变电站智能巡检机器人设计说明书

“小凡”智能机器人设计说明书 一、变电站人工巡检现状分析 1、人工巡检的内容、方式、周期和要求 根据国家电网公司变电站管理规范 、 无人值守变电站管理规范(试行) 、 安徽省电力 公司变电设备管理维护标准的意见和要求，目前，某供电公司集控站巡视管理规定如下： 1.1 变电站设备巡视，分为正常巡视（含交接班巡视） 、全面巡视、熄灯巡视和特殊巡视， 各类巡视应做好记录。 正常巡视(含交接班巡视)：除按照有关要求执行外，有人值守变电站还应严格执行交接班 设备巡视，必须在规定的周期和时间内完成。无人值班变电站：集控站所辖站每日 1 次； 其它集控站所辖站每 2 日 1 次。 熄灯检查： 应检查设备有无电晕、放电、接头有无过热发红现象。有人值班变电站，无人 值班变电站每周均应进行 1 次。 全面巡视（标准化作业巡视）： 应对设备全面的外部检查，对缺陷有无发展作出鉴定，检 查设备的薄弱环节，检查防误闭锁装置，检查接地网及引线是否好。无人值班变电站每月 进行 2 次，上半月和下半月各进行 1 次。 特殊巡视： 应视具体情况而定。下列情况时应进行特殊巡视：大风前、后；雷雨后；冰雪、 冰雹、雾天；设备变动后；设备新投入运行后；设备经过检修、改造或长期停运后重新投 入系统运行后；设备异常情况；设备缺陷有发展时；法定节假日、重要保电任务时段等。 在法定节假日、重要保电任务时段，各无人值班变电站每日至少巡视一次。 1.2 迎峰度夏期间除正常巡视外，增加设备特巡和红外测温。无人值班变电站每日巡视 1 次。 红外测温分为正常红外测温、发热点跟踪测温、特殊保电时期红外测温三种。 正常红外测温周期为各变电站每周不少于一次，晚高峰时段进行。主要针对长期大负荷的 设备；设备负荷有明显增大时；设备存在异常、发热情况，需要进一步分析鉴定；上级有 明确要求时，如：特殊时段保电等。 发热点跟踪测温应根据检测温度、负荷电流、环境温度、气候变化等进行发热值的比对， 分析设备发热点变化，确定发热性质。其周期为有人值守变电站每日 1 次，晚高峰时段进 行。无人值班变电站每个巡视日 1 次或值班长视发热情况每日 1 次。 特殊保电时期、迎峰度夏期间应进行全面测温、重点测温及发热点跟踪测温。 测温记录应记录全面，主要应包含发热设备运行编号、发热部位具体描述、发热点温度、 该台设备其它相相同部位温度（或同类型设备相同部位温度） 、负荷电流大小、测温时间、 天气状况、环境温度等信息。 2、人工巡检有效性分析 变电站值班员进行人工巡检，对运行设备进行感观的简单的定性判断，主要通过看、触、 听、嗅等感官去实现的。人工巡视对设备外部可见、可听、可嗅的缺陷能够发现，例如： 油位、油温、压力、渗漏油、外部损伤、锈蚀、冒烟、着火、异味、异常声音、二次设备 指示信号异常等。 人工巡检受人员的生理、心理素质、责任心、外部工作环境、工作经验、技能技术水平的 影响较大，存在漏巡，漏发现的可能性。且对于设备内部的缺陷，运行人员无专业仪器或 者仪器精确度太低，通过简单的巡视是不能发现的，比如油气试验项目超标，设备特殊部 位发热、绝缘不合格等缺陷；还有一类缺陷只能在操作的过程中才能发现，如机械卡涩、 闸刀分合不到位、闸刀机构箱门损坏等。 另一方面，由于无人值班变电站增多，许多变电站的距离也较远，在站内出现事故或大风、 大雪及雷雨后因集控站无法出车不能及时巡视时，造成集控站值班员不能及时了解现场设 备状态，及时发现隐患，危急电网的安全运行。特别是无法及时了解出现问题的变电站情 况，失去优先安排处理的机会。 巡视人员巡视设备时需要站在离设备较近的地方，对巡视人员的人身安全也有一定的威胁， 特别是在异常现象查看、恶劣天气特巡，事故原因查找时危险性更大。 综上所述，无人值班变电站的人工巡检存在及时性、可靠性差，花费人工较多，存在较大 的交通风险和巡视过程风险，巡视效率低下。 二、变电站设备巡检机器人系统结构组成 “小凡”携带红外热像仪，高清数字摄像机，声音探测器三种电站设备检测装置 ，以自主 和遥控的方式代替人对室外高压设备进行巡检，以便及时发现电力设备的内部热缺陷及外 部机械或电气问题 。