周仁彬、陈强、任春勇
深圳市朗驰欣创科技股份有限公司 广东省深圳市 518057
摘要：随着电网规模的不断扩大，人工巡检的工作量也在进一步加大，容易产生因人力资源、设备资源有限引起的人工巡检不到位等情况。为了应对运维工作的现状，结合机器人技术的不断发展，近年来巡检机器人得到了广泛的应用，逐渐替代了人工巡检方式，实现了远程监控、分析运行中的电气设备、母线及其引接导线的实时状况，监测电气节点的发热温度、变压器的油温/油位数据等功能。通过对电力巡检机器人综合管理平台的应用扩大应用区域巡检的范围，提高巡检的效率，对现场监测数据进行分析和整理，为电网综合监测管控体系提供数据支撑，提升电网数据监测及应用的水平。
关键词：电网；巡检机器人；远程监控
引言
现阶段，国内220kV及以下电压等级变电站基本为无人值守模式，500kV变电站为少人值守模式，将来也要陆续普及无人留守。变电站内监测对象众多，常规的在线监测安装范围有限，一些施工困难或危险区域往往难以监测，因此许多日常运维工作需要依靠人工巡检完成。站内存在大量的设备，且较分散，人工巡检工作量大，导致运维人员工作负荷和压力较大，特别是在电力管廊等工况复杂的环境中，更加增加了安全风险和隐患。
1总体架构
电力巡检机器人综合应用平台运行于数据管理的内部网络，它包含了应用系统、结构方案、具有自感应部署功能的巡检机器人本体以及第三方巡检部分等四方面内容。
对于应用系统而言，主要是采集数据的高级应用功能，包括储存、分析、显示、指令控制、状态研判等方面。具有自感应部署功能的巡检机器人利用电力通讯网络与接口保持对接，按照各项巡检任务和指令达到监测区域，收集信息上传至采集终端。第三方巡检部分和外部平台则是利用规范化接口构建巡检机器人本体与采集终端的双向通讯。按照平台业务功能和技术应用架构，详细整合其应用功能，按照平台物理层级开展技术应用功能的方案实现。
巡检机器人一体化管控平台实现了两级部署，不仅实现了本地化运行需求，又可统一管理指定范围内的机器人，达到了数据统一储存、集中管控的目的。
2业务功能描述
（1）开发挂轨式巡检机器人综合应用平台，实现远程控制、监测和评估机器人的实时运行状态，制定并下发自动巡检方案，实现7×24h往复式巡检，通过机器人云台采集装置采集现场图像，传输至管控平台进行存储和分析，实现对保护、测控、通信等厂站设备的指示灯状态、压板状态和表计读数的智能判断，对有异常的分析结果及时上报平台；制定统一接口规范，支持第三方机器人产品接入，统一协调管理。
（2）试制适合变电站室内区域使用的挂轨式巡检机器人，集成可见光、温湿度、氢气、氧气、烟雾、噪声等各种监测装置，满足变电站室内设备巡检和智能分析的要求。
（3）研究现场异常和事故信息快速收集机制，将发生异常和事故的时间、地点、环境状况、现场图像分析结果等内容整理为分析报告，存入知识库，结合其他外部系统数据，实现归纳不同条件和因素下各种设备的故障数据趋势等多种高级应用，为设备运行维护工作提供有效的数据支撑。
（4）结合现有电网调度相关业务系统、辅助监控系统的运行，获取室内环境、空调运行状态、风机运行状态等数据，同时向其他系统提供巡检机器人采集分析数据，实现系统间互动互通、数据共享；在其他系统出现告警时，通过数据共享，获得告警位置、类型等信息，巡检机器人可前往告警地点，将可见光、热成像等信号实时传输至管控平台，缩短告警处理时间，在出现误告警时可避免浪费人力资源，出现真实告警时，处理人员可提前熟悉现场情况，提高处理效率。
3图像识别描述
