國家電網公司發(fā)展部新能源云運營中心 陳 康 北京華商三優(yōu)新能源科技有限公司 賀家勝

北京行動智能科技有限公司 劉宜昌 飛騰信息技術（北京）科技有限公司 郭祥雷

1 引言

隨著社會經濟的快速發(fā)展，我國配電網規(guī)模也逐漸增大。而現有配電網巡檢工作仍以人工巡檢為主。一方面巡檢人員的數量跟不上配電網設備增長的速度；另一方面，巡檢人員的責任心和業(yè)務水平對巡檢質量影響較大。此外，配電室是7×24h工作的封閉環(huán)境，人工巡檢無法在時間上和空間上對配電室進行全量監(jiān)控。有限的巡檢時間，必然帶來設備運轉的黑盒時間，設備故障和隱患無法及時監(jiān)控與消缺。因而不可避免存在漏檢、誤檢的情況，不僅容易隱藏電力系統(tǒng)故障隱患，甚至可能帶來巡檢人員人身安全的風險。隨著智能配電網建設的發(fā)展，對巡檢人員的業(yè)務水平要求越來越高，因而巡檢自動化乃至智能巡檢不可避免地提上日程。而通過機器人完成巡檢業(yè)務，已經是完成智能巡檢的業(yè)內共識。

2 機器人在電力巡檢中的應用現狀

機器人在電力行業(yè)中的應用由來已久，主要應用在變電站、電纜隧道、架空輸電線路無人機、架空輸電線路帶電維護、架空配電線路帶電作業(yè)、電動汽車換電等方面。在架空輸電線路、架空配電線路、電動汽車電池更換作業(yè)等方面已研究發(fā)展10多年，并取得了許多重要成果[1]。

從2005年起，我國就開始研究機器人在電力巡檢系統(tǒng)中的應用，之后依據《國務院關于印發(fā)“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃的通知》《國家能源局配電網建設改造行動計劃（2015—2020年）》《國家電網公司2015-2020電網智能化滾動規(guī)劃指南》《南方電網十三五智能電網發(fā)展規(guī)劃研究報告》等政策文件，國網公司和南網公司分別加大了在變電站巡檢、電纜隧道巡檢等方向的探索研究與示范，主要參與研發(fā)機器人企業(yè)有山東魯能智能、沈陽新松、深圳朗馳等，其中有些產品已經獲得規(guī)?；瘧谩?/p>

從2015年起，國內開始研究機器人在站室內部的巡檢，使用機器人替代運維人員來進行可見光、紅外、音頻、局放、溫升等監(jiān)測，并獲取設備狀態(tài)如斷路器、接地、信號燈、儀表盤、開關狀態(tài)等。但由于站室內部環(huán)境復雜，前期研究主要為架空軌道機器人，成本較高，部署程序煩瑣，施工周期長，推廣難度較大。

3 機器人在配電巡檢中的應用前景

2021年9月28日，北京市發(fā)布新地方標準DB11/T527-2021《配電室安全管理規(guī)范》，于2022年1月1日起正式實施。新標準首次明確了配電室智能運維的定義、技術要求和行業(yè)規(guī)范，要求配電室智能運維企業(yè)依據“云、大、物、移”等現代信息技術建設智能運維系統(tǒng)，以實時監(jiān)測數據為基礎建立智能運維中心，結合智能運維操作隊伍對轄區(qū)內配電室開展智能化運維工作，實現“無人值班，少人值守”的智能化運維模式。在此政策推動下，通過機器人實現配電室的巡檢，已經成為行業(yè)的必然。北京電力業(yè)務發(fā)展方向，也將對全國電力業(yè)務發(fā)展起到引領作用，因而必將推動全國范圍內智能巡檢機器人的規(guī)?；瘧?。

配電業(yè)務的智能巡檢，是利用智能通信手段和傳感技術將配電室的電氣信息、非電氣信息（包括環(huán)境信息、安防信息）、視頻監(jiān)控信息、機器人采集信息等數據通過本地網管以及光纖與以太網等上送至監(jiān)控指揮中心，對配電室實施遠程監(jiān)控，實現配電室本地的無人值守。

