变电站智能巡检轮式机器人解决方案

项目概况

1.1系统架构组成

智能轮式巡检机器人系统由后台软件系统、供电系统、通信系统、机器人系统及其他附属设备组成。具体架构图如下：

巡检机器人系统架构图

本地+远程后台管理系统：后台监控系统采用B/S架构，模块化架构清晰，外部接口齐备。

供电系统：在充电房用接触式的充电桩进行充电，供电系统直接从主电气室取电，充电桩输入电压为220V/50Hz。

通信网络系统：机器人通信系统采用无线数据网络传输技术，在巡检范围内实现无线网络的无缝隙覆盖。

机器人系统：巡检机器人是本系统的核心，可沿设定路线在室内往复运行巡检，实现巡检区域的设备、环境监控的覆盖巡检。

GIS室巡检机器人

巡检机器人

1.2 系统主要功能

1）红外测温

通过对变电站设备区域进行划分，并设置对应红外检测巡检点，由机器人利用自身携带的红外热成像仪对一定区域内的温度普测，以检视域内温度为目的，结合区域设备特征设置的温度阈值进行简单参数对比实现温度检测，并自动生成任务报表。当区域内出现温度异常时，触发相应报警。

机器人红外热成像测温图

2）智能仪表识别

仪表识别是轮式智能巡检机器人系统的核心功能之一，通过机器人自身携带的可见光摄像机，完成视频图像的数据采集，通过自主开发的高精度图像识别算法，对视频数据进行智能分析处理，识别图像内容。目前，仪表识别功能能够准确识别变电站内避雷器、SF6气体压力表等各类仪表，刀闸、断路器、隔离开关的分合状态，变压器、CT等充油设备的油位计和设备外观等，并能进行表计自动读数，从而全面掌握站内电力设备及环境的状态信息。巡检机器人根据智能仪表识别结果进行预警，发现设备及环境状态异常时，自动产生报警信号，提醒运维人员及时处理异常。

图像识别分析

3）局放检测

智能巡检机器人可搭载局放检测设备，局部放电检测设备由升降平台和局放检测传感器组成，采用地电波+超声结合的检测技术，通过分析局部放电信号幅度及图谱，可有效发现开关柜内部的局部放电情况，从而评估设备内部绝缘劣化程度，为设备的状态维修提供科学的决策依据。地电波+超声局放检测仪能检测并显示当前测试信号幅值、脉冲数及严重程度及幅值变化趋势，并用多种颜色来指示放电的严重程度。

局放监测示意图

4）巡检功能

A.自动巡检

自动巡检是巡检机器人按照预设规划路径自动巡视方式，自动巡检的模式主要有：例行巡检、特殊巡检等，各种模式支持互相切换。机器人搭载高清摄像机、高灵敏红外热成像仪、拾音器等多种检测设备，按照既定的规则完成区内各处的设备和仪表进行可见光拍照、表计读数、红外测温及环境监测等巡检活动将巡检数据自动传输到综合管理平台保存，生成检测分析报告。

B.人工遥控巡检

除巡检机器人自动巡检外，还可以通过人工遥控巡检的方式对机器人进行实时遥控。该项应用模式适用于运维人员以及管理单位需要对某类设备的状态进行锁定与监测，尤其对于在机器人自主巡检过程中如检测到设备、环境状态异常并向运维人员告警时，运维人员可以在时间使用管理后台的人工遥控界面或是遥控手柄，操控机器人快速到达异常设备位置，及时对异常设备进行查看并核实报警信息，以便迅速制定响应策略。

5）实时监控和环境监测报警功能

巡检机器人采集的现场实时可见光视频、热成像视频和现场实时音频等信息，通过无线网络传输到服务器存储到磁盘阵列中，并且通过信息的转发再下发到各客户端，在后台管理界面中呈现。

