程玉凱, 林雅彬

(國(guó)網(wǎng)福建電力公司漳州供電公司, 福建 漳州 363000)

0 引言

變電站運(yùn)檢智能化是變電運(yùn)維工作發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)，近年來(lái)一些常規(guī)AIS變電站逐步配置智能巡檢機(jī)器人進(jìn)行輔助巡檢工作。智能巡檢機(jī)器人整合了機(jī)器人技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，對(duì)變電站可實(shí)現(xiàn)全方位、全天候、全自主智能巡檢和監(jiān)控，可以大大降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和變電運(yùn)維成本，減少工作人員的危險(xiǎn)系數(shù)，使整個(gè)變電站巡檢工作自動(dòng)化、電子化、智能化。

某220 kV變電站自2020年下半年配置智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用至今，巡檢工作體驗(yàn)良好，及時(shí)發(fā)現(xiàn)多次嚴(yán)重缺陷和一次緊急隱患，避免了更大事故的發(fā)生，可進(jìn)行積極推廣應(yīng)用。

1 某220 kV變電站概況

某220 kV變電站與運(yùn)維主站直線(xiàn)距離80公里左右，靠近海邊，常年海風(fēng)4～5級(jí)，是所在縣城唯一電源點(diǎn)。該站場(chǎng)地占地面積近30 000 m，巡視路線(xiàn)(室內(nèi)路線(xiàn)+室外路線(xiàn))全長(zhǎng)接近2公里，采用人工巡視全站至少需要1個(gè)小時(shí)，其巡視路線(xiàn)如圖1所示。

圖1 某220 kV變電站人工巡視路線(xiàn)圖

據(jù)統(tǒng)計(jì)，近兩年來(lái)，因站內(nèi)異物搭接導(dǎo)致的開(kāi)關(guān)跳閘造成6級(jí)及以上電網(wǎng)事故達(dá)到10次以上，因此亟需采取必要措施提高供電可靠性。為應(yīng)對(duì)該問(wèn)題，通過(guò)在站內(nèi)構(gòu)架、橫梁上加裝驅(qū)鳥(niǎo)器、防鳥(niǎo)刺和防鳥(niǎo)封板的方法，一定程度上減少了海鳥(niǎo)做巢的數(shù)量，但通過(guò)人工巡視，發(fā)現(xiàn)鳥(niǎo)巢等異物搭接在構(gòu)架、設(shè)備上的情況還時(shí)有發(fā)生。此外，變電站地處東南沿海，溫濕度和鹽分較高，站內(nèi)金屬部件腐蝕較為嚴(yán)重，直接影響了設(shè)備的導(dǎo)電能力和機(jī)械性能，同時(shí)也降低了構(gòu)支架的承載能力，對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行是一大威脅。為應(yīng)對(duì)此問(wèn)題，除了對(duì)設(shè)備進(jìn)行更好的防腐措施外，還需運(yùn)行人員通過(guò)巡視、測(cè)溫等方法對(duì)該站設(shè)備進(jìn)行時(shí)時(shí)關(guān)注、監(jiān)控。

針對(duì)此情況，該站于2020年下半年配置了LER-3100型智能巡檢機(jī)器人，如圖2所示。

(a)巡視主變(b)巡視刀閘

2 LER-3100型機(jī)器人簡(jiǎn)介

LER-3100型智能巡檢機(jī)器人(以下簡(jiǎn)稱(chēng)機(jī)器人)以自主或遙控方式，在無(wú)人值守環(huán)境中，可完成對(duì)室內(nèi)(外)高壓設(shè)備進(jìn)行紅外溫度檢測(cè)和儀表油位的圖像識(shí)別等任務(wù)，可以替代人工完成巡檢中遇到的繁瑣、危險(xiǎn)和重復(fù)性工作。

2.1 機(jī)器人系統(tǒng)的基本構(gòu)架

機(jī)器人巡檢系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)分布式架構(gòu)，整體分為三層：基站層、通訊層和終端層。各層的組成部分如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)構(gòu)架圖

2.2 智能機(jī)器人的組成

本款機(jī)器人基于無(wú)軌化導(dǎo)航技術(shù)和運(yùn)動(dòng)四輪地盤(pán)，及多種高科技技術(shù)為一體，主要有7個(gè)單元模塊組成，如圖4所示。

圖4 智能巡檢機(jī)器人的組成單元

由這7個(gè)單元模塊共同組成的機(jī)器人具有無(wú)軌化、可調(diào)配、智能化、集群化、耐高溫和高寒等諸多優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人的近距離外形如圖5所示。

