗的方式，实际读数依然容易读数错误。根据这种情况，应要求厂家优化围网内拍照的电力设备识别策略，减少围网对机器人巡检的干扰。
4 结束语
综上所述，巡检机器人技术的应用已经在我国取得很大的发展，但在大型变电站应用方面，依然存在极大的技术挑战，应在巡检机器人设计安装时考虑到这些情况，提前进行技术攻关，不断的完善巡检机器人应用技术。
参考文献
[1] 钱金菊.变电站智能机器人巡检任务规划[J].广东电力.2017.
[2] 文宗林.智能巡检机器人应用现状及问题[J].低碳世界.2018.
[3] 陈曦、孙杨.变电站机器人巡检运维技术培训教材[M].中国电力出版社.2020.
【关键词】大型变电站;智能巡检机器人;应用现状;问题分析。
0 引言
随着变电站向建设智能化变电站方向的发展，变电站的自动化水平也在逐渐提高，而智能巡检机器人技术则在各个变电站逐渐得到推广和应用。在《2020年国务院政府工作报告》中提出的新基建中特高压的发展将涉及到很多大型变电站的建设，而传统的巡检模式必然满足不了高速发展的智能化变电站建设，智能机器人巡检将成为以后变电站巡检的主要方向。
当前的变电站巡检方式主要依靠运维人员通过巡视、抄表、记录以及使用一些相配套的检测仪器对变电设备进行检查，但是这种人工巡检方式由于各种外界因素的影响导致其质量难以得到保证[1]。而变电站智能巡检机器人通过下发计划巡检任务或专项巡检的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可以及时发现电力设备的温度异常、表计数值异常等设备异常现象。智能巡检机器人技术的应用极大的解放了人力，使变电站设备运维效率得到提升。
虽然机器人巡检技术近年来发展迅速，但因当前机器人巡检技术智能程度有限，且机器人巡检还在试行、推广阶段，在任务规划、数据获取和诊断分析等方面供电局多参照人工巡检的方式执行。而大型变电站因本身电力设备多、型号种类丰富、占地面积广等对智能巡检机器人的应用是极大的挑战。
1 巡检机器人简介
巡检机器人按照应用场景的不同，分为室内巡检机器人和室外巡检机器人。而本文介绍的是室外巡检机器人。
变电站巡检机器人系统由机器人本体、监控系统、机器人室、微气象系统等组成。变电站巡检机器人通过监控系统进行管理，可以与生产管理系统等实现信息交互。其系统总体架构如图1所示。
1.1机器人本體
机器人本体由底盘单元、供电单元、传感单元、控制单元及导航单元组成。底盘为轮式底盘，驱动机器人进行移动;供电单元采用锂电池为机器人各供电模块进行供电;传感单元为可见光摄像头、红外热像仪、超声传感器，对巡检时相关信息进行采集;控制单元负责对各传感数据进行处理、运算及对执行机构进行控制;导航单元为无轨化3D激光导航方式，实现机器人定位导航。
1.2监控系统
监控系统功能包括机器人管理、任务管理、实时监控、巡检结果确认、巡检结果分析、用户设置、机器人系统调试维护七大模块。
（1）机器人管理模块：主要为了实现变电站多台机器人之间的选择切换，选择其中一台机器人后，界面中的任务管理、电子地图及实时监控三大模块均切换至对应选择的机器人工作界面。模块主要包含机器人切换、视频监控及电子地图、实时信息、设备告警信息、系统告警信息等相关信息展示。
（2）任务管理模块：任务管理模块主要实现全面巡检、例行巡检、专项巡检、特殊巡检、自定义任务、地图选点及任务展示等功能。每个功能均集合了任务编制、任务下发等功能。根据不同巡检任务类型自动预设相关巡检点位，并自动生成任务名称。
（3）实时监控模块：主要实现视频监控，巡检上报信息查看及机器人控制等功能。
（4）巡检结果确认模块：主要包括设备告警确认、主接线展示、间隔展示、巡检结果浏览、巡检任务审核、巡检报告生成六个模块。用于对机器人的巡检结果，包括各类设备告警信息数据，以及各巡检点位采集的图像、音视频信息等进行核查确认，并生成巡检报告。
（5）巡检结果分析模块：实现各巡检点位任务的查询、浏览、输出功能，分析各设备的巡检覆盖情况，并可实现对该巡检任务信息查询、浏览及审核确认，具备导出相应报告功能。
（6）用户设置模块：主要实现用户权限管理功能。
（7）机器人系统调试维护模块：主要实现巡检地图维护、机器人参数设置、机器人数据库维护等功能。
1.3机器人室
机器人室用于机器人的自主充电及日常停放，采用彩钢复合板、轻钢结构、防水卷材、防腐木板等制作而成，占地面积约4㎡。机器人室内按需配备空调、充电箱、自动卷帘门等设备。室内充电箱采用220V电压。
1.4微气象系统
微气象系统能够采集环境温度、湿度、降水量、大气压、风向、风速等主要气象要素，并能实时远程监视，能够有效地提高机器人的任务适应性。
2 巡检机器人应用情况
