張 培

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程學(xué)院，鄭州 451460）

變電站是我國電力系統(tǒng)的重要組成部分。變電站的工作性能會(huì)直接影響變電系統(tǒng)的變電效率。加強(qiáng)智能化變電設(shè)備的利用，能夠最大限度地滿足人們生產(chǎn)和生活中對(duì)電力能源的需求，保障人們的用電安全，改善地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r[1-2]。但是，從現(xiàn)階段變電站的使用和工作情況來看，因?yàn)殡娏π枨罅縿≡觯瑐鹘y(tǒng)變電站無法滿足實(shí)際的用電需求，所以加強(qiáng)對(duì)智能化變電站的利用是形勢(shì)所需。為了保證電力能源的科學(xué)傳輸，要加強(qiáng)對(duì)電力設(shè)備的機(jī)動(dòng)性巡檢，科學(xué)利用巡檢機(jī)器人促進(jìn)電力行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。

1 智能變電站相關(guān)內(nèi)容

在科技發(fā)展水平不斷提升的背景下，智能設(shè)備被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，極大方便了人們的工作和生活。目前，我國對(duì)電力資源的需求量較大。如果沒有電力能源的支持，人們的工作和生活質(zhì)量將會(huì)無法保證。因此，相關(guān)人員應(yīng)該重視智能化設(shè)備的利用，重視智能變電站的可持續(xù)發(fā)展，加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的支持，促使電力行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。智能變電站建設(shè)中，要充分考慮環(huán)保性，通過提升設(shè)備利用信息的通暢性，將智能變電站工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)字化控制中心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的信息共享。智能化變電站與常規(guī)的變電站存在較大的區(qū)別，其中最大區(qū)別在于智能化設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作，可以為電力工作的開展節(jié)約大量的人財(cái)物力資源，能夠自動(dòng)完成電力設(shè)備對(duì)信息的采集和測(cè)量。智能變電站中光纖的使用，降低了設(shè)備和電纜的能源消耗。智能變電站的使用情況由管理應(yīng)用層直接控制，設(shè)備內(nèi)部含有很多智能一次設(shè)備。另外，順序控制可以實(shí)現(xiàn)智能化的高壓設(shè)備操作。具體情況如圖1所示。

2 智能化變電站優(yōu)勢(shì)與技術(shù)特性

2.1 智能化優(yōu)勢(shì)

智能化變電站的技術(shù)優(yōu)勢(shì)比較明顯，通常體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。第一，智能化變電站改變了傳統(tǒng)變電站使用電纜的情況，可以節(jié)約電力資源，滿足生態(tài)化發(fā)展需求，發(fā)電更加低碳環(huán)保。智能化變電站主要利用光纜，可以減少電力資源消耗。無論是環(huán)保方面還是對(duì)光纜材料利用方面，智能化設(shè)備都具有顯著利用優(yōu)勢(shì)。第二，利用智能變電站能夠體現(xiàn)交互屬性，不僅可以統(tǒng)計(jì)各個(gè)電網(wǎng)中的信息，還能根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果做出數(shù)據(jù)反饋，為開展后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。第三，利用智能變電站能夠體現(xiàn)可靠性。電力企業(yè)利用智能化變電站可以實(shí)時(shí)傳送信息，提升電力資源利用率。第四，具有高安全性。相關(guān)人員通過智能加密手段加密檢測(cè)的信息，防止信息泄露。第五，機(jī)器人代替人工開展檢測(cè)作業(yè)，可以避免惡劣天氣對(duì)工作人員檢測(cè)作業(yè)造成的影響，第一時(shí)間掌握實(shí)際環(huán)境數(shù)據(jù)信息，了解變電站的實(shí)際情況。