机器人智能巡检系统携带温湿度传感器、烟雾传感器、光照传感器等，可以监测变电站温度、湿度、光照强度、烟雾参数等实时环境信息，并将信息反馈给系统后台。同时可设置报警的限值，包括低温、高温报警限值，湿度报警限值，烟雾报警限值，超过限值后立即声光报警以及在后台中文字显示告警，以防止由于工作人员对环境的误判，造成生命危险。

另一方面，机器人在巡检过程中，通过红外热成像与烟雾探测器，迅速判断是否有火情，时间将火情信息传达至后台，联动消防系统综合判断，迅速定位着火点，进行消防扑救，在时间控制初起火情。

环境监测示意图

6）双向语音对讲

巡检机器人系统搭载双向语音系统，机器人上安装有应急广播扬声器和麦克。用于监控中心和现场工作人员进行双向对讲，实现对现场的远程监控指挥。

7）音频智能采集

巡检机器人系统搭载有高灵敏度的声音采集设备，并随云台一同转动，定向采集变压器等电力设备的音频信息。系统采用的音频降噪算法和声音识别技术，减轻环境噪音干扰，增强音频信息识别的准确性和可靠性，同时音频数据经过处理后进行存储、播放。

8）数据统计和报表输出

监控平台具备对监控数据进行储存、分析、统计、检索的功能。

巡检机器人在执行完一个任务之后都会自动生成报表，运维人员可以在监控平台根据时间、巡检类型、任务名称等进行检索并查看报表。运维人员可根据需求检索，查看，导出各类表报，包括巡检任务报表、数据报表、报警记录报表、环境信息报表等。

9）预警功能

巡检机器人在巡检过程中，通过数值分析、阈值对比、趋势分析、数据库等相关技术，对异常数据进行自动预警。预警信息通过界面告警和声光告警两种方式呈现，及时提醒运维人员注意。

当后台分析数据显示为异常时，后台监控软件界面会出现告警信息列表，运维人员通过操作滚动显示告警信息。当系统存在告警信息时，系统通过巡检机器人告警音频及灯光闪烁，提醒运维人员注意。

告警信息示意图

10）自动充电功能

巡检机器人采用蓄电池与充电房供电系统相结合的方式，保证机器人电量补给功能。同时，系统配置完善的电量分配管理措施，进行预警电量设置、实时电量监控及完善的自动充电控制逻辑，基本电量控制逻辑如下：

优化的电池能量分配，可以保证机器人随时有电进行工作。机器人可设定电池剩余电量作为应急备用电量。当机器人电量充足时，可按计划完成巡检任务，任务完成后自动返回充电，保持电池处于满电量状态。

当机器人的电量达到系统设定的保护限定值时，机器人可中断任务自动返回充电；当机器人在低电量保护状态时，如果发生高优先级任务，机器人可用应急备用电量执行紧急任务。

11）监控后台功能

巡检机器人后台，能够对机器人巡检路线进行规划和修改，机器人按照预定路线，自动检测目标设备运行状况。巡检机器人的后台主要由实时监控、数据统计模块、报表系统、地图编辑、任务管理、系统设置和系统集成等组成；除了能控制机器人执行相关巡检任务外，还有采集、统计、检索、报表、智能分析等多种功能。

12）系统自检功能

为保证机器人日常工作的开展，机器人在启动巡检前均会进行自检，自检内容包括红外热成像仪、高清相机、电机、云台、内部存储以及各种传感器等，当上述任一模块出现异常时，机器人能将故障信息上传到本地监控后台，此时自检模块界面上与发生异常的模块对应的状态栏底色变成红色，并且本地监控后台能进行告警，主控室的操作人员能及时查看出现异常的模块，能够及时处理。方便运维人员及时发现故障，减少处理时间，提高解决故障的效率。

13）安全运行及自动避障

通过在巡检机器人安装防碰撞接触气垫装置、激光雷达、超声波雷达构筑三重安全保障，遇到障碍物或人员时会自动停止，人员或障碍物移走后，自动继续完成巡检任务。即使在对快速飞来物体碰撞后，机器人也能及时停止，并进行系统安全报警并在明显位置安装有闪动警示灯，提醒人员注意。