變電站智能巡檢機器人.doc

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正常巡視(含交接班巡視)：除按照有關(guān)要求執(zhí)行外，有人值守變電站還應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行交接班設(shè)備巡視，必須在規(guī)定的周期和時間內(nèi)完成。無人值班變電站：集控站所轄站每日1次；其它集控站所轄站每2日1次。 熄燈檢查： 應(yīng)檢查設(shè)備有無電暈、放電、接頭有無過熱發(fā)紅現(xiàn)象。有人值班變電站，無人值班變電站每周均應(yīng)進行1次。 全面巡視（標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)巡視）： 應(yīng)對設(shè)備全面的外部檢查，對缺陷有無發(fā)展作出鑒定，檢查設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，檢查防誤閉鎖裝置，檢查接地網(wǎng)及引線是否好。無人值班變電站每月進行2次，上半月和下半月各進行1次。 特殊巡視： 應(yīng)視具體情況而定。下列情況時應(yīng)進行特殊巡視：大風(fēng)前、后；雷雨后；冰雪、冰雹、霧天；設(shè)備變動后；設(shè)備新投入運行后；設(shè)備經(jīng)過檢修、改造或長期停運后重新投入系統(tǒng)運行后；設(shè)備異常情況；設(shè)備缺陷有發(fā)展時；法定節(jié)假日、重要保電任務(wù)時段等。在法定節(jié)假日、重要保電任務(wù)時段，各無人值班變電站每日至少巡視一次。 1.2、變電站巡檢內(nèi)容 迎峰度夏期間除正常巡視外，增加設(shè)備特巡和紅外測溫。無人值班變電站每日巡視1次。紅外測溫分為正常紅外測溫、發(fā)熱點跟蹤測溫、特殊保電時期紅外測溫三種。 正常紅外測溫周期為各變電站每周不少于一次，晚高峰時段進行。主要針對長期大負(fù)荷的設(shè)備；設(shè)備負(fù)荷有明顯增大時；設(shè)備存在異常、發(fā)熱情況，需要進一步分析鑒定；上級有明確要求時，如：特殊時段保電等。 發(fā)熱點跟蹤測溫應(yīng)根據(jù)檢測溫度、負(fù)荷電流、環(huán)境溫度、氣候變化等進行發(fā)熱值的比對，分析設(shè)備發(fā)熱點變化，確定發(fā)熱性質(zhì)。其周期為有人值守變電站每日1次，晚高峰時段進行。無人值班變電站每個巡視日1次或值班長視發(fā)熱情況每日1次。 特殊保電時期、迎峰度夏期間應(yīng)進行全面測溫、重點測溫及發(fā)熱點跟蹤測溫。 測溫記錄應(yīng)記錄全面，主要應(yīng)包含發(fā)熱設(shè)備運行編號、發(fā)熱部位具體描述、發(fā)熱點溫度、該臺設(shè)備其它相相同部位溫度（或同類型設(shè)備相同部位溫度）、負(fù)荷電流大小、測溫時間、天氣狀況、環(huán)境溫度等信息。 1.3、人工巡檢有效性分析 變電站值班員進行人工巡檢，對運行設(shè)備進行感觀的簡單的定性判斷，主要通過看、觸、聽、嗅等感官去實現(xiàn)的。人工巡視對設(shè)備外部可見、可聽、可嗅的缺陷能夠發(fā)現(xiàn)，例如：油位、油溫、壓力、滲漏油、外部損傷、銹蝕、冒煙、著火、異味、異常聲音、二次設(shè)備指示信號異常等。 人工巡檢受人員的生理、心理素質(zhì)、責(zé)任心、外部工作環(huán)境、工作經(jīng)驗、技能技術(shù)水平的影響較大，存在漏巡，漏發(fā)現(xiàn)的可能性。且對于設(shè)備內(nèi)部的缺陷，運行人員無專業(yè)儀器或者儀器精確度太低，通過簡單的巡視是不能發(fā)現(xiàn)的，比如油氣試驗項目超標(biāo)，設(shè)備特殊部位發(fā)熱、絕緣不合格等缺陷；還有一類缺陷只能在操作的過程中才能發(fā)現(xiàn)，如機械卡澀、閘刀分合不到位、閘刀機構(gòu)箱門損壞等。 另一方面，由于無人值班變電站增多，許多變電站的距離也較遠，在站內(nèi)出現(xiàn)事故或大風(fēng)、大雪及雷雨后因集控站無法出車不能及時巡視時，造成集控站值班員不能及時了解現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)隱患，危急電網(wǎng)的安全運行。