随着国家新基建概念的提出，我国大型变电站的数量将变得更多。我国最早研究变电站巡检机器人的是山东省电力公司电力科学研究院和山东鲁能智能技术有限公司[2]。目前云南电网主要使用的是山东鲁能的智能巡检机器人，而在2018年5月21云南电网公司在南网率先实现变电站巡视机器人集中管控标志着该公司在南方电网率先实现公司级机器人主站对公司范围内机器人集中管理。巡检机器人与主站联调对接后，从设备台账、业务规范、数据格式、通讯接口等方面实现了统一整合，为变电站巡检机器人的规范化建设奠定了坚实基础，成功实现了云南电网变电站机器人巡视的集中管控，以及变电站机器人巡视作业从作业计划、工单分配、站内巡视、数据回传、数据分析、巡视作业绩效管控的“闭环管理”。云南电网做为西电东送的主网架，大型变电站数量众多，但在面对大型变电站时，巡检机器人应用依然面临技术上的挑战。
3 巡检机器人在实际应用中的不足
3.1巡检机器人自动导航
巡检机器人导航是机器人本体需具备的功能之一，是巡检机器人安全而高效行走的保障。目前巡检机器人主要采用无轨化3D激光导航方式，根据激光导航的原理，需要提前对变电站的设备、建筑等信息进行采样，建立2D栅格地图。其巡检机器人导航方式分为三个步骤：建图、定位、路径规划[3]。建立好的2D栅格地图对于常规变电站，一般来说是不需要改动地图的，但对于大型变电站来说， 巡检机器人自动导航则面临巡视环境发生改变，狭窄地形激光定位丢失等问题。
巡视环境发生改变主要是因为电力行业的快速发展，大型变电站经常推广各种新型项目，例如说给变电站35kV区域设备加装安全围栏，巡视人员通过时可以自己开关门进入，但对于巡检机器人来说新安装的安全围栏就未在2D栅格地图内，如果不提前将安全围栏门全部打开并固定住，巡检机器人不知道有这扇门，就可能会自己撞上去，有可能造成安全围栏门或巡检机器人的损伤。同时因为环境的改变，巡检机器人可能就无法识别当前环境，停在此区域。根据这种情况，需要厂家人员到现场重新扫描当前巡视区域环境，并做测试，确保巡检机器人能正确返回充电室。
狭窄地形激光定位丢失主要是因为大型变电站占地大，巡检机器人网络通信在距离巡检机器人通信基站较远的地方信号较差，可能会出现巡检机器人因为通信差而暂停移动或是直接激光定位丢失，且巡检机器人在狭窄的地形或是有围网的电力设备周围行驶时是关闭超声停障功能的。因为如果不关闭超声停障功能，巡检机器人在地形狭窄处或是有围网的电力设备周围行驶超声停障功能就会报警，巡检机器人就会暂停移动，而恰恰是因为巡检机器人关闭了超声停障功能，在狭窄地形激光定位丢时巡检机器人就有可能碰撞到电力设备，造成巡检机器人受伤，如图二所示。根据这种情况，应要求厂家人员优化巡检机器人巡检路线，尽快开发机器人離线巡检模式，在变电站信号薄弱的地区加装巡检机器人通信基站。
3.2巡检机器人红外测温
在变电站中红外测温是检测电力设备运行是否正常的重要手段，对于大型变电站来说，人工红外测温工作量很大，使用巡检机器人测温可以极大提高变电站运维效率。但因为巡检机器人红外测温是一个模拟人工巡检的过程，巡检机器人在到达预定位置，通过获得巡检目标的最佳图像数据传输至监考后台进行智能分析，并通过电力设备整体温生特性、局部温升特性和温差变化作为判别电力设备是否存在温度异常的依据。而巡检机器人在红外热成像时往往容易受到周围温升高设备的干扰或是周围照明光源的干扰，导致巡检机器人虽然测的是选定部位的电力设备，但是采集到的温度却是周围温升高设备或是照明光源的温度，使此部位的测温结果无效，这在围网内的电力设备上体现很明显。根据这种情况，应要求厂家优化巡检机器人红外测温的程序逻辑，而电站运维人员则应在巡检机器人红外测温时及时关闭开关场的照明设施。
3.2巡检机器人表计读取
巡检机器人在进行可见光巡检时，需要拍摄设备清晰图案，实现对其状态或读数的准备识别。但在实际应用中，巡检机器人在大型变电站中的表计却存在拍摄图片模糊、读数识别错误的问题，而因为大型变电站设备众多，可见光巡视的数据错误率就比较高。
表计拍摄图片模糊、读数识别错误主要出现在大型变电站中的GIS设备或围网内的电力设备上。GIS设备的一大优点是占地面积小、结构紧凑，但对于巡检机器人来说，过于紧凑的电力设备结构导致相关表计的读取困难，因为巡检机器人身高有限，即使调整了拍照角度，拍出的照片也容易模糊。在大型变电站中围网中的设备较多，例如说交流滤波器中的避雷器读数就容易读数识别错误，因为围网对机器人的拍照干扰很大，即使厂家人员采取了拍照时虚化围网，对相应电力设备拍照点位的围网剪切开个小窗的方式，实际读数依然容易读数错误。根据这种情况，应要求厂家优化围网内拍照的电力设备识别策略，减少围网对机器人巡检的干扰。
4 结束语
综上所述，巡检机器人技术的应用已经在我国取得很大的发展，但在大型变电站应用方面，依然存在极大的技术挑战，应在巡检机器人设计安装时考虑到这些情况，提前进行技术攻关，不断的完善巡检机器人应用技术。
参考文献
[1] 钱金菊.变电站智能机器人巡检任务规划[J].广东电力.2017.
[2] 文宗林.智能巡检机器人应用现状及问题[J].低碳世界.2018.
[3] 陈曦、孙杨.变电站机器人巡检运维技术培训教材[M].中国电力出版社.2020.