江賢康,王少博,薛 松,高 上,韓 雙

(國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 05000)

基于變電站狀態(tài)評價的集配型巡檢機器人應(yīng)用研究

江賢康,王少博,薛 松,高 上,韓 雙

(國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電分公司,石家莊 05000)

為解決多座變電站共用1臺機器人的問題,提出基于變電站狀態(tài)評價動態(tài)設(shè)置集配型機器人巡檢模式。介紹變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機器人的性能需求,分析變電站狀態(tài)評價標準、變電站狀態(tài)巡檢、機器人巡檢模式。通過實際應(yīng)用對比證明：基于所研究的方法進行應(yīng)用不僅保證機器人能完成變電站設(shè)備巡檢任務(wù),還能減輕變電站運維人員的勞動強度、提高工作效率、提升設(shè)備檢測水平等。

變電站巡檢機器人;集中配置;狀態(tài)評價;動態(tài)設(shè)置;巡檢模式

隨著國家電網(wǎng)“三集五大”的推進,變電站都已實現(xiàn)無人值守,變電站的值班模式也由傳統(tǒng)有人值班轉(zhuǎn)換為無人值班模式,依據(jù)“大檢修”的要求對變電站的實行運維一體化管理模式,即變電站運維人員需承擔巡視、操作以及相當部分設(shè)備的檢修工作,新生產(chǎn)模式與過去發(fā)生了較大的變化。

傳統(tǒng)的變電站巡檢工作是依靠運行人員每天按制訂的變電站巡檢計劃要求到所轄變電站進行巡檢,并記錄相關(guān)設(shè)備運行數(shù)據(jù),這種巡檢方式給運維人員帶來了相當大的困難。目前運維人員管轄變電站較多,對應(yīng)的一次設(shè)備數(shù)量巨大,每天都要進行重復(fù)性的巡檢任務(wù),不僅容易產(chǎn)生厭煩心理無法保證巡視質(zhì)量,而且造成其他工作被迫延遲或取消,這對變電站巡檢工作帶來很大的挑戰(zhàn),也對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成重大的安全隱患[1 4]。

為了解決這種矛盾,根據(jù)電力的實際情況,結(jié)合傳統(tǒng)的巡檢方式同時兼顧變電站實際的工作和智能機器人技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展,由智能巡檢機器人替代變電站運維人員進行設(shè)備巡檢將成為必然趨勢。目前巡檢機器人在500 k V及以上變電站已經(jīng)廣泛應(yīng)用,都是一座變電站配置1臺機器人或者2臺機器人,而地區(qū)電網(wǎng)的變電運維班組所管轄變電站較多,無法保證每個變電站均配置1臺巡檢機器人。通過對變電站巡檢要求及巡檢機器人的特性進行了相應(yīng)的研究,提出基于變電站狀態(tài)評價動態(tài)設(shè)置集配型機器人巡檢模式,實現(xiàn)多站共用機器人,不僅能保證完成變電站設(shè)備巡檢任務(wù),還能提高巡檢工作的安全性和可靠性,實現(xiàn)變電站設(shè)備和電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)

整個變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)包含六大部分:智能巡檢機器人(包括手持遙控器)、機器人充電房、微氣象信息采集、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、機器人遠程集控和本地監(jiān)控后臺。機器人系統(tǒng)的架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意

1.1 智能巡檢機器人的功能

為滿足變電站設(shè)備巡檢要求,智能巡檢機器人具備以下主要功能[5]:

a.紅外測溫。紅外測溫是利用巡檢機器人的紅外測溫功能,在預(yù)設(shè)的測溫點對有關(guān)設(shè)備進行測溫,并對測溫數(shù)值按照設(shè)定的判斷條件進行自動計算,判斷條件包括設(shè)備絕對溫度、溫差。

b.儀表讀取。巡檢機器人在對表計進行讀取時,除了保存表計圖像外,還能自動將各個表計的實際值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。轉(zhuǎn)換值與實際值比較,誤差在±5%以內(nèi)。同時轉(zhuǎn)換值與設(shè)定的報警值進行對比,超出的列為不合格數(shù)據(jù)。另外表計值具備曲線查詢功能,以反映參數(shù)變化趨勢。

c.設(shè)備狀態(tài)識別。巡檢機器人可利用圖形識別比對技術(shù),對斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的分合狀態(tài)進行判斷,自動識別設(shè)備處于斷開或運行狀態(tài)。

d.數(shù)據(jù)分析。巡檢機器人獲取的數(shù)據(jù)與設(shè)定的報警限值進行對比,超出限值的為不合格數(shù)據(jù)并在管理后臺的“報警信息”欄中顯示,同時發(fā)出報警聲響,在巡檢報告“異常告警數(shù)據(jù)”中列出。