特別是無法及時了解出現(xiàn)問題的變電站情況，失去優(yōu)先安排處理的機會。 巡視人員巡視設(shè)備時需要站在離設(shè)備較近的地方，對巡視人員的人身安全也有一定的威脅，特別是在異常現(xiàn)象查看、惡劣天氣特巡，事故原因查找時危險性更大。 綜上所述，無人值班變電站的人工巡檢存在及時性、可靠性差，花費人工較多，存在較大的交通風(fēng)險和巡視過程風(fēng)險，巡視效率低下。 2、 系統(tǒng)設(shè)計 2.1、整體結(jié)構(gòu) 變電站巡檢機器人的整體結(jié)構(gòu)主要包括基站，移動體控制系統(tǒng)以及由可見光圖像攝像機，紅外圖像攝像機和聲音探測器 等組成的電站設(shè)備檢測系統(tǒng)三部分。移動體是整個機器人系統(tǒng)的移動載體和信息采集控制載體，主要包括移動車體，移動體運動控制系統(tǒng)和通信系統(tǒng)。對于移動體還需要進行有效的監(jiān)視、控制和管理，為此建立了一個基站?；九c移動體之間通過無線網(wǎng)橋組成一個無線局域網(wǎng)。可見光圖像，紅外圖像通過視頻服務(wù)器的視頻流數(shù)據(jù)和移動體控制系統(tǒng)信息等數(shù)據(jù)匯集到網(wǎng)絡(luò)集線器后，經(jīng)無線網(wǎng)橋，網(wǎng)絡(luò)集線器一起通過電力系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳到運行監(jiān)控終端，通過連接到電力系統(tǒng)局域網(wǎng)上的計算機可根據(jù)訪間權(quán)限實時測覽變電站設(shè)備的可見光和紅外視頻圖像，機器人本身運行情況等相關(guān)信息，并且可以控制機器人移動體的運動等檢測系統(tǒng)由紅外測溫儀和可見光攝像機等裝置組成，均安裝在移動體即智能巡檢機器人上。該系統(tǒng)可以完成變電站設(shè)備外觀圖像和內(nèi)部溫度信息的采集和處理考慮到機器人的運行環(huán)境。其中機器人采用三輪輪式移動小車 前2輪為驅(qū)動輪，由1個電機分別驅(qū)動，差速轉(zhuǎn)向，后2輪為方向輪。機器人外形流暢，直線運動性與轉(zhuǎn)彎性能好。 2.2、機器人控制系統(tǒng) 機器人系統(tǒng)主要包括移動體運動控制子系統(tǒng)和工作子系統(tǒng)兩大部分，移動體運動控制子系統(tǒng)硬件由PC104主板和PMAC-104運動控制卡和電機驅(qū)動器組成，主要負(fù)責(zé)機器人在巡檢過程中的運動行為的控制移動。 2.3、變電站檢測系統(tǒng) 本機器人系統(tǒng)為變電站設(shè)備非電氣信號的采集提供了一個移動載體平臺，在這個平臺上可以搭建不同的檢測系統(tǒng)或裝置。目前在該平臺上搭建了遠程在線式紅外熱像儀系統(tǒng)，可見光圖像采集處理系統(tǒng)，聲音采集處理系統(tǒng)。在無人值班變電站一些通過電氣信號難以檢測的運行狀態(tài)，例如變壓器漏油，絕緣氣體壓力變化，火災(zāi)和盜竊等可借助機器人所攜帶的圖像來檢測;變壓器開關(guān)及各種電氣接頭內(nèi)部發(fā)熱可以利用機器人攜帶的紅外熱像儀來檢測;變壓器等設(shè)備的聲音異?？梢岳寐曇舨杉幚硐到y(tǒng)進行識別。 2.3、遠程紅外監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 本設(shè)計采取在線式紅外熱成像裝置。本系統(tǒng)包括紅外圖像采集裝置，紅外圖像處理模塊，圖像顯示，存儲，查詢和報表生成模塊。該診斷系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的設(shè)備溫度閾值，自動進行判斷，對超出報警值的設(shè)備在基站主控計算機上給出聲音和文本報警;借助可見光圖像識別，能判斷一些關(guān)鍵設(shè)備的內(nèi)部溫度梯度，不但可以形成某一時刻變電站的一些關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)備溫度曲線，也可以生成某一設(shè)備在一定歷史時間內(nèi)的時間—溫度曲線。 