赵松璞、谷湘煜、杨利萍
深圳市朗驰欣创科技股份有限公司
广东省深圳市518057
摘要：改革后，我国社会高速发展，带动了科技的进步。本文从智能运维管理平台、站控平台2个层面介绍了室内电力巡检机器人系统的构成，系统通过搭载可见光、红外热像仪和声音采集器等传感器，在智能配电站实际使用后，可自动完成配电站室内设备的巡检任务，巡检数据自动归档，降低了人员劳动强度，提高了巡检效率。
关键词：配电站；电力巡检机器人；自动化巡检
引言
随着机器人技术的快速发展，机器人在各个行业的应用率不断提高，由于变电站是高压供电系统中的核心，利用机器人服务于变电站设备巡检能够补充人工巡视的不足和盲区，甚至能够完全代替人工巡检，极大的减少了人力投入。巡检机器人的集中控制系统既要在线管理和监测这些巡视机器人，同时也要收集和分析处理这些巡检机器人采集回来的设备状态信息数据。目前，市场上巡检机器人集中控制系统的产品基本上都是有限数量的预置位且控制协议相对封闭，很多情况下不能满足变电站现场多功能实现的需要。
1室内电力巡检机器人系统架构
室内电力巡检机器人可采用自主或遥控方式进行控制，其系统总体架构如图1所示。
1.1智能运维管理平台
智能运维管理平台面向区域内所有智能配电站，提供所有监测数据的采集与分析服务。
1.2站控平台
站控平台部置于配电站（室），完成站内所有采集子系统传感器数据的收集工作，并提供巡检机器人的运行管理服务。
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图1电力巡检机器人系统架构
2室内电力巡检机器人在智能配电站的应用
2.1现场运行情况
该集中控制系统已在西北某地区110kV配电站内使用，通过远程集控监视平台进行操作，有效的控制巡检机器人。在实际运行中，集控工作人员在集控中心使用主控电脑登陆相应网络地址，进行权限认证，选择需要进行监控的远方变配电站，远程控制该配电站的巡检机器人，进行巡检机器人移动、信息采集设备升降、图像观察、参数采集等功能。同时根据巡检结果在监控系统上记录配电站运行状态，及时上传到信息数据库中。工作人员还能够调取各变电站的巡视记录，并使用相应的软件进行历史数据整理。同时，巡检机器人自我检测到电量不足时能够回到站内充电桩进行自动充电，有效实现了巡检机器人的自理功能，减少配电站日常巡检工作的人力成本，有很强的实用性和推广性。
2.2电源管理系统
技术人员应当对巡检机器人的电源系统进行功能需求分析，要提高能源供给的安全性和可靠性。通常情况下，电源管理系统包括电源控制系统、电源转换系统、显示器报警系统等。巡检机器人在进行配电站的作业过程中，需要具备长时间的电源供给，由于机器人的尺寸和运动特性存在一定的限制，因此技术人员需要采用蓄电池作为主要的动力源，通过主动接触式充电结构来满足巡检机器人续航的需求。在进行作业过程中，机器人停靠在充电位置就可完成自动充电。技术人员应当科学设置充电触头与底座的位置和接触方式，从而提升巡检机器人自动充电的精准程度。另外，还应当考虑电源功率参数，要满足安全诊断等功能需求，解决机器人的能源供给问题。
2.3多样化运行模式
(a)全站巡检:通过机器人后台系统，为机器人设定常规巡检规则。机器人依据设定的巡检规则对所有巡检点进行定时、定期巡检，免除人工后台反复操作;(b)手动巡检:当出现某些特殊设备故障，需要人工干预机器人工作时，将系统切换为手动巡检模式，巡检人员可远程使用遥控器操作机器人进行巡检工作;(c)定点巡检:通过机器人后台系统，设定针对单个或多个电力柜下测点的巡检任务，实现对重点设备或关注设备的定期巡检;(d)定制巡检:通过机器人后台系统，设定针对所有电力柜下某类测点类型的巡检任务。
2.4巡检机器人自动充电技术
