變電站無人機(jī)巡檢技術(shù)的發(fā)展探討

引言

變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人分為有軌和無軌兩種。一種是有軌機(jī)器人,需要事先敷設(shè)磁條、安裝RFID定位芯片,用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航及定位。另一種無軌巡檢機(jī)器人無需磁條,依靠智能識(shí)別技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航:相比有軌機(jī)器人,其工程量小,利用現(xiàn)成的巡視道路即可。但是變電站設(shè)備巡檢機(jī)器人在運(yùn)行中仍存在著諸如機(jī)器人經(jīng)常出現(xiàn)點(diǎn)位偏差、表計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)確、測(cè)溫準(zhǔn)確性較低、機(jī)器人機(jī)身笨重、行動(dòng)不靈活、巡視效率低等問題。無人機(jī)技術(shù)是目前非?；馃岬男屡d技術(shù),在電力行業(yè)輸電線路運(yùn)維中,無人機(jī)已經(jīng)能開展大量巡視測(cè)溫工作,顯著提升了工作效率。變電站內(nèi)電場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度較大,設(shè)備分布密集,對(duì)無人機(jī)的抗電磁能力、云臺(tái)穩(wěn)定性及遠(yuǎn)距離拍攝能力要求較高,目前無人機(jī)在變電站內(nèi)的使用是非常罕見的。因此,本文提出新思路、新想法:將無人機(jī)應(yīng)用于變電站巡檢,并探討無人機(jī)應(yīng)用于變電站設(shè)備巡檢作業(yè)方面具備的優(yōu)勢(shì)。

1巡檢機(jī)器人及無人機(jī)的發(fā)展

20世紀(jì)60年代末期,斯坦福研究院開始研究移動(dòng)機(jī)器人,研制出了名為shakey的自主移動(dòng)機(jī)器人。2005年11月,長(zhǎng)青變電站巡檢機(jī)器人樣機(jī)正式投入運(yùn)營(yíng),為無人值守變電站的推廣應(yīng)用提供了創(chuàng)新型的技術(shù)檢測(cè)手段。變電站巡檢機(jī)器人出現(xiàn)的短短十年間,國(guó)內(nèi)外在理論與應(yīng)用研究方面均取得了一定進(jìn)展,巡檢機(jī)器人已經(jīng)在我國(guó)的多個(gè)電站獲得了十分廣泛的應(yīng)用。

無人機(jī)迄今為止經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段:

(1)萌芽期:1935年,"蜂后"式無人機(jī)問世,開始了無人機(jī)的發(fā)展。

(2)發(fā)展期:1982年,以色列首創(chuàng)無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn),同時(shí)無人機(jī)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中大放異彩,引起了各國(guó)軍事高層的重視,開啟了無人機(jī)真正的發(fā)展之路。

(3)蓬勃期:21世紀(jì)初,研制出了迷你無人機(jī),機(jī)型更加小巧,性能更加穩(wěn)定,催發(fā)了民用無人機(jī)的誕生。

目前,將無人機(jī)應(yīng)用于變電站巡檢,需要開發(fā)無人機(jī)自動(dòng)巡檢功能、基于圖像識(shí)別的在線檢測(cè)以及通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量訓(xùn)練的智能診斷系統(tǒng),建立和完善變電站無人機(jī)作業(yè)管理和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。無人機(jī)巡檢可以提升工作效率,代替人工完成各項(xiàng)作業(yè),降低值班員的工作風(fēng)險(xiǎn)。

2巡檢機(jī)器人在運(yùn)行中存在的問題及采用無人機(jī)的優(yōu)勢(shì)

2.1巡檢機(jī)器人機(jī)身笨重,行動(dòng)不靈活,巡視效率低

一座常規(guī)敞開式500kV變電站,全站可見光巡視點(diǎn)位接近6000個(gè),正常情況下分為500kV區(qū)域可見光巡視、主變區(qū)域可見光巡視、220kV區(qū)域可見光巡視及35kV區(qū)域可見光巡視。巡檢機(jī)器人機(jī)身笨重,行動(dòng)不靈活,其正常行駛速度一般為0.5m/s,要做到全站巡視,將要耗費(fèi)大量時(shí)間,巡視效率低。普通無人機(jī)的飛行速度一般為20m/s,在定位導(dǎo)航模式下也可達(dá)到5m/s。無人機(jī)機(jī)身輕盈,飛行靈活,巡視效率將大大提高。

2.2巡檢機(jī)器人偏離預(yù)定設(shè)定路徑

機(jī)器人開始任務(wù)前的位置狀態(tài)存在偏差,在機(jī)器人運(yùn)行過一段時(shí)間后,初始位置狀態(tài)的偏差會(huì)被放大,出現(xiàn)偏離預(yù)定設(shè)定路徑的問題。因偏離預(yù)定設(shè)定路徑,機(jī)器人有可能會(huì):

(1)駛?cè)氲缆愤吘?發(fā)生側(cè)翻,損壞機(jī)器人。

(2)卡在高壓場(chǎng)地某個(gè)角落來回移動(dòng),調(diào)整路徑失敗,直到電池電量耗盡,需要值班員人工推動(dòng)機(jī)器人回到充電室中進(jìn)行充電。