2.2 智能變電站的技術(shù)特性

智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)組成部分為間隔層、站控層和過程層等，各個(gè)組成部分都有自身的作用。所以，在智能化變電站建設(shè)中，需要嚴(yán)格遵循幾個(gè)技術(shù)特性。首先，在智能化變電站建設(shè)中要運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)理念，保證電子式互感器和智能斷路器的應(yīng)用可以體現(xiàn)出智能化屬性[3-4]。其次，要在一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三層兩網(wǎng)上體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化屬性，為智能化設(shè)備的利用提供網(wǎng)絡(luò)支持。再次，要體現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊的原則，數(shù)字化智能變電系統(tǒng)要具有體積小、重量輕等特點(diǎn)。如果可以將其應(yīng)用于集成系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備，就可以根據(jù)變電站機(jī)電一體化理念，合理布置和優(yōu)化對(duì)智能化變電站的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的統(tǒng)一建模，保證智能化變電站之間的無縫通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能化設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)。最后，循序執(zhí)行智能變電站在線監(jiān)測(cè)原則，保證設(shè)備的檢修狀態(tài)更加穩(wěn)定。通過利用智能化變電站獲取電網(wǎng)的真實(shí)狀態(tài)，及時(shí)檢測(cè)智能電子裝置的故障與信號(hào)的回路狀態(tài)。使用智能化變電站時(shí)不存在未被監(jiān)測(cè)的單元，且對(duì)設(shè)備的使用沒有盲區(qū)，大大提升了系統(tǒng)的安全性。

3 智能變電站巡檢機(jī)器人研制

3.1 巡檢機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

為了使電力設(shè)備的工作開展更加有效，要在智能化變電設(shè)備中安裝巡檢機(jī)器人。這種智能化和巡檢功能的組合，不僅可以使機(jī)器人自動(dòng)完成導(dǎo)航，還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)的定位，做好各種部件的傳感分布，構(gòu)建智能巡檢機(jī)器人的關(guān)鍵系統(tǒng)框架。機(jī)器人機(jī)體質(zhì)量越大，能量的消耗越大，所以需要控制機(jī)器人的質(zhì)量，從而提升機(jī)體結(jié)構(gòu)承載力，保證其重力調(diào)節(jié)的有效性，進(jìn)而促進(jìn)控制箱與重力機(jī)制的連接。巡檢機(jī)器人的結(jié)構(gòu)構(gòu)造總體為移動(dòng)機(jī)構(gòu)、中心機(jī)構(gòu)和控制箱3個(gè)部分，詳細(xì)劃分為光纖陀螺、主控制器、過濾器、障礙物傳感器、擋板、驅(qū)動(dòng)輪、強(qiáng)力刷子吸口、電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、電動(dòng)控制器、清掃用電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、行走表示燈和光傳送設(shè)備等，具體如圖2所示。

3.2 設(shè)計(jì)巡檢機(jī)器人系統(tǒng)

為了滿足智能化變電站的工作需求，設(shè)計(jì)人員需要在巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)中適當(dāng)?shù)丶尤胂嚓P(guān)巡檢機(jī)器人技術(shù)。例如，根據(jù)實(shí)際需求建立監(jiān)測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，完善智能化巡檢機(jī)器人的自身功能，完成日常巡檢工作的監(jiān)督工作，并利用加密技術(shù)實(shí)時(shí)交互和傳遞信息。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，移動(dòng)控制子系統(tǒng)的硬件組成包括主板、障礙物傳感器、運(yùn)動(dòng)控制卡與驅(qū)動(dòng)輪等。這些組件的作用就是負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行為和運(yùn)動(dòng)功能，有效采集巡檢機(jī)器人利用所需的外部環(huán)境數(shù)據(jù)等智能規(guī)劃可視路徑，使智能巡檢機(jī)器人的利用符合車體動(dòng)力學(xué)理論，保證了電機(jī)驅(qū)動(dòng)正常運(yùn)行，提升了巡檢機(jī)器人的運(yùn)行效率，保證了其自主運(yùn)動(dòng)功能。巡檢機(jī)器人工作子系統(tǒng)的關(guān)鍵工作是檢測(cè)變電站中的數(shù)據(jù)，可以有效采集和傳輸圖像、聲音等，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電等功能。

