变电站巡检机器人巡检路线的优化设计

【摘 要】 变电站巡检机器人的工程应用中，巡检路线的设计是整个系统应用中最重要的环节。本文首先论述了变电站巡检机器人系统路线设计依据，既要满足变电站室外设备的全面覆盖和表计识别效果，又要综合考虑机器人本体性能。最后结合500kV贵阳变电站巡检机器人的工程应用，论述了优化充电室位置保证巡检时间合理分配的方法，以及提高220kV区域开关设备分合识别效果、保证500kV区域设备多角度观测、提高主变绕组油温表和呼吸器观测识别效果的优化设计的注意事项。

【关键词】 变电站巡检机器人 巡检路线设计 巡检点位

1 背景

采用变电站巡检机器人技术进行巡检，不但克服了人工巡检存在的一些缺陷，还弥补了人工巡检存在的不足之处，同时还适应了智能变电站和无人值守变电站发展的实际需求，具有非常广阔的发展空间和应用前景。在机器人巡检变电站的工程应用中，变电站巡检机器人巡检路线的设计是整个系统应用中最重要的环节，既要满足变电站室外设备的全面覆盖，又要综合考虑机器人本体性能。本文结合变电站巡检机器人系统在贵阳500kV变电站中的应用，对机器人巡检线路的设计中重要的问题进行了详细的论述。

2 设计依据

2.1 站内巡检设备全面覆盖

整个系统由变电站巡检机器人、 本地监控后台、 远程集控后台、 机器人充电室、 通信基站等部分组成， 能够通过全自主或遥控模式进行变电站巡检作业或远程视频巡视。 机器人检测设备应包含如下，主变压器、电抗器、断路器、隔离开关、电容器、电压互感器、电流互感器、避雷器、设备区箱体、母线及绝缘子等，同时应具备设备本体、套管和接头的温度可生成清晰的红外测温视频图像，设备外观、表计指示、渗漏油等能够生成清晰的可见光视频图像，油位、油温、压力等表计能够智能识别表计油位或者读数。

2.2 机器人性能参数

可见光摄像机上传视频分辨率不小于720x576 ，最小光学变焦倍数20倍；红外热成像仪具备自动对焦功能，分辨率不低于320×240，红外图像为伪彩显示、可显示影像中温度最高点位置及温度值、具有热图数据。

3 巡检路线设计

3.1 充电室位置设计

充电室是机器人的能源补充场所，在考虑充电室位置布置时，应着重考虑以下几点：（1）使充电室位于变电站的中间位置，机器人每次从充电室出发完成单个巡检任务的巡视路程尽量接近，方便后期调试过程中对每个巡视任务进行规划。（2）充电室应避免位于母线正下方，一方面母线本身较强的负荷可能对无线通讯产生一定影响，另一方面在进行充电室安装过程中对还要额外注意施工设备与母线的安全距离，为充电室的安装徒增风险。（3）不应安装在变电站设备预留空间附近，主要是为了避免与变电站后期设备维修以及变电站改建和扩建产生干涉。

3.2 轨道和任务路线设计

轨道是机器人的导航方式，决定着变电站巡检机器人在自动运行过程中的活动范围，在设计时应着重考虑以下几点：（1）确保站内一次设备的全面覆盖，并选择距离设备较近的一侧道路进行。（2）针对站内主道路和电缆盖板要选择合适的轨道的形式来满足机器人运行。针对混凝土浇筑道路和沥青道路要选择合适的施工方式确保机器人轨道在机器人运行期间的导航稳定性。（3）避免与站内主道路上排水盖板等道路设施产生干涉，避免规划新修的辅助道路与站内消防设施的正常取用发生冲突，注意规避设备区域分隔栅栏以及不可损坏站内绿化。（4）出于机器人运行稳定性考虑，轨道要与低抗等强电磁设备预留一定的安全距离，确保设备电磁干扰在机器人自动巡视时不产生影响。（5）能从巡检路径（包括盖板）360°观测设备间隔各检测点。

3.3 巡检点设计

（1）按照巡检路线方向，机器人巡检停靠点应该保证正面拍摄目标设备，且拍摄图片背景尽量简单。（2）每条轨道的巡检点应该统一放置在轨道同一侧。便于后期规划机器人任务时不必往返于同一条道路。（3）设计巡检点时应依据整体任务路线确定，尽量实现机器人蛇形路线穿梭于设备之间，同一条道路尽量不走往返，减少机器人行走路程。根据总体任务路线确定每条道路的巡检点处于道路的一侧。（4）红外巡检点应尽量减少云台转动距离并保证较多的覆盖设备，如果与临近的可见光巡检点运行距离不大于50cm时可以考虑与可见光巡检点合并，但前提是可以覆盖需要测温的一次设备，且待测设备与机器人之间无障碍物遮挡。（5）可见光巡检点应尽量保证正对巡检表计，确保表计与巡检机器人之间没有其他设备遮挡。在可以清楚看到表计的前提下要考虑拍摄表计时的仰角，尽量减小仰角便于提高识别准确率。

4 现场应用

500kV贵阳变电站位于距贵阳市区28公里的白云区沙文乡，海拔1300余米，占地150余亩，是我国西南地区第一座500千伏变电站。现已投运两组容量为50万千伏安和75万千伏安的主变压器，五回500KV出线，十二回220kV出线，出线采用直馈线辐射方式。遵循上节论述的原则，设计巡检路线如图1所示。

（1）充电室布置在主控楼一侧，使每个电压等级区域的巡检时间近似。保证机器人充电和巡检时间合理分配，满足每天全面巡检的要求。（2）220kV区域轨道布置在电缆盖板上，对220kV隔离开关设备进行分合识别。（3）500kV区域每一串两条轨道覆盖三相，优化了开关压力、CT油位的读取，完善设备接线板的多方位观测。（4）主变四周进行了巡检轨道的设计，优化了主变渗漏油，绕组油温表的观测。