2.4、遠程圖像監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 本系統(tǒng)在無人值守變電站先利用機器人基站系統(tǒng)對移動體發(fā)送來的可見光圖像進行分析，只傳輸分析結(jié)果或待進一步確定的圖像。首先對采集的圖像進行預(yù)處理，識別出被監(jiān)測的電力設(shè)備，通過將該圖像與上次采集的圖像進行差圖像分析、累積圖像分析、相關(guān)分析、區(qū)域標(biāo)識、紋理描述和評判等處理。結(jié)合對應(yīng)設(shè)備的參數(shù)庫確定其是何設(shè)備。如有畸變發(fā)生則存儲結(jié)果，向上一級傳輸及發(fā)出告警信號。不再傳輸?shù)恼D像可由調(diào)度員人工遠程調(diào)用。這就使信道的傳送效率大為提高，而且調(diào)度員也不必時刻注視監(jiān)視屏幕。無人值守變電站中的電力設(shè)備種類繁多，針對關(guān)鍵設(shè)備進行遠程圖像監(jiān)測和狀態(tài)診斷并與其他監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合使變電站運行的可靠性大為提高。 2.5、遠程聲音監(jiān)測與診斷系統(tǒng) 噪聲檢測子系統(tǒng)是變電站巡檢機器人功能的一部分，主要是對變壓器的噪聲進行采集和分析。通過機器人攜帶的聲音探測器進行噪聲數(shù)據(jù)采集，并將噪聲數(shù)據(jù)經(jīng)過無線網(wǎng)傳回基站。 本系統(tǒng)主要包括如下3個模塊 1)噪聲采集傳輸模塊，其任務(wù)是在巡檢機器人上實時采集噪聲信號，經(jīng)過適當(dāng)?shù)膲嚎s，通過無線網(wǎng)橋傳送回總控制端計算機。 O2)噪聲信號檢測模塊，其任務(wù)是將移動巡檢機器人傳回的噪聲與以往的數(shù)據(jù)進行比較，判斷變壓器工作是否正常，如果出現(xiàn)異常，判斷是何種異常。 3)用戶交互模塊，其任務(wù)是根據(jù)檢測的最終結(jié)果給出提示信息或者交互方式，輔助工作人員完成儀表檢測監(jiān)控的任務(wù)，并可根據(jù)工作人員的需要檢測通過其他途徑錄制的噪聲數(shù)據(jù)。 三、基本性能 3.1、外觀質(zhì)量 機器人的外觀質(zhì)量應(yīng)滿足：整機外觀美觀整潔，整機結(jié)構(gòu)堅固，所有連接件、緊固件應(yīng)有防松措施，電機、支架等可更換部件應(yīng)有一一對應(yīng)的明顯標(biāo)識；外殼表面應(yīng)有保護涂層或防腐設(shè)計，不應(yīng)有傷痕、毛刺等其他缺陷；外殼應(yīng)采取必要的防靜電及防電磁場干擾措施；外殼和電器部件的外殼均不應(yīng)帶電；機器人本體重量（包括電池）不超過100kg。 3.2、可見光及紅外成像質(zhì)量 可見光攝像機上傳視頻分辨率不小于高清1080P；可見光最小光學(xué)變焦倍數(shù)30倍；紅外攝像頭具備自動對焦功能，熱成像儀分辨率不低于320*240；紅外圖像為偽彩顯示、可顯示影像中溫度最高點位置及溫度值、具有熱圖數(shù)據(jù)。 3.3、運動功能 1）具備自主導(dǎo)航功能；前后方向和左右方向的重復(fù)導(dǎo)航定位誤差不大于±10mm，在1m/s的運動速度下，最小制動距離不大于0.5m。 2）具備防碰撞功能，應(yīng)具有障礙物檢測功能，在行走過程中如遇到障礙物應(yīng)及時停止，障礙物移除后應(yīng)能恢復(fù)行走。 3）具備越障能力，最小越障高度為5cm。 4）具備涉水功能，最小涉水深度為100mm。 5）具備爬坡能力，爬坡能力應(yīng)不小于15°。 6）最小轉(zhuǎn)彎直徑應(yīng)不大于其本身長度的2倍。 7）電池供電一次充電續(xù)航能力不小于5h，續(xù)航時間內(nèi)，機器人應(yīng)穩(wěn)定、可靠工作。 8）應(yīng)具備俯仰和水平兩個旋轉(zhuǎn)自由度：垂直范圍0°～+90°，水平范圍+180°～-180°；機器人云臺視場范圍內(nèi)始終不受本體任何部位遮擋影響。 3.4、自主充電功能 機器人應(yīng)具備自主充電功能，電池電量不足時能夠自動返回充電室，能夠與充電室內(nèi)充電設(shè)備配合完成自主充電。 