1.2 智能巡檢機器人的性能

各個變電站的巡視環(huán)境有所不同,巡檢機器人的性能要滿足現(xiàn)場條件。機器人主要由驅(qū)動部分、承載底盤、充電部分和外殼等幾部分組成,行走速度為0～1 m/s,結(jié)構(gòu)為防護等級55的高強度全金屬材質(zhì),能連續(xù)巡檢時間可達到10 h,有低電壓報警功能,并在電壓達到返回充電等級時,自動返回充電房進行充電。機器人的驅(qū)動部分為輪式結(jié)構(gòu),前面的兩輪為驅(qū)動輪,后面的兩輪為萬向隨動輪,該結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)機器人以兩驅(qū)動輪中心點為原點做原地轉(zhuǎn)彎運動,爬坡能力不小于15°,涉水深度為110 mm,越障能力為60 mm,緊急停車距離小于0.15 m。機器人配有1 080 P、30倍變焦可見光相機、紅外熱成像儀,云臺水平360°連續(xù)旋轉(zhuǎn),俯仰(-90°)～(+90)°,這些硬件設(shè)備能夠保證機器人滿足變電站巡檢的要求。

2 變電站狀態(tài)評價

2.1 設(shè)備缺陷定性

設(shè)備缺陷按照對電網(wǎng)運行的影響程度,分為危急、嚴重和一般三類。

危急缺陷是指設(shè)備或輔助設(shè)施發(fā)生了直接威脅安全運行并需立即處理的缺陷,否則,隨時可能造成設(shè)備損壞、人身傷亡、大面積停電、火災(zāi)等事故。

嚴重缺陷是指對人身或設(shè)備有重要威脅,暫時尚能堅持運行,不及時處理有可能造成事故理的缺陷。

一般缺陷是指除了危急、嚴重缺陷以外的設(shè)備缺陷,指設(shè)備缺陷性質(zhì)一般,情況較輕,對安全運行影響不大、尚能堅持運行的缺陷。

2.2 變電站狀態(tài)評價標準

變電站狀態(tài)評價值以設(shè)備缺陷發(fā)生評測值及設(shè)備紅外測溫情況進行評分,基準分為100分。設(shè)備缺陷評分標準如表1所示。

表1 設(shè)備缺陷評分標準

設(shè)備測溫按照測溫特征值進行對比并結(jié)合現(xiàn)場實際經(jīng)驗,溫度特征值包括設(shè)備相間溫差、測溫點溫度,其溫度規(guī)定值如表2所示[6]。

表2 溫度特征值

a.良好狀態(tài)。同時滿足以下條件,評定為良好狀態(tài):變電站狀態(tài)評測值在80分及以上;變電站內(nèi)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施不存在影響設(shè)備安全運行的隱患;變電站周邊環(huán)境良好,無影響設(shè)備安全運行的因素。

b.不屬于良好狀態(tài)的變電站,評定為一般狀態(tài)。

c.關(guān)注狀態(tài)。滿足以下條件之一時,即轉(zhuǎn)為關(guān)注狀態(tài):變電站當月發(fā)生缺陷總扣分值達到10分及以上;3天內(nèi)主變負荷經(jīng)常出現(xiàn)超過80%及以上的情況;變電站內(nèi)設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)施存在影響設(shè)備安全運行的隱患;變電站周邊環(huán)境不滿足要求;其他需要特殊巡視的情況。

2.2 變電站狀態(tài)巡檢

變電站狀態(tài)巡檢以設(shè)備狀態(tài)評價結(jié)果為基礎(chǔ),輔以變電站內(nèi)設(shè)備(生產(chǎn)設(shè)施)現(xiàn)存隱患影響安全運行程度、變電站周邊環(huán)境對設(shè)備的影響程度等進行綜合分析與評價,將變電站評定為“良好”、“一般”和“關(guān)注”3種狀態(tài),制定不同的例行巡檢方案,巡視周期如表3所示。

表3 變電站巡檢周期

3 機器人巡檢模式

為保證機器人完成變電站巡檢工作,首先依據(jù)變電站的分類及變電站狀態(tài)評價的原則對變電站巡檢周期進行設(shè)置。機器人按照制訂的計劃進行巡視,并開展變電站狀態(tài)動態(tài)評價,發(fā)現(xiàn)影響變電站安全運行的因素,確認變電站的狀態(tài)時,修訂例行巡視周期。

按照變電站狀態(tài)評價的方法對石家莊地區(qū)韓化運維班所轄無人值守變電站的狀態(tài)巡視周期進行設(shè)置,如表4所示。

表4 韓化運維班無人值守變電站狀態(tài)巡檢周期表

遇有特殊情況時,變電站立即轉(zhuǎn)入關(guān)注狀態(tài),利用機器人做到實時動態(tài)巡視,確保巡視的可控、在控、能控。

4 集配型巡檢機器人的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用情況

目前韓化運維班負責13座變電站的運維工作,配置有2臺集配型智能巡檢機器人,2座220 k V變電站共用1臺機器人,5座110 k V變電站共用1臺機器人,依據(jù)變電站狀態(tài)評價結(jié)果制定巡視計劃,220 k V變電站每次巡檢需6 h,110 k V變電站每次巡檢需4 h,惡劣天氣、保電等特殊時期,根據(jù)要求對重要設(shè)備進行特巡。