总体识别流程如下：首先以柜体为单位拍摄全景图，然后依次定位柜体上的各个仪表，并调整相机倍率和焦距（即二次对焦），拍摄待识别仪表的大图，最后根据仪表类型调用相应的图像识别算法，得到识别结果。在二次对焦功能中，需要根据标定的模板从全景图中定位待识别的仪表，得到仪表的具体位置和尺寸，从而调整相机参数实现仪表大图的拍摄和后续识别。仪表按照识别策略大致可分为LED型仪表、指示灯型仪表、指针型仪表和机械状态型仪表。
4系统应用
4.1 声音采集等新技术的应用
在实际工作中，机器人智能性不足的问题也已经凸显出来，比如表计表面无法识别，因为油污、老化和腐蚀等情况造成的视线遮挡问题。在传统工作中，要对这些表盘进行重新安装来提高识别的准确率，尽管该方法一劳永逸，但是投入成本和施工强度较大，而且机器人的智能性也没有显著提高。因此，本文的设计思路有所改变，要解决角度全覆盖的问题可以通过使用棱镜等设备的方式，让智能机器人实现多角度拍摄。此外，在恶劣天气下，机器人的拍摄精度也会受到影响，为了解决这一问题，就要在技术上加以创新，提升机器人的自主拍摄能力，不断提升精度。比如在信号采集上，不仅要采用摄像技术，更要发展声音识别等多种新技术，实现提高精度的目的。声音采集系统也是一个重大的改进，在该系统中，要对声音信号进行预处理，根据采集的声音，判断电力系统的故障，并且自动发出警报。这其中关键的环节是矢量化，采用LBG算法进行聚类分析，当超过阈值的时候就发出警报。该原理是基于在设备发生异常的时候，会出现放电等异常的声音，因此，根据声音信号就可以判断设备是否故障。同理，该思想也进一步影响了其他技术的创新，比如在设备老化的过程中，可能会出现震动的现象，可以通过震动频率来判断故障是否发生，因此，采用相关的探测技术就可以提高精度。在设备短路的过程中，会出现异味，可以给机器人安装嗅觉系统，对设备的异味信号进行采集，及时发现故障。
4.2机器人管理与远程控制
机器人管理与远程控制方案主要用于以下两个方面：一是机器人管理功能，包含机器人在平台中的添加、编辑以及查看；二是远程控制功能，在机器人接入平台后，实现机器人快速查看现场环境的功能。
（1）机器人管理
通过列表的方式，可管理当前数据中心全部在线的机器人，包括添加、编辑、查看；在机器人的信息详细页，可展示机器人的基本信息，如名称、IP地址等，还可展示机器人当前在机房中的具体位置以及机器人当前的任务。具备智能化地图绘制功能，用户可通过工具，远程控制机器人扫描地图、侦测数据中心机房环境中的障碍物，地图扫描结束后，用户可根据实际运维需求，编辑地图，在地图中标识设备定点位置，还可根据管理规范设置机器人的禁行区域。
（2）远程控制
机器人的远程控制是在联网状态下，通过机器人配置的云台摄像头，实时画面回传，提供对机器人行走的控制（向左、向右、前进、后退）以及机器人头部控制（水平左转、水平右转、俯视、仰视）。
结语
通过对室内电力巡检机器人及其管控平台的应用研究，研发机器人巡检管控平台，制定统一接口规范，将符合规范要求的第三方机器人产品纳入平台管理；结合省内现有监控类系统，研究巡检机器人在数据共享、告警联动等方面的应用。通过本文的研究，能够降低设备故障和动力环境变化对电网运行的影响；通过与安防、消防等系统的有机结合，更好的发挥巡检机器人在现场的作用，切实的保障电力安全生产，提高生产效率，减少财产损失、节约人力资源成本。
参考文献
[1]李艳鹏，杨彪.分布式服务架构：原理、设计与实战[M].北京：电子工业出版社，2017.
[2]HAYKINS.神经网络与机器学习[M].申富饶，徐烨，郑俊，等译.北京：机械工业出版社，2011.
[3]朱涛，张华.变电站设备运行实用技术[M].北京：中国电力出版社，2012.