何满棠，袁镜江，吴肯锐，袁文飞

（1.广东电网有限责任公司东莞供电局，东莞 523000；2.国机智能科技有限公司，广州 510535）

智能变电站中检修机器人的设计是以推进智能变电站建设为主要目的。通过借助机器人的巡视系统、测温系统、导航系统以及后勤系统等构建机器人工作时涉及的不同单元模块，并对子系统的功能进行明确分类的设计过程。根据系统工作原理以及工作环境，规划智能变电站中检修机器人安全工作的路径，制定科学合理的路径方案，通过在变电站运用检修机器人的实验结果显示，合理规划检修机器人安全工作的路径可以有效增加变电站的工作效率，因此检修机器人安全路径的规划工作在智能变电站工作中应该得到推广应用。

1 变电站检修机器人系统的组成

1.1 变电站检修机器人本体结构

智能变电站中检修机器人的外观与传统工业机器人造型相同，机器人外壳上安装有检修工作中需要的部件。机器人本体结构包括不同单元，通过不同部件的协同合作进行工作。其主要部件为红外热像仪、摄像机、声音采集器、传感器以及电源面板等[1]。此类机器人可以24小时的通过导航部件以及设备布局，对预先设定的工作任务——即智能变电站的检修工作进行完成。机器人的视窗内通常安装有红外测温摄像头，且视窗外部会安装有雨刮器，以保障机器人工作时视窗得到的景象清晰，同时，视窗上方配有提高红外摄像仪夜间观察距离和清晰度的红外射灯。机器人的头部安装有扬声器，方便工作人员和后台进行沟通工作。机器人的主体机身上方安装与顶部相连的云台部件，以此操控机器人的仰角视角。机器人主体机身的运动依靠底部的驱动轮，而转弯则需要随动轮进行辅助进行。机器人尾端设有充电装置，在机器人需要充电时会自动弹出，且机器人尾端还有电源开关以及机器人的开/关机按钮等。

1.2 变电站检修机器人部件功能

为保证在设定时间内实现变电站检修机器人的检修工作，变电站检修机器人的工作系统会使用摄像头对户外设备进行逐一检测，且由于巡检地点位置不同，机器人检修时需要对变电站表计以及油位计进行定时拍摄，以此实现检修工作的的全面覆盖[2]。由于检修机器人安装有红外摄像头及测温装置，在检修机器人系统下达检测任务时，机器人会自动对设备以及接头的温度进行检测，并将红外测温影像传递给后台监控界面，对该影像进行存储，确保红外影像及设备运行情况可以及时得到传输。对于设备运行状况存在问题的部位，机器人也可以做到人工遥控与自主检测的切换，且两者切换速度较快，在人工遥控检测结束后，不会影响机器人的正常自主检修工作进度。若机器人检修时发现变电站设备运行出现故障，会针对故障问题进行应急处理，且将故障部位以及该部位温度、油位计及表计的数据传递给后台监控单位，进行自动报警处理。机器人在进行检修时，会定期对自身设备进行检测，发现故障后会将故障问题发送至后台，并对机器人的本体信息、检测信息进行备份记录，定期生成数据分析表传给后台。

2 变电站检修机器人工作内容

2.1 机器人巡视系统

检修机器人的巡视工作主要由摄像机完成，其作用是对设备的运行情况进行监控，并观察和记录设备主体、表针以及分合位置等部件是否出现异常。检修机器人依靠其安装的的摄像头对所测设备进行各类照片的拍摄工作，且将照片上传至监控后台进行存档[3]。检修机器人会对设备的本体、避雷器表计、各套管出线、主导流部分、油位计、断路器本体、油温表、互感器瓷套外观、瓦斯继电器、接地开关、SF6压力表、冷却系统、消防系统等运行区域进行监控。

2.2 机器人测温系统

检修机器人的红外热像仪以及电动云台会安装在机器人主体上方，其工作内容为负责对设备的本体及设备各部位温度进行测量和数据收集，其测温误差可控制在2摄氏度之内。检修机器人的红外热像仪工作原理与普通成像仪类似，即将测物的红外辐射采用光学系统进行聚集，在红外探测器阵列上进行平面成像，并将其转换为电信号，通过放大电路以及补偿电路等方法对其进行线性处理，经过红外热像仪中的图像采集单元对其进行整合，最终形成被测物表面的热像图[4]。在检修机器人完成热像图后，机器人的控制单元会对图谱进行第一次存储，并结合机器人巡检系统安装前预存在机器人内部的全站设备档案以及红外专家库数据对图谱进行首轮安全性分析，当发现监控设备温度超出规定温度时，检修机器人会触发自身报警感应模块，当发现监控设备温度较上次测量温度数据有较为明显的提高时，检修机器人也会将此情况传递给后台，触发报警模块，并将设备的温度数据以及红外图像上传至后台监控系统，以不同颜色加以区分设备区域温度，由后台工作人员裁定设备运行情况。