(a)機(jī)器人正面(b)機(jī)器人側(cè)面

2.3 機(jī)器人無(wú)線(xiàn)通訊

站內(nèi)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，需要在站內(nèi)和機(jī)器人巡檢車(chē)上各配置一個(gè)無(wú)線(xiàn)AP(220 kV變電站戶(hù)外只需配置一個(gè)無(wú)線(xiàn)AP)，兩者互聯(lián)。機(jī)器人巡檢車(chē)上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)客戶(hù)端接入站內(nèi)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，這樣，巡檢車(chē)可以在任意地點(diǎn)漫游不需執(zhí)行切換操作，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人巡檢車(chē)在整個(gè)巡檢區(qū)域與客戶(hù)端無(wú)縫連接。

2.4 智能巡檢機(jī)器人的功能

機(jī)器人可以在自主或遙控模式下，在無(wú)人值守的環(huán)境中完成如圖6所示的功能任務(wù)。

圖6 智能巡檢機(jī)器人的功能

2.4.1 智能巡檢

任務(wù)巡檢主要有全面巡檢、例行巡檢、專(zhuān)項(xiàng)巡檢、特殊巡檢等。巡檢過(guò)程中對(duì)于SF壓力、避雷器泄漏電流值和動(dòng)作次數(shù)，可以實(shí)時(shí)智能讀取，并可使用歷史數(shù)據(jù)繪制歷史曲線(xiàn)，以便監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于巡視過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的異常和缺陷情況，機(jī)器人可以進(jìn)行智能判斷上報(bào)，并實(shí)時(shí)顯示在后臺(tái)設(shè)備缺陷一欄。

2.4.2 紅外測(cè)溫及告警

利用機(jī)器人云臺(tái)配備的紅外測(cè)溫儀，對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫成像，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分布解決方案中特征和方案，提供經(jīng)濟(jì)且精確的的測(cè)溫方案，對(duì)于設(shè)備的異常溫升圖像，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，避免變?yōu)閲?yán)重故障，杜絕了對(duì)電網(wǎng)和人身安全造成威脅。

2.4.3 噪聲檢測(cè)

機(jī)器人噪聲檢測(cè)主要針對(duì)變壓器和電抗器等設(shè)備，通過(guò)專(zhuān)業(yè)級(jí)拾音器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行采音，將音頻信號(hào)無(wú)失真的傳輸?shù)胶笈_(tái)，以便軟件對(duì)其解析和人員人工識(shí)別。

2.4.4 可見(jiàn)光智能判別

機(jī)器人拍攝的實(shí)時(shí)可見(jiàn)光照片，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)定角度拍攝的可見(jiàn)光預(yù)存照片比較，對(duì)圖片中的鳥(niǎo)窩、煙霧、火光等異常信息進(jìn)行判斷識(shí)別，及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種隱患。

3 機(jī)器人應(yīng)用

3.1 正常巡視

機(jī)器人既可以按照人工設(shè)置的巡檢計(jì)劃自主開(kāi)展巡檢工作(巡檢計(jì)劃模式)，也可以切換至遙控模式，由人工控制的方式對(duì)單一設(shè)備進(jìn)行巡視、觀測(cè)(遠(yuǎn)程遙控模式)。機(jī)器人的位置、巡檢路線(xiàn)等信息均可在后臺(tái)觀測(cè)到，如圖7所示。

圖7 巡檢機(jī)器人電子地圖

圖7中黑點(diǎn)表示巡檢點(diǎn)，實(shí)線(xiàn)表示機(jī)器人預(yù)制行駛路徑。本站室外共設(shè)置巡檢點(diǎn)2 922個(gè)，根據(jù)不同的觀測(cè)類(lèi)型可以分為9個(gè)項(xiàng)目，如表1所示。

表1 檢測(cè)點(diǎn)項(xiàng)目及數(shù)量

機(jī)器人對(duì)全站設(shè)備巡檢覆蓋率達(dá)到99%以上，可對(duì)重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行雙面甚至多面拍攝。在本站內(nèi)，按照巡視項(xiàng)目的不同，共規(guī)劃了6條巡視路線(xiàn)：主變區(qū)域紅外巡檢路線(xiàn)、主變區(qū)域可見(jiàn)光巡檢路線(xiàn)、110 kV區(qū)域紅外巡檢路線(xiàn)、110 kV區(qū)域可見(jiàn)光巡檢路線(xiàn)、220 kV區(qū)域紅外巡檢路線(xiàn)、220 kV區(qū)域可見(jiàn)光巡檢路線(xiàn)。經(jīng)實(shí)地測(cè)試，這6條路線(xiàn)耗時(shí)如表2所示。