3.5、對講與喊話功能 應(yīng)具備雙向語音傳輸功能。 3.6、巡檢方式設(shè)置和切換 巡檢系統(tǒng)應(yīng)包括全自主巡檢及人工遙控巡檢兩種功能，全自主巡檢又包括例行和特巡兩種方式。全自主巡檢與人工遙控巡檢能可自由無縫切換，具體功能如下：（1）例行巡檢與人工遙控巡檢切換。支持例行巡檢與人工遙控巡檢自由無縫切換，切換過程中，智能機器人巡檢系統(tǒng)的巡檢狀態(tài)和巡檢姿態(tài)不發(fā)生明顯變化。（2）特巡與人工遙控巡檢切換。支持特巡與人工遙控巡檢切換，切換過程中，智能機器人巡檢系統(tǒng)的巡檢狀態(tài)和巡檢姿態(tài)不發(fā)生明顯變化。 機器人在接收到特巡任務(wù)命令時，應(yīng)立即停止正在執(zhí)行的巡檢任務(wù)，自動尋找最短路徑，以最短時間到達巡檢點進行巡檢。 具備一鍵返航功能：不論智能機器人巡檢系統(tǒng)處于何種工作狀態(tài)，只要啟動一鍵返航功能，智能機器人巡檢系統(tǒng)應(yīng)中止當(dāng)前任務(wù)，按預(yù)先設(shè)定的策略安全返航。 具備鏈路中斷返航功能：不論智能機器人巡檢系統(tǒng)處于何種工作行狀態(tài)，只要遙測遙控信號出現(xiàn)中斷，智能機器人巡檢系統(tǒng)應(yīng)按預(yù)先設(shè)定的策略返航。 3.7、自檢功能 整機自檢項目應(yīng)至少包含：遙控遙測信號，電池模塊、驅(qū)動模塊、檢測設(shè)備；以上任一部件（模塊）故障，均能在本地監(jiān)控后臺（或）手柄上以明顯的聲（光）進行報警提示，并能上傳故障信息；根據(jù)報警提示，能直接確定故障的部件（或模塊）。 3.8、智能報警功能 巡檢系統(tǒng)應(yīng)具備以下智能報警功能： 1）機器人本體故障報警：電池電源、驅(qū)動模塊、檢測設(shè)備、遙控遙測信號。 2）熱型缺陷或故障分析、三相設(shè)備溫度溫差分析、各類表計及油位計拍照讀取識別，執(zhí)行設(shè)備分合狀態(tài)識別等各類狀態(tài)自主分析判斷，并報警。 四、巡檢能力 4.1、變電站區(qū)域表計和分合指示（執(zhí)行機構(gòu)）識別準(zhǔn)確度 機器人能夠?qū)ψ冸娬緟^(qū)域表計和分合指示（執(zhí)行機構(gòu)）進行數(shù)據(jù)讀取，自動判斷和數(shù)字識別，誤差小于±5%。 4.2、紅外測溫準(zhǔn)確度 機器人能對模擬的測溫點進行紅外測溫，將機器人測量值與紅外測溫儀的測量值進行比較，誤差小于±5%。 五、監(jiān)控后臺功能 5.1、監(jiān)控后臺軟件總體功能 后臺功能是否齊全 監(jiān)控后臺應(yīng)至少包括實時監(jiān)視、機器人實時狀態(tài)控制、機器人巡視任務(wù)管理、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、系統(tǒng)互聯(lián)、系統(tǒng)配置六個功能模塊。 界面操作友好性 系統(tǒng)軟件人機界面友好、操作方便，信息顯示清晰直觀。 5.2、實時監(jiān)視功能 系統(tǒng)后臺實時監(jiān)視應(yīng)實現(xiàn)實時監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備信息，機器人本體狀態(tài)以及現(xiàn)場環(huán)境等功能。 監(jiān)控后臺應(yīng)能實時采集顯示現(xiàn)場設(shè)備可見光圖像（包括表計讀數(shù)、注油設(shè)備油位、設(shè)備位置狀態(tài)、設(shè)備外觀）、紅外圖像、設(shè)備噪聲等信息。在傳輸距離1km處，傳輸功能正常；支持視頻的播放、停止、抓圖、錄像、全屏顯示等功能；支持音頻信息的錄制、回放和可視化展示，展示內(nèi)容包括聲音波形信息等。應(yīng)能夠?qū)崟r監(jiān)視機器人自身狀態(tài)，包括監(jiān)視機器人的控制模式、當(dāng)前位置、巡檢軌跡、機內(nèi)溫度、機器人當(dāng)前運動速度、當(dāng)前云臺的水平和垂直位置以及相機當(dāng)前倍數(shù)、電池狀態(tài)等信息。應(yīng)能夠?qū)崟r監(jiān)視現(xiàn)場環(huán)境，包括設(shè)備現(xiàn)場的濕度、溫度、風(fēng)速等信息。