在這一體系下，機器人的使用是將配電室的巡檢由“自動化”提升為“智能化”的重要設備。對機器人的使用，并非簡單地實現人工替代，應當進行巡檢業(yè)務的提升，將此前人工巡檢難以進行的業(yè)務也納入常規(guī)巡檢之中。并通過APP、大數據等手段簡化操作人員與管理人員的工作，實現巡檢業(yè)務的智能化和現代化。

此外，機器人的使用，也相當于實現了7×24小時機器人值守，提高了巡檢頻次和巡視質量，使配電室巡檢由故障巡檢向狀態(tài)巡檢轉變，保障配電設備的安全運行。由于常規(guī)情況下無需人工干預，也降低了工作人員的交通安全風險和運維安全風險。

4 系統(tǒng)構成和應用分析

4.1 配電室巡檢業(yè)務范圍

配電室的巡檢包括：一是開關柜、斷路器、負荷開關、配電柜、配電箱、繼保、直流屏等設備的電流、電壓、開關狀態(tài)、有功無功、頻率等電氣信息的巡檢；二是通過各種傳感器采集門禁、煙霧、溫濕度、水浸、氣體、紅外、聲光、消防等信息；三是局放、電弧、儀表示數、視頻等信息[2]。

隨著配電自動化的逐步推進，電氣信息已經上送到配電自動化系統(tǒng)，可進行實時或準實時監(jiān)控。但考慮到主要通訊方式為電力載波，其數據質量還有待進一步檢驗[3]。

對配電站室的人工巡檢，主要針對非電氣信息進行，由巡檢人員通過聽、看、聞、抄的方式，對配電室內聲音、氣味、土建結構、照明設施、消防設施、防鼠板及封堵、空調、風機、漏雨進水、室內清潔、設備電流電壓溫度等電氣信息、各設備線路接點、各電氣設備電弧和打火痕跡、儀表數字等進行巡檢[4]。

由于人工巡檢存在的問題，使用機器人替代人工巡檢，不僅可以消除人工巡檢的可靠性問題和質量問題，還可以進行縮短巡視周期，減少黑盒時間，最大限度提高設備安全，保障配電網安全運行。

對巡檢信息，可采用安全芯片進行加密傳輸，以確保電網數據的安全。

4.2 基于機器人技術的遠程巡檢架構

在使用機器人替代人工巡檢的情況下，提出遠程巡檢架構如圖1所示。

圖1 基于機器人技術的遠程巡檢架構

機器人的使用并非替代當前的配電自動化系統(tǒng)，而是作為配電自動化系統(tǒng)的補充和提升，將之前自動采集無法實現的一些數據采集上來，并提高采集頻率。

這一架構下，數據采集層同時進行配電數據的自動采集，以及機器人、視頻的非電數據采集。其中，對設備儀表數字的讀取，在光線不足時，可采用紅外補光的方式進行。對一些要求比較高的配電站室，還可以同時通過機器人采集重要的電氣數據，為配電自動化數據采集提供參考與修正依據。

數據傳輸層，是通過無線或有線的方式，接入數據采集層的信息并向上轉發(fā)。數據傳輸層可采用多個通信網關完成與采集傳感器的通信；通過DVR或NVR完成視頻的本地保存。機器人本身的通信，視配電室本地的通訊實際情況，既可搭載4G或5G模塊進行通訊，也可通過通信網關轉發(fā)。

安全計算芯片部署在機器人設備上，就機器人本體算法的安全性方向進行考慮，融合飛騰基于ARM指令集架構授權的國產芯片和內置安全可信功能，對機器人本體計算安全做了加碼，實現安全的智能計算機器人。并且通過國家電網公司提供的“國網芯”安全加密芯片對傳輸的數據進行加密，配電監(jiān)控系統(tǒng)的數據接收端完成解密。針對各行業(yè)、各領域使用安全智能計算機器人得到相對較高的處理業(yè)務安全保障。

監(jiān)控指揮層一般包括配電監(jiān)控系統(tǒng)、指揮大屏和物理服務器設備等。其中，配電監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)控指揮層的核心，包括設備管理、實時電氣圖繪制、電氣量監(jiān)測、非電氣量監(jiān)測、視頻監(jiān)控、機器人監(jiān)控、故障告警管理、歷史數據分析、系統(tǒng)管理等部分。