(3)無法正確定位,未能正確拍攝到設(shè)備或儀表,不能完成預(yù)定的巡檢任務(wù)。

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間只能是二維平面模式,而應(yīng)用無人機(jī)將是三維立體模式。無人機(jī)地面基站系統(tǒng)可建立變電站電子地圖,采用三維坐標(biāo)系0XYZ,先選取一個(gè)零坐標(biāo)點(diǎn)(0,0,0),對(duì)變電站的所有設(shè)備巡視點(diǎn)位及飛行空間建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫,無人機(jī)在運(yùn)行過程中,與數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)通信,采用高精度導(dǎo)航定位技術(shù)、視覺導(dǎo)航定位功能進(jìn)行導(dǎo)航。目前的無人機(jī)技術(shù),動(dòng)態(tài)定位精度最高可達(dá)厘米級(jí),理論上可精確地得到變電站內(nèi)任意位置的坐標(biāo)。應(yīng)用無人機(jī)地面基站控制,可設(shè)定無人機(jī)的巡視策略,具體包括巡視周期和一天之中具體的巡視時(shí)間,以及設(shè)定無人機(jī)自主航行的路線。

2.3巡檢機(jī)器人表計(jì)讀數(shù)不準(zhǔn)確

巡檢機(jī)器人的表計(jì)讀數(shù)一般有主變油位、油溫、繞組溫度:斷路器sF6壓力值、開關(guān)動(dòng)作次數(shù):避雷器泄漏電流、動(dòng)作次數(shù):套管、電壓互感器等充油類設(shè)備油位指示等。巡檢機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)行中,由于機(jī)器人鏡頭精度、對(duì)焦、距離和角度等因素,無法對(duì)所拍攝照片中表計(jì)的讀數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別,經(jīng)常誤告警,使得值班運(yùn)維人員花費(fèi)了大量時(shí)間確認(rèn)告警信息。

應(yīng)用無人機(jī),攜帶高分辨率可見光攝像頭,除變電站存在設(shè)備本身的表計(jì)刻度模糊、鏡面臟污等問題外,對(duì)于安裝位置較高的表計(jì),無人機(jī)可以上下調(diào)節(jié)攝像頭高度,還可以遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)與表計(jì)距離,使攝像頭垂直正對(duì)表計(jì),從而避免因?qū)?、距離和角度等因素造成的誤差。

2.4巡檢機(jī)器人紅外測(cè)溫準(zhǔn)確性問題

巡檢機(jī)器人的測(cè)溫準(zhǔn)確性受多方面影響,鏡頭精度、對(duì)焦、距離和角度等都會(huì)影響所測(cè)設(shè)備溫度。《變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)運(yùn)維規(guī)范》中規(guī)定:對(duì)于主變等大型設(shè)備要求360o全覆蓋,如主變本體,要求從正面、背面、左面和右面進(jìn)行巡檢,以確認(rèn)主變無滲漏油、破損、銹蝕,測(cè)溫正常:對(duì)于隔離開關(guān)等柱型設(shè)備,要求進(jìn)行不少于兩個(gè)方向的外觀拍攝和紅外測(cè)溫,以確認(rèn)無歪斜、破損、裂紋、滲漏油,測(cè)溫正常。

但巡檢機(jī)器人是在場(chǎng)地二維平面行駛的,對(duì)于處于高處的設(shè)備,紅外測(cè)溫儀角度上仰,與設(shè)備成一定夾角,其測(cè)溫往往低于設(shè)備實(shí)際溫度,并不準(zhǔn)確。

相比之下,應(yīng)用無人機(jī)可以完美避免這些問題。無人機(jī)紅外測(cè)溫具有三維立體,突破二維空間的限制全方位無死角測(cè)溫,測(cè)溫速度快、范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。搭載紅外成像儀的無人機(jī),熱像儀的熱分布可視化、測(cè)溫等特性能夠有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備發(fā)熱點(diǎn),及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷,保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。應(yīng)用無人機(jī)代替巡檢機(jī)器人,可以按照《變電站智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)運(yùn)維規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定完成測(cè)溫任務(wù)。

3未來變電站巡檢無人機(jī)的發(fā)展

無人機(jī)在輸電線路巡視中的應(yīng)用已經(jīng)有了良好的開端,依照南方電網(wǎng)規(guī)劃,2020年將實(shí)現(xiàn)"機(jī)巡為主,人巡為輔"的智能化、可視化巡檢模式。但無人機(jī)在變電站巡檢方面的應(yīng)用還比較欠缺,還需要在變電站勇于嘗試,推廣變電站無人機(jī)巡檢技術(shù),逐步實(shí)現(xiàn)智能化的巡檢方式。結(jié)合目前無人機(jī)技術(shù)的新發(fā)展,還需開發(fā)無人機(jī)自動(dòng)巡檢功能、基于圖像識(shí)別的在線檢測(cè)以及通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量訓(xùn)練的智能診斷系統(tǒng),以便實(shí)現(xiàn)變電站無人機(jī)巡檢全自動(dòng)、智能化運(yùn)行管控。將來無人機(jī)巡檢技術(shù)成熟,廣泛應(yīng)用于變電站后,可有效推進(jìn)電力環(huán)保、綠色巡檢的進(jìn)程。