表2 各巡視路線(xiàn)時(shí)長(zhǎng)

巡檢完畢，在后臺(tái)自動(dòng)生成巡檢報(bào)告，其樣式如圖8所示。

圖8 任務(wù)巡檢報(bào)告

如圖8所示，巡檢報(bào)告顯示巡檢任務(wù)名稱(chēng)、任務(wù)時(shí)間、巡檢點(diǎn)信息(包括巡檢點(diǎn)總個(gè)數(shù)、正常點(diǎn)位個(gè)數(shù)、異常點(diǎn)個(gè)數(shù)以及漏檢點(diǎn)個(gè)數(shù))等。各點(diǎn)位會(huì)提供包括采集點(diǎn)可見(jiàn)光和紅外檢測(cè)圖片等信息，以便用戶(hù)開(kāi)展進(jìn)一步人工篩選和判別。

3.2 異常巡檢案例

某220 kV變電站自配置智能巡檢機(jī)器人以來(lái)，已發(fā)現(xiàn)設(shè)備異物搭接5處，其中危及設(shè)備正常運(yùn)行的一處；發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱5處，其中嚴(yán)重發(fā)熱2處；發(fā)現(xiàn)消防安全隱患4處，嚴(yán)重隱患1處。

3.2.1 鳥(niǎo)窩巡檢

2021年3月某日運(yùn)行人員利用機(jī)器人對(duì)全站巡檢，當(dāng)機(jī)器人行至220 kVⅠ段母線(xiàn)4號(hào)門(mén)型架附近處，用可見(jiàn)光鏡頭對(duì)構(gòu)架巡檢時(shí)，發(fā)現(xiàn)在該門(mén)型架橫梁處有一處鳥(niǎo)窩，如圖9(a)所示。由于焦距原因，未能清晰觀測(cè)垂草長(zhǎng)度。于是運(yùn)行人員立即到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行復(fù)拍核實(shí)，如圖9(b)所示。經(jīng)用望遠(yuǎn)鏡和專(zhuān)業(yè)相機(jī)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該鳥(niǎo)窩垂草較長(zhǎng)，在風(fēng)力影響下，飄向220 kVⅠ段母線(xiàn)A相跳線(xiàn)，距離不足2 m。由于該站220 kV母線(xiàn)均未進(jìn)行絕緣熱縮處理，因此若未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，放任鳥(niǎo)窩繼續(xù)發(fā)展，必然會(huì)造成220 kVⅠ段母線(xiàn)母差保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致5級(jí)以上電網(wǎng)事故。

(a)機(jī)器人可見(jiàn)光鏡頭照片(b)專(zhuān)業(yè)相機(jī)可見(jiàn)光照片

3.2.2 可見(jiàn)光智能識(shí)別

2021年2月某日機(jī)器人按照巡檢計(jì)劃對(duì)該站進(jìn)行例行巡檢時(shí)，后臺(tái)接收到異常告警提示。經(jīng)運(yùn)行人員仔細(xì)篩查核對(duì)，發(fā)現(xiàn)告警來(lái)自機(jī)器人在110 kV#1主變110 kV側(cè)12 A間隔定點(diǎn)拍攝的圖片識(shí)別異常。圖10(a)為機(jī)器人上次巡視在該定點(diǎn)預(yù)存圖片，圖10(b)為本次巡視在該定點(diǎn)拍攝圖片。對(duì)比兩圖，可以發(fā)現(xiàn)圖10(b)中紅框部分有明顯的黑色痕跡。運(yùn)行人員趕至現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該處草地有著火痕跡，且仍在繼續(xù)陰燃，如圖10(c)和圖10(d)所示。運(yùn)行人員立即使用滅火器對(duì)陰燃部分進(jìn)行了滅火處理，避免了著火部位的擴(kuò)大。由于該站在3天前剛對(duì)其進(jìn)行例行巡視，下次人工巡視時(shí)間排在一周后，因此，若非本次及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將造成全站草坪著火的嚴(yán)重后果。通過(guò)查看站內(nèi)各角度攝像頭，發(fā)現(xiàn)該處著火原因?yàn)?天前夜晚12A3刀閘A相高溫鐵屑落至地面所致。繼而對(duì)12A3刀閘測(cè)溫發(fā)現(xiàn)，12A3刀閘A相出線(xiàn)線(xiàn)夾溫度已達(dá)300 ℃以上，通過(guò)緊急申請(qǐng)停電處理，避免了一次主變跳閘事故。