4.3 機器人功能設計

機器人是本方案的核心，本文不建議使用一種統(tǒng)一功能的機器人來實現所有配電站室的巡檢，而應當視配電站室的實際情況、業(yè)務需求，采用不同功能的機器人完成巡檢，實現業(yè)務開展與投資規(guī)模的科學規(guī)劃。

作為人工巡檢的替代，機器人應當具備基礎的人工巡檢功能，即具備視、聽、聞、抄的功能，即具有視頻、溫濕度、噪聲、煙霧、水浸、氣體、防盜、紅外、聲光等信息的采集功能。考慮到機器人的成本，這些傳感器可以安裝在配電室內，機器人在巡檢過程中，與傳感器進行通信，讀取傳感器信息與狀態(tài)。而機器人本身應具備升降、視頻、可見光、紅外裝置，通過升降裝置和紅外熱成像儀，實現人工觀察盲區(qū)進行全覆蓋巡視和高位儀表盤數據讀取。同時，由于工作人員可在遠端操控，對必要區(qū)域還可以進行人工遠控補盲處理[5]。

對一些要求較高的配電站室，可以在機器人上搭載局放、溫升、電弧識別等裝置，提升巡檢質量。尤其是低壓配電線路的電弧短路引發(fā)的火災，占據了電氣火災發(fā)生的一半，對有條件的單位，可在重點電路或有故障風險的電路中加裝電弧故障檢測器，同時在機器人身上搭載電弧識別通信與管理裝置，通過對本地電流、頻域信號進行檢測分析，并結合小波變更檢測等方式進行綜合邊緣計算，及時發(fā)現和上報電弧故障，甚至下發(fā)脫扣命令，執(zhí)行現場切斷操作，以保障電氣線路安全。

此外，巡檢機器人還應具備越限預警、路線設置、巡檢計劃管理、巡檢內容設定、缺陷上報、手動控制響應、自動充電等功能。其中，越限預警設置機器人在獲取設備及傳感器信息的測點數據時，根據設置的閾值判斷是否需要發(fā)送告警。路線設置為根據RFID編號，規(guī)劃若干條巡檢路線、充電路線，實現機器人的無軌移動。巡檢計劃是根據業(yè)務需求，設定巡檢時間與巡檢路線，讓機器人可以根據巡檢計劃自動進行巡檢，并設定機器人需要檢測的測點。當機器人發(fā)現缺陷時，實時上報到管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)根據缺陷內容，發(fā)出告警或故障提示。手動控制即監(jiān)控指揮人員可在后臺界面中終止機器人的操作，對機器人進行手動控制。自動充電即當機器人監(jiān)測到自身電量低于設定閾值時，按照規(guī)劃路線自動巡航至充電區(qū)域，完成充電。

機器人通過搭載安全加密模塊來部署加密芯片，對安全加密模塊應盡可能選擇成熟技術產品，在確保安全的同時保障通道暢通。

根據國網與南網的機器人應用實踐，基礎電氣信息、可見光、視頻、紅外、局放、溫升等重要監(jiān)控信息已經在機器人巡檢中得以示范應用。但無論國網還是南網，目前進行的研究還專注于通過機器人進行全量高質量巡檢，但該類機器人成本較高，難以大規(guī)模推廣，反而使機器人替代工作進展緩慢。實際上，進行人工替代的機器人，更應優(yōu)先完成基礎巡檢工作，降低機器人成本，實現機器人巡檢的規(guī)模覆蓋，以提高配電站室巡檢的基礎質量。

圖2 智能巡檢機器人在配電室應用實例

5 結語

機器人巡檢是配電自動化發(fā)展的必然，本文結合配電站室巡檢需求，介紹了一種基于機器人技術的遠程巡檢架構，并對巡檢機器人的功能進行了規(guī)劃。該方案能夠有效降低人工風險，提高工作質量和效率，保障配電站室的可靠運行，為配電自動化的深入開展提供可靠的技術保障。