基于三维场景、5G 技术、光伏储能的500KV升压站智能巡检机器人的应用研究

摘要：500kV开关站巡检是运行人员日常且重要的一项工作，电厂500kV开关站巡检工作从建厂至今一直是采用“人力”移动式巡回检查,这种传统的巡检方式存在漏检、巡检效率低、巡检质量受制于巡检人员经验等弊端。现在，智能化大型火电厂高压开关站和电网的变电站为了能够更好地把控巡检作业，很多变电站采用了机器人巡检方式,即利用机器人的图像处理功能，对高压电气设备的运行状态和各类数据进行检查和记录，并将数据通过5G通讯技术进行上传，实现500kV开关站电气设备“智能” 辅助 “人力”智能巡检。随着信息化的快速发展，高压开关站机器人巡检方式已逐渐成为电力行业管理创新的主要趋势。

关键词：巡检机器人；高压开关站；5G；三维场景可视化

一 背景与现状

随着“大云物移智”等新一代信息技术与电网运维检修业务的深度融合，大数据、边缘计算、物联网、人工智能等技术在升压站中得到越来越深入的应用。升压站作为发电厂输电端的核心组成部分，其运行的稳定性和连续性得到越来越多的关注，为保障运行质量，管理单位通过巡检工作来对升压站内的仪器设备、温度、气体浓度等进行日常巡检，主要巡检内容包括：设备外观、异常声响、设备渗漏、异常告警等。相关的巡检工作主要由人工巡检来完成。主要存在：

1 恶劣天气数据采集困难，升压站内的设备属于露天设备，受大雨、大风等天气影响，现场巡检人员数据采集困难，容易造成数据缺失。

2 人工读取仪表时，存在主观上的读取误差，且只能观察到此时的状态是否正常，不能对油位、温度等数值进行变化趋势的分析与预判。

3 巡检人员无法实时对站内的设备表面温度、表计的变化、设备的运行状态变化等进行信息采集与照片留存，只有上述的变化进行到一个比较明显的地步，需要人为的进行干预时，才会进行处理，并追溯原因，无法对上述变化进行一个渐变式的数据趋势分析，不利于运维人员对设备设施的全面掌控。

4 检修施工时，监护人与负责人无法对所有工作人员的工作情况进行实时监督查看，对检修作业中存在的不合理、不高效、不规范、不安全的行为无法进行全面监护。

根据项目现场情况分析，结合当前已经快速发展的技术，升压站智能机器人巡检已逐渐成为电力行业管理创新的主要趋势。

二 500KV升压站智能巡检机器人的应用

结合升压站当前现状，以及需要巡检的内容：

1) 开关、隔离开关、接地刀闸分合到位判断；

2) 开关SF6气室压力数据采集；

3) CT油位、油色判断，渗油判断；

4) 线路避雷器泄漏电流和动作次数采集；

5) 开关站各类设备特殊部位热成像、变压器本体及附属设备热成像；

6) 带电设备异物和瓷瓶脏污判断；

7) 就地配电、操作或端子箱柜门开闭判断。

综合以上巡检需求，采用轮式智能巡检机器人方案，此机器人具有精确定位功能、云台双视功能、运行安全避障功能、双向语音、远程视频、无线自主充电技术功能等，可实现轮式巡检机器人依据规划路径，自主巡检、周期巡检，助力运维运检智能化。

精确定位功能：

智能巡检机器人采用激光SLAM技术和视觉定位技术进行导航，调试初期，智能巡检机器人会依据现场实际情况进行点云地图构建，并可根据一定的换算关系映射到三维可视化场景，根据实际巡检需求，智能巡检机器人采用“编码里程计 + 激光定位 + 智能视觉定位”技术实现精确定位，满足升压站现场巡检需求，其巡检的轨迹可实时显示在三维可视化场景中，实现了浸入式巡检。

云台双视功能：

智能巡检机器人能够实现可见光与红外视频图像采集功能，通过预设路线的配置或人为遥控的方式，智能巡检机器人可自动移动到指定位置，控制云台自由转动，拍摄升压站内各种设备高清图像和红外热成像，并将采集到的信息经5G网络送至远程监控平台。 

部分拍摄效果如下图所示：

断路器外观与本体测温(左高清图、右红外图)

站用变压器B面(左高清图、右红外图)

双向语音、远程视频功能：

基于双向可视语音对讲功能，使智能巡检机器人现场作业远程可视监护与指导变成可能，对于日常巡检、施工人员能够起到安全监护与作业指导作用。智能巡检机器人巡检系统针对区域内重要的作业过程，如设备大修、动火作业、动土作业等，可进行全程、全方位视频监控，并能通过双向语音功能进行远程通话，通过远程视频进行作业指导，亦可监督作业现场是否存在违规操作与安全隐患。作业完成后，监督管理人员可通过视频回放功能，对施工过程进行复盘，查找作业中存在的不合理、不高效、不规范、不安全的行为。管理员可以把智能巡检机器人存储的资料作为技术交底与安全监护的教材，能够给监督人员、施工人员或新员工更直观的理解，起到示教和培训的作用。

无线充电技术：

智能巡检机器人具备自主充电功能，智能巡检机器人在执行任务时，下位机时时计算剩余电量是否满足智能巡检机器人自动返航充电，计算满足时，智能巡检机器人持续执行巡检任务；计算不满足时，智能巡检机器人自主返回充电室进行自主充电。