目前，巡检机器人一般沿固定轨道运行，受定位误差的约束，机器人从所在位置移动到充电装置的过程中导航精度较低。此外，机器人与充电装置触点的对接须严格满足精度要求，充电对接过程耗时较多，增加了自动充电技术的设计难度以及远程控制的复杂性。对于沿非固定轨道运行的机器人，其自动充电的设计方案更为灵活多样。利用非固定轨道机器人运行位置与角度易于控制的优点，本文提出一种接触式对接充电方案，从而简化自动充电方案的操作复杂度，同时保证机器人与充电装置的对接精度。
巡检机器人电池电量不足时，通过远程控制移动至指定充电区，车载充电连接器与固定充电装置满足相关标准后相互接触，实现电连通并进行自动充电。充电完成后机器人通过远程控制脱离充电区域，移动至工作区或待命区投入正常运行。巡检机器人整个充电过程均实现自动化、智能化，推进了配电站无人值守的进程。
巡检机器人自动充电一般包括2个阶段：①寻找并靠近充电区域，称为远程对接阶段；②实现巡检机器人与充电装置的准确对接，称为近程对接阶段。巡检机器人充电对接流程如图2所示，远程对接时巡检机器人可被看作质点，当机器人移动到对接区域时，依照传感器信息进行位姿校正，使机器人满足相对充电装置位置与角度的要求。远程对接条件下，如果对于已知环境，巡检机器人通过内置环境地图进行位姿调整很容易找到充电装置；但针对未知环境，巡检机器人须在远距离搜索充电装置所在方位，因此，需在充电装置对应的合适区域添加机器人易于辨识的特殊标识。如果机器人处于近程对接状态，在充电装置附近设置便于传感器辨识的特殊标记，机器人通过传感器获取的信号调整自身相对充电装置的位置和角度，最终完成与充电装置的对接。对接成功后，巡检机器人开始充电并对电池荷电状态进行监测，如果电池电压升至指定数值，通过指示灯提示电池荷电状态已满，机器人驶离充电装置，并继续执行工作任务。通过对机器人设置过充保护机制，防止充电电压过高引起的电池损坏。在巡检机器人与充电装置对接过程中，控制巡检机器人移动到充电装置，同时要求机器人以特定的方向与角度同充电装置接触，因此，可以远程控制巡检机器人按固定轴线进入，并与充电装置对接。然而，该方案对巡检机器人动作路径的精确性和导航准确性要求很高。更为优化的方案是设计安装充电装置，允许机器人大范围、多角度与充电装置实施对接，此方案简化了巡检机器人的对接难度。
该文自动充电装置的设计结构如图3所示，在机器人前段配置2根柔性圆弧状金属条并与机身电池相连，相应在充电装置上安装2块作为接触点的金属板并与电源相连，金属板和充电装置之间嵌入缓冲海绵，当机器人车身电极与充电装置接触后，挤压缓冲海绵，实现电极的良好接触，提高对对接误差的容错率，对接系统允许±30°的接触角度误差。该优化方案的原理是使用一个电气缓冲器，在机器人上方和下方设置金属板，巡检机器人通过电刷与金属板构成整体。此外，根据实际需要也可安装一种移动充电装置，对巡检机器人供电，此类充电装置通过寻找电池荷电状态较低的巡检机器人并通过自带的充电装置实施对接充电。
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图2巡检机器人充电对接流程
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图3巡检机器人自动充电系统结构
结语
电力巡检机器人系统在配电站投入使用后，有效降低了运维人员劳动强度，提高了工作效率，保障了配电站设备的安全稳定运行。目前，实际使用过程中发现电力巡检机器人尚存在一些问题需要进一步解决。例如，机器人在执行自动巡检任务时，路径规划不够精确，有时存在舍近求远的情况，在导航算法等方面仍需继续完善。
参考文献
[1]王艺智，王雷，王晓晨，等.城市配网智能公变台区系统关键技术研究及系统设计[J].数字技术与应用，2013（10）：153-155.
[2]胡启明,胡润滋,周平.变电站巡检机器人应用技术[J].华中电力,2011,24(5):36-39,43.