應(yīng)能根據(jù)告警閾值自動進行數(shù)據(jù)分析并告警。告警信息應(yīng)長時報警提示，并支持人工或自動復(fù)歸。具備通信告警功能，在通信中斷、接收的報文內(nèi)容異常等情況下，上送告警信息。 5.3、機器人實時狀態(tài)控制 系統(tǒng)對機器人控制模式分為：全自主、人工遙控兩種模式。操作后臺應(yīng)提供全自主和人工遙控兩種指令下發(fā)，要求機器人可自由無縫切換。 監(jiān)控后臺應(yīng)實現(xiàn)控制機器人云臺上、下、左、右轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)攝像機位置，控制機器人前進、后退、轉(zhuǎn)向，對設(shè)備存在的故障或者異常點位進行確認(rèn)；支持可見光相機變倍和自動聚焦，支持熱成像自動和手動聚焦；支持外置補光燈控制、雨刷控制；支持一鍵返航命令發(fā)送。 5.4、機器人巡視任務(wù)管理功能 機器人巡視任務(wù)管理界面要包括巡視計劃日歷和任務(wù)配置兩大塊。巡視計劃能以日歷的形式展示任務(wù)安排情況；可以在任務(wù)配置界面編輯巡視任務(wù)、制定巡視計劃和下發(fā)巡視任務(wù)。 任務(wù)配置可根據(jù)巡視類型（例行巡視、全面巡視、專項巡視、特殊巡視等）、設(shè)備區(qū)域、間隔名稱、設(shè)備類型進行組合篩選，其中專項巡視應(yīng)按照避雷器表計、SF6表計、液壓表計、紅外測溫、噪音檢測、油位、位置狀態(tài)等進行詳細(xì)分類。 5.5、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計 數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計應(yīng)包括巡檢點位數(shù)據(jù)查詢、告警信息查詢、巡檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計和缺陷異常分析等內(nèi)容。所有報表、報告具備查詢、打印、導(dǎo)出等功能，導(dǎo)出功能支持excel或者word格式。對溫度、壓力等模擬量提供歷史曲線展示功能。 巡檢點查詢是基于單個巡檢點而非針對巡視任務(wù)的一種巡視數(shù)據(jù)查詢方式，通過選擇巡檢點顯示該巡檢點的詳細(xì)歷史信息。具備查詢設(shè)定時間內(nèi)的巡檢點歷史信息功能，支持對巡檢點進行模糊查詢，可顯示查詢點位總數(shù)、可見光信息、紅外數(shù)據(jù)信息、歷史曲線、歷史存儲數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)應(yīng)能在每一個巡視任務(wù)結(jié)束后，自動生成巡視任務(wù)報表。巡視任務(wù)報表查詢具備設(shè)定時間內(nèi)的巡視任務(wù)查詢功能，支持以時間、巡視類型、任務(wù)名稱進行組合篩選。 告警信息查詢應(yīng)包括現(xiàn)場設(shè)備告警信息與機器人本體告警信息查詢兩個功能模塊。現(xiàn)場設(shè)備告警信息查詢要具備查詢設(shè)定時間內(nèi)的歷史告警信息功能，支持對告警信息的設(shè)備區(qū)域、間隔名稱、設(shè)備類型、檢測類型、告警等級、檢測時間段等進行組合篩選。 機器人本體告警信息查詢具備查詢設(shè)定時間內(nèi)的歷史告警信息功能，支持對告警信息的告警類型進行篩選。 每次巡視任務(wù)完畢后，對當(dāng)次巡視的結(jié)果和過程中發(fā)現(xiàn)的問題，即各類告警信息，自動生成異常缺陷報表。異常報告具備設(shè)定時間內(nèi)的巡視任務(wù)查詢功能，支持以檢測類型、設(shè)備區(qū)域、間隔名稱、設(shè)備類型、告警等級等進行組合篩選。 5.6、電子地圖功能 系統(tǒng)能提供二維電子地圖或三維電子地圖功能，實時顯示機器人在電子地圖上的位置，可實時記錄、下傳并在本地監(jiān)控后臺上顯示智能巡檢機器人的工作狀態(tài)、巡檢路線等信息，并可導(dǎo)出。電子地圖上可根據(jù)任務(wù)標(biāo)定機器人巡視路線軌跡，在任務(wù)中應(yīng)實時反映任務(wù)進度。 15 .