智能巡检机器人充电采用无线充电技术，具备自动及手动充电模式，能避免有线充电方式由于触点接触不良、触点无法充电等可能带来的打火、短路等安全风险。无线充电为非接触式，充电装置防护等级高，采用先进的磁感应技术，高功率传输，充电转化效率高，充电控制智能化，在升压站环境下应用更安全、更可靠。

智能巡检机器人具有移动、巡检、对话、辅助视频等功能，可实现对升压站内相关设备的日常可视化、智能化、可回溯化的巡检。

三 智能巡检机器人的应用创新

5G技术创新应用

本项目通过引入轮式智能巡检机器人，结合5G电厂建设需求，对轮式智能巡检机器人进行了5G化改造，改造成5G智能化巡检机器人。平圩电厂为5G示范电厂，独立规划建设了3座5G基站，实现全厂区内的5G通讯。借助于5G技术的高带宽、低延时的特性，智能监控平台可实时秒查看巡检机器人拍摄的可见光图片和红外视频等，巡检视频流通过5G技术快速传输到监控平台，最快上传速率达到40Mbps，结合智能监控平台的AI智能分析算法，实现巡检结果秒分析，借助5G技术实现巡检结果更精准。

三维场景可视化

结合平圩电厂正在创建的“一座厂，一张图”的智慧电厂可视化系统，升压站巡检机器人率先应用三维场景，构造起“物理空间”与“数字空间”的智慧化应用联动。

通过升压站三维可视化平台建设，以三维立体的方式进行智慧管理以及提供包含智能巡检机器人在内的一系列基础静态数据。

通过三维可视化平台实现对巡检机器人等多种类前端工具及采集数据的综合管理，在满足日常巡检需求的基础上，实现智能巡视系统数据的共融互通；依托一体化智能监控平台进行数据挖掘分析和趋势预测，实现各巡检业务的数字化、标准化、智能化管理，为构建智能升压站新型运维生态提供坚实基础。

通过建设升压站三维平台体系，以升压站数据采集、运维展示为主，与多个前端工具的数据集成，实现业务数据融合，消除信息孤岛，提高升压站运维数据多维度协同，实现管理员身临其境的对象化互动化管理，一站式访问、调用、变更管理、提高数据的可用性、完整性和准确性，满足升压站业务应用需求。

通过可视化运行监控，实现对智能巡检机器人与三维模型进行数据关联及展示；通过场景流程展示，全面立体展现了升压站全区域机器人的巡检路线及巡检数据；通过设备三维互动，针对升压站的关键设备，如主变压器、断路器、隔离开关、避雷器的巡检数据进行结构分解、细节展示与部件说明；基于多视角模式，可实现上帝视角鸟瞰、第一人称视角模式等；通过资源管理系统，可实时查看并管理升压站设备、智能巡检机器人本体、充电房等资源模型库。

光伏储能供电

智能巡检机器人充电方式采用光伏储能方式为主，备用电源为辅。其中光伏储能蓄电池日均存储容量不低于两台巡检机器人日均用电量。光伏储能充电方式采用光伏发电——逆变一体机——蓄电池组的模式，选用功率适当的光伏太阳能板和储能蓄电池组，并安装于充电房顶等区域，完全满足智能巡检机器人日常巡检的供电需求。

四 创新意义

立足升压站智能化管理和安全运行的实际情况，结合智能巡检机器人、三维场景可视化平台、5G通讯技术、光伏储能等场景，打造了一个“数字化”、“智能化”、“绿色清洁”的一体化智能巡检新模式。通过此模式的探索，解决了巡检机器人系统相对孤立的问题，三维场景的立体化和数字化，为打造数字化电厂提供了前期的有益探索。结合5G通讯技术，实现了大流量、高数据量的即时通讯，为5G技术深入融入电力行业进行了有益的探索和尝试。基于光伏储能技术的广泛应用和推广，为打造绿色清洁能源进行了有益探索，为“碳达峰、碳中和”做出了重要尝试。

通过智能巡检机器人的应用和推广，可以更全面的改善和提高升压站等场所的智能化巡检，可以：

1 促进巡检工作管理水平的提高，通过智能巡检机器人为载体，结合固定式感知设备，实现了巡检工作的数字化和智能化，加强了巡检到位率、提高了巡检覆盖率、降低了漏检率。

2 促进巡检工作管理体制的建设和改进。通过智能化设备的应用和信息化水段的提高，进一步促进升压站的工作管理制度的建立和健全。

3 促进状态检修相关的数据资源的开发利用。数字化是未来厂区发展的必然阶段，以设备信息状态为载体的数据，通过大数据算法的挖掘和分析，可以实现设备状态的监测、诊断、评估以及检修等，可慢慢实现预防性、预知性检修。

参考文献：

[1] 叶海峰. 基于变电站三维实景的机器人特训平台[J]. 科技创新导报, 2018, 2018.01.082

[2] 毛琛琳. 智能机器人巡检系统在变电站中的应用[J]. 电网与清洁能源 2009,25(9):30-32.

作者简介：任宪桥，男，吉林四平，汉，工程师，研究方向：从事电厂的运行分析、控制及监测、故障诊断、节能分析和智能化研究与应用等工作；