4 智能變電站巡檢機(jī)器人的應(yīng)用

4.1 識(shí)別檢測(cè)功能的應(yīng)用

在智能化變電站巡檢機(jī)器人利用中，要想保證各項(xiàng)功能的完善，需要安裝各種檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的有效檢測(cè)和功能識(shí)別，從而科學(xué)判斷各種路障。其中，巡檢機(jī)器人設(shè)備主要配備的工具是可見光攝像機(jī)，主要功效是實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像、音頻等信息的采集。利用巡檢機(jī)器人能夠獨(dú)立讀取、記錄和分析有效信息，便于科學(xué)分析變電站的工作狀態(tài)。同時(shí)，利用圖像匹配方法分析變電站的數(shù)據(jù)庫信息，能夠有效匹配變電站的可見圖像和數(shù)據(jù)庫中的圖片。在算法設(shè)計(jì)中，能夠矯正圖像信息的形變，使灰度差別降至最低。如果利用能量歸一化和灰度均衡化、投影直方圖法、主成分分析法等分析圖像信息，巡檢機(jī)器人的圖像匹配程度會(huì)更高，準(zhǔn)確度也會(huì)更高。以上方法可以人工標(biāo)定圖片庫中所有的設(shè)備數(shù)據(jù)，一旦圖像匹配成功，便可識(shí)別和定位智能變電設(shè)備，提升識(shí)別檢測(cè)功能的準(zhǔn) 確率。

4.2 智能巡檢分類功能的應(yīng)用

巡檢機(jī)器人在日常工作時(shí)會(huì)使用兩種既定的模式，一種是訓(xùn)練模式，另一種是返航模式。除了這兩種模式，巡檢機(jī)器人還可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定其他巡檢方式，但這些隱藏功能利用的次數(shù)較少，通常會(huì)被 忽略[5-7]。

4.3 定位導(dǎo)航功能的應(yīng)用

對(duì)定位導(dǎo)航功能的運(yùn)用，首先要預(yù)先設(shè)定行進(jìn)軌跡，讓巡檢機(jī)器人在遇到障礙物后可以自行完成掉頭、直行和轉(zhuǎn)彎等操作，到達(dá)指定位置后可以利用紅外攝像機(jī)探測(cè)可見光，通過調(diào)整設(shè)備清晰角度提升拍攝的清晰度。其次，要利用圖像處理功能。通過系統(tǒng)自帶的紅外熱像儀和可見光電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）等設(shè)備監(jiān)測(cè)目標(biāo)對(duì)象，有效判斷電力設(shè)備的高溫異常情況。可見光攝像機(jī)設(shè)定高度為500～600 mm、行走速度為0.5 m·s-1，邊走邊沿引導(dǎo)線拍攝。循線攝像機(jī)會(huì)檢測(cè)上下左右4個(gè)邊界圖像來分析線路的異位等情況，詳細(xì)記錄主變、刀閘開合實(shí)際位置等，然后利用自動(dòng)讀取儀器儀表處理報(bào)警故障。最后，要利用無線傳輸功能，將監(jiān)測(cè)到的圖像、聲音等信息在最短的時(shí)間傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，然后在監(jiān)控中心的調(diào)控令指導(dǎo)下完成巡檢機(jī)器人與外部的通信。

5 結(jié)語

智能變電站在日常生活中應(yīng)用廣泛。為了發(fā)揮智能變電站的作用，提升電力工作效率，要將智能變電站巡檢機(jī)器人應(yīng)用于日常電力工作，根據(jù)變電站實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)定巡檢機(jī)器人的工作內(nèi)容，保證巡檢企業(yè)人在工作中能夠遵循相關(guān)原則，有效傳輸電力數(shù)據(jù)，促進(jìn)電力行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。