2.3 机器人导航系统

检修机器人的巡检导航定位方式通常为RFID定位、磁轨迹引导、激光定位导航以及GPS定位导航[5]。在RFID导航技术中，正常的巡检时，机器人作为导航中的阅读器，其根据预设的轨道进行正常的行驶监测。此时铺设在机器人巡视路线上的RFID点保持为关闭状态，当机器人进入标签信号范围后，会激活机器人内置的RFID检测模块，使机器人接收所设标签的代码，解读标签传递的意义，以此完成检修机器人在这部分RFID点的工作内容。而磁轨迹导航是将磁轨迹布设在检测路线的中部，由于检修机器人需要监测到所有设备，因此，机器人的轨道布设需要考虑站内设备布局，减少井盖、伸缩缝等客观因素的影响，并要考虑观测设备的最佳路径。GPS定位导航也是检修机器人的导航定位方式之一。但是此种方式受卫星信号影响，在站内的定位精度相对较差。除以上三种导航方式之外，检修机器人也常采用激光定位导航，其优点是平行性好、距离掌控精准，缺点是周围环境很容易对其定位产生干扰。

2.4 机器人后勤系统

检修机器人的后勤系统一般由充电室以及监控后台组成。充电室的作用是存放机器人和为机器人补充电能。通常充电室内配有配电箱、充电座、充电器等设施。充电室的入口设置感应锁，当机器人准备进入充电室时，内部的传感器发出开门命令，触发感应模块，使充电室入口打开。监控后台一般设置在变电站控制室内，其主要由通讯设备、计算机、数据库和监控分析软件等组成。监控后台与检修机器人通过无线网进行数据的交互工作，其主要功能为检修任务的下发、监控检修过程、生成检修报表、检修历史数据的查看、对检修机器人的操控等。

3 变电站检修机器人带电作业安全性的路径规划

检修机器人带电作业安全性的路径规划需要变电站检修机器人系统根据后台发布的任务，自主地进行最优检修路径的设置，以保证检修机器人可以在最短的时间内完成下发的检修任务。

3.1 搜索机器人带电作业安全性路径

检修机器人在站内进行检修任务时，搜索其带电作业时的安全路径工作十分重要。相关工作人员可以采用笛卡尔坐标系对该路径进行最优化的设计，因为该种算法将路径规划问题转化为空间内路径搜索问题，可以在不同路径中计算出最短路径，将其应用于检修机器人的站内工作中，将不同检修任务的最短路径添加为一个集合，以此搜寻出检修机器人在站内进行检修工作时的最短路径[6]。

但是由于路径搜索时，实际场地的因素会极大地影响计算结果，因此，在变电站内搜索机器人带电作业安全性路径时，需要工作人员结合站内实际情况，对计算路径进行优化修正，以此提高检修机器人的工作效率，使检修工作可以更好更快的完成。

3.2 筛选机器人带电作业安全性路径

检修机器人的运行路径设计时，通过采用笛卡尔坐标系计算出的最优路径仅是两个坐标点之间的最短距离，将检修机器人的各个最短检修距离进行搜索整理，形成一个路径集合，对路径集合中路线的关节角范围以及危险边界平面的终角点进行剔除工作，最终形成一个可达目标点的路径集合。由于安全性是检修机器人工作中的重点方向，因此在检修机器人带电作业中，绝缘性能是其中较为重要的性能指标，通过对各个路径集合中经过危险点的频率，对各个路径集合的危险性进行评估，以此作为路径筛选的依据，从路径集合中筛选出最安全的一条路径作为检修机器人工作时的巡检路径，并对路径上的各点进行最终记录。

3.3 模拟机器人带电作业安全性实验

由于变电站工作的危险性较大，对于检修机器人来说，其带电工作时，可能受到不同类别和程度的损坏，因此，在路径搜索及筛选完成后，对路径进行模拟实验是验证路径安全性的最有效方法之一[7]。通过在计算机内模拟检修机器人在站内实际工作时可能遇到的所有问题，模拟其带电工作时设备对其的影响，进而更准确的了解路径中机器人与设备间的间隙与绝缘材料性能是否达到标准。同时，由于计算机模拟中设备电场固定，而在实际应用时，由于检修机器人的介入，设备的电场会产生一定的改变，造成实验结果产生误差，这便需要工作人员在模拟实验时，结合空气击穿场强强度的大小进行多次实验，判断检修机器人的运行路径是否安全，从更全面地监督保障检修机器人在设计路径可以正常工作，对其安全性路径进行双重验证。

4 结束语

综上所述，电力系统的结构非常复杂，且其作为对稳定性要求较高的自动化系统，系统的安全稳定运行是其工作的核心，同时也与社会民生的用电安全息息相关。因此，在电力系统中采用新型的科技以及材料，增强电力系统工作时的安全性和稳定性是工作人员关注的重点方向。检修机器人的路径设计必须采取最新的科技及方法，使其可以在各种干扰中依然可以正常工作，通过在站内实践中应用发现，设计最优化的安全路径可以更好地达成检修机器人的工作，实用价值较高，值得在变电站中推广使用。