例如异物，损伤，发热，漏油等给运行人员提供诊断电力设备运行中 的事故隐患和故障先兆的有关数据。该机器人系统的非接触式移动检测与变电站综合主动 化的接触式监控结合，可以真正形成全监控方式，大大提高变电站设备运行的安全可靠性。 1、机器人系统的整体结构 该机器人的整体结构主要包括基站，移动体控制系统以及由可见光图像摄像机，红外图 像摄像机和声音探测器 等组成的电站设备检测系统三部分。移动体是整个机器人系统的移 动载体和信息采集控制载体，主要包括移动车体，移动体运动控制系统和通信系统。对于 移动体还需要进行有效的监视、控制和管理，为此建立了一个基站。基站与移动体之间通 过无线网桥组成一个无线局域网。可见光图像，红外图像通过视频服务器的视频流数据和 移动体控制系统信息等数据汇集到网络集线器后，经无线网桥，网络集线器一起通过电力 系统内部网络传到运行监控终端，通过连接到电力系统局域网上的计算机可根据访间权限 实时测览变电站设备的可见光和红外视频图像，机器人本身运行情况等相关信息，并且可 以控制机器人移动体的运动等检测系统由红外测温仪和可见光摄像机等装置组成，均安装 在移动体即智能巡检机器人上。该系统可以完成变电站设备外观图像和内部温度信息的采 集和处理考虑到机器人的运行环境。其中机器人采用三轮轮式移动小车 前 2 轮为驱动轮， 由 1 个电机分别驱动，差速转向，后 1 轮为万向轮。机器人外形流畅，直线运动性与转弯 性能好。 2、机器人控制系统 机器人系统主要包括移动体运动控制子系统和工作子系统两大部分，移动体运动控制子系 统硬件由 PC104 主板和 PMAC-104 运动控制卡和电机驱动器组成，主要负责机器人在巡检 过程中的运动行为的控制移动。 3、变电站检测系统 本机器人系统为变电站设备非电气信号的采集提供了一个移动载体平台，在这个平台上可 以搭建不同的检测系统或装置。目前在该平台上搭建了远程在线式红外热像仪系统，可见 光图像采集处理系统，声音采集处理系统。在无人值班变电站一些通过电气信号难以检测 的运行状态，例如变压器漏油，绝缘气体压力变化，火灾和盗窃等可借助机器人所携带的 图像来检测;变压器开关及各种电气接头内部发热可以利用机器人携带的红外热像仪来检测; 变压器等设备的声音异常可以利用声音采集处理系统进行识别。 3.1 远程红外监测与诊断系统 本设计采取在线式红外热成像装置。本系统包括红外图像采集装置，红外图像处理模块， 图像显示，存储，查询和报表生成模块。该诊断系统可根据预先设定的设备温度阈值，自 动进行判断，对超出报警值的设备在基站主控计算机上给出声音和文本报警;借助可见光图 像识别，能判断一些关键设备的内部温度梯度，不但可以形成某一时刻变电站的一些关键 设备的设备温度曲线，也可以生成某一设备在一定历史时间内的时间温度曲线。 3.2 远程图像监测与诊断系统 本系统在无人值守变电站先利用机器人基站系统对移动体发送来的可见光图像进行分析， 只传输分析结果或待进一步确定的图像。首先对采集的图像进行预处理，识别出被监测的 电力设备，通过将该图像与上次采集的图像进行差图像分析、累积图像分析、相关分析、 区域标识、纹理描述和评判等处理。结合对应设备的参数库确定其是何设备。如有畸变发 生则存储结果，向上一级传输及发出告警信号。不再传输的正常图像可由调度员人工远程 调用。这就使信道的传送效率大为提高，而且调度员也不必时刻注视监视屏幕。无人值守 变电站中的电力设备种类繁多，针对关键设备进行远程图像监测和状态诊断并与其他监测 系统相结合使变电站运行的可靠性大为提高。 3.3 远程声音监测与诊断系统 噪声检测子系统是变电站巡检机器人功能的一部分，主要是对变压器的噪声进行采集和分 析。通过机器人携带的声音探测器进行噪声数据采集，并将噪声数据经过无线网传回基站。 本系统主要包括如下 3 个模块 1)噪声采集传输模块，其任务是在巡检机器人上实时采集噪声信号，