(a)機(jī)器人預(yù)存照片(b)機(jī)器人實(shí)時(shí)拍攝照片

3.2.3 紅外測(cè)溫異常告警

2021年4月某日夜晚運(yùn)行人員利用機(jī)器人對(duì)110 kV設(shè)備區(qū)域進(jìn)行紅外測(cè)溫。當(dāng)機(jī)器人行至126間隔區(qū)域?qū)?261刀閘測(cè)溫發(fā)現(xiàn)1261刀閘刀口A相比另外兩相有明顯溫升，如圖11(a)所示，后臺(tái)顯示紅外測(cè)溫異常告警。當(dāng)機(jī)器人行至127間隔對(duì)1273刀閘測(cè)溫發(fā)現(xiàn)1273刀閘C相出線(xiàn)線(xiàn)夾部分對(duì)比另外兩相有明顯溫升，如圖12(a)所示，后臺(tái)顯示紅外測(cè)溫異常告警。運(yùn)行人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)用薩特HM-300紅外測(cè)溫儀分別對(duì)1261刀口和1273刀閘出線(xiàn)線(xiàn)夾進(jìn)行精確測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)1261刀閘A相刀口77.9 ℃，B相20.5 ℃，C相44 ℃(如圖11(b)、(c)、(d)所示)以及1273刀閘C相出線(xiàn)線(xiàn)夾溫度72.7 ℃(如圖12(d)所示)，另外兩相溫度分別為20.5 ℃、20.4 ℃(如圖12(b)、(c)所示)。

(a)(b)

(a)(b)

利用相對(duì)溫差判別方法，判斷發(fā)熱點(diǎn)發(fā)熱程度。相對(duì)溫差計(jì)算公式，如式(1)所示

(1)

其中，

τ

、

T

表示發(fā)熱點(diǎn)的溫升和溫度；

τ

、

T

表示正常對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度；

τ

、

T

表示環(huán)境參照體的溫升和溫度。由式(1)可得，1261刀閘A相刀口相對(duì)溫差

δ

=94

.

25

%

，C相刀口相對(duì)溫差

δ

=87

.

03

%

，1273刀閘C相出線(xiàn)線(xiàn)夾相對(duì)溫差

δ

=93

.

72

%

。根據(jù)《DL/T664-2016帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中電流致熱性設(shè)備缺陷判斷依據(jù)的規(guī)定：隔離開(kāi)關(guān)刀口熱點(diǎn)溫度

T

滿(mǎn)足：90 ℃≤

T

<130 ℃或80

%

≤

δ

<95

%

但熱點(diǎn)溫度未達(dá)到90 ℃時(shí)為嚴(yán)重缺陷的判斷依據(jù)，1261刀閘A相和C相刀口溫度異常均達(dá)到嚴(yán)重缺陷標(biāo)準(zhǔn)。另根據(jù)上述規(guī)范中規(guī)定：電器設(shè)備與金屬部件的連接(接頭和線(xiàn)夾)熱點(diǎn)溫度

T

滿(mǎn)足：80 ℃≤

T

<110 ℃或80

%

≤

δ

<95

%

但熱點(diǎn)溫度未達(dá)到80 ℃時(shí)為嚴(yán)重缺陷的判斷依據(jù)，1273刀閘C相出線(xiàn)線(xiàn)夾溫度異常也達(dá)到嚴(yán)重缺陷標(biāo)準(zhǔn)。依照該判據(jù)，由運(yùn)行人員上報(bào)嚴(yán)重缺陷，并將此兩個(gè)間隔列入缺陷跟蹤庫(kù)中，加強(qiáng)跟蹤觀察。

4 結(jié)語(yǔ)

智能巡檢機(jī)器人在本220 kV變電站投入使用后，有效地降低了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率和巡視質(zhì)量，為本站設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了可靠的保障。但值得注意的是，機(jī)器人的使用并非完美無(wú)瑕，也存在一些問(wèn)題：

(1)運(yùn)行成本大，專(zhuān)業(yè)維修技術(shù)性較強(qiáng)；

(2)機(jī)器人體重大，對(duì)巡視路線(xiàn)上的電纜溝蓋板有一定破壞性；

(3)機(jī)器人行駛速度過(guò)慢，對(duì)需緊急查看設(shè)備狀態(tài)的情況，路上耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)；

(4)續(xù)航不足，按表2中，對(duì)全站巡視一次需要7個(gè)多小時(shí)，再計(jì)及充電時(shí)間，完整巡視全站大概需要2天才可完成；

(5)避障能力不足，需要人工干預(yù)等等。變電站智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用是一大趨勢(shì)，只有在使用中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，才能為變電智能巡檢工作提供更好的服務(wù)。