2016年8月1日至8月31日期間,運維人員依據(jù)變電站狀態(tài)評價的結(jié)果制訂的巡視任務(wù),應(yīng)用巡檢機器人執(zhí)行日常巡檢任務(wù)24次、特殊巡檢任務(wù)4次、累計運行時間140多小時、收集紅外圖譜26 670張、設(shè)備狀態(tài)照片1 402張、讀取儀表數(shù)據(jù)7 665項。在一個月的周期內(nèi),機器人共發(fā)現(xiàn)設(shè)備紅外缺陷3項。

以220 k V韓通站巡視點設(shè)置為例,韓通站共有表計111塊,機器人已實現(xiàn)95塊表計的自動巡檢和數(shù)值讀取,并能將巡檢數(shù)據(jù)進行分析形成曲線和報表,具備自動報警等功能。經(jīng)與人工巡視數(shù)據(jù)比較,機器人表計讀取誤差在5%之內(nèi),滿足巡檢工作要求。韓通站紅外測溫檢測點設(shè)置了541處,覆蓋了所有一次設(shè)備,與人工相比具有定位準確、檢測精度高、標準統(tǒng)一、圖譜自動保存等優(yōu)點。紅外測溫數(shù)據(jù)對比實例如表5所示。

表5 紅外測溫數(shù)據(jù)

4.2 應(yīng)用效果

4.2.1 經(jīng)濟效益

應(yīng)用集配型智能機器人巡檢系統(tǒng)可減少以下工作量:每座變電站每月一次的紅外測溫工作,減少2小時;設(shè)備現(xiàn)場巡視記錄數(shù)據(jù)工作,每周減少10小時;當危及人身且安全風險較大時,機器人可代替人工對特殊設(shè)備進行檢測,減少2小時/月。

巡檢機器人應(yīng)用以來先后多次檢測到設(shè)備缺陷并及時報警,避免了重大事故的發(fā)生。如果按照每年發(fā)現(xiàn)一次嚴重發(fā)熱缺陷,預(yù)防一次設(shè)備損壞故障計算,直接節(jié)約資金約400余萬元。

4.2.2 安全效益

變電站智能機器人巡檢系統(tǒng)采用模式識別技術(shù)、數(shù)據(jù)分析等技術(shù),完成變電站內(nèi)設(shè)備溫度測量、設(shè)備外觀異物識別,實現(xiàn)全站設(shè)備監(jiān)控。機器人投運以來,已發(fā)現(xiàn)9起缺陷,避免了事故的發(fā)生,為安全供電提供了有力保障。

5 結(jié)束語

通過對集配型智能巡檢機器人應(yīng)用的研究,實現(xiàn)了基于變電站狀態(tài)評價方法動態(tài)設(shè)置巡檢機器人巡檢周期,能有效保證變電站的巡視范圍、巡視標準和巡視質(zhì)量。對比通過運維班利用機器人巡檢與人工巡檢效果,機器人巡檢具備檢測效率高、智能性強、結(jié)果客觀、無人身安全風險等優(yōu)點,有效地提升了變電站巡檢效率和效益,減輕了班組員工的工作負擔。

[1] 魯守銀,錢慶林,張 斌,等.變電站設(shè)備巡檢機器人的研制[J].電力系統(tǒng)自動化,2006,30(13):94-98.

[2] 趙家慶.220 k V無人值班變電站遠方監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)[J].電力系統(tǒng)自動化,2003,27(8):78-80.

[3] 孫國凱,韓 剛.變電站巡檢方式對比及智能巡檢機器人[J].農(nóng)村電氣化,2008,04(24):30-33.

[4] 魯守銀,蘇建軍.機器人在變電站設(shè)備巡檢中的應(yīng)用[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用,2007,(05):33-36.

[5] 周立輝,張永生,孫 勇,等.智能變電站巡檢機器人研制及應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化,2011,35(19):85-88.

[6] DLT 664-2008,帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范[J].

本文責任編輯：楊秀敏

Application Research of Centralized Patrol Robot Based on Substation State Evaluation

Jiang Xiankang,Wang Shaobo,Xue Song,Gao Shang,Han Shuang
(State Grid Hebei Electric Power Company Shijiazhuang Electric Power Supply Branch,Shijiazhuang 050051,China)

At present,the number of substations in the regional power grid is more,and the substation is equipped with centralized intelligent patrol robot.This paper introduces the structure of intelligent robot inspection system and the performance requirements of robot,analyzes the substation state evaluation standard,substation state patrol,robot patrol mode.Through the practical application proved:method research based on not only to ensure that the robot can complete substation patrol tasks, but also can reduce the maintenance personnel's labor intensity,improve work efficiency,lifting equipment detection level.

substation patrol robot;centralize equip;state evaluation;dynamic set;patrol mode

TM764.2

B

10019898(2017)02001603

20161117

江賢康(1987-),男,工程師,主要從事變電站運維工作。