点评变电站智能巡检机器人
机器人可根据需求携带各类检测仪器，依照预先设定好的任务自动开展工作，受环境、气候以及作业时间的影响较小。因此，为了能够实时掌握现场设备的运行情况，减轻变电运维人员的巡视任务，机器人逐步应用于变电站，与人工巡视相结合开展变电站巡检工作，从而达到减轻变电运维人员巡视任务，提高巡视效率的目的。
机器人的种类
机器人一般用于常规AIS变电站，分为有轨和无轨两种。
有轨机器人需要在机器人道路上预先敷设磁条并安装RFID定位芯片，用于对机器人进行导航及定位，其前期工程量较大，同时磁条和RFID定位芯片的损坏将造成机器人无法正常执行任务。但在当前技术前提下，该类机器人在运行的稳定性和定位的准确性上优于无轨机器人。
无轨机器人导航无需磁条，而是依靠智能识别技术，因此在巡视路线的选择上局限性较小。但其精确性易受环境的影响，会造成机器人识别出错而使得巡检任务中断。但随着智能识别技术的发展，无轨机器人必然是今后的发展方向。
目前，变电站机器人一般配备两类镜头：可见光镜头、红外镜头，用于实现可见光和红外照片的拍摄。相应地，机器人的功能主要体现在两个方面：可见光巡检和红外测温。
用户可以根据实际情况，基于机器人监控平台对机器人的功能进行拓展，依托于机器人实现更多功能，例如保护运行情况及压板状态监视、端子箱温湿度智能控制等。
可见光巡检
可见光巡检的内容主要包括：站内一次设备的外观、状态指示和表计读数。
（1）设备外观
充油类设备无渗漏油，套管瓷瓶无破损裂纹，引线接头无松动，端子箱、机构箱密封良好等。
电流互感器外观巡视
断路器外观巡视
（2）状态指示
状态指示主要是指开关、闸刀、接地闸刀分合位置，开关储能指示，以及主变呼吸器受潮变色情况等。
闸刀分合闸状态巡视
断路器储能状态巡视
（3）表计读数
表计读数主要包括避雷器泄漏电流、动作次数，充油类设备油位指示，变压器温度表读数，开关SF6压力表、液压机构压力表等。
避雷器泄露电流巡视
电流互感器油位巡视
主变油位巡视
断路器SF6压力巡视
红外测温
相信生产一线的运维人员对于红外测温并不陌生，对于常规AIS站来说，要对全站进行一次红外普测大约需要三四个小时。迎峰度夏期间，高温大负荷将使得设备发热情况加剧，因此除了需对全站设备进行普测外，还需要对重点设备和存在发热缺陷的设备进行跟踪测温。此时，机器人的功能将得到全面体现。
红外测温的内容主要包括：设备本体、套管瓷瓶、导电臂、引流线、引线接头、末屏等易发热处。
闸刀发热巡视
导线发热巡视
机器人存在的问题
虽然机器人有着诸多优点，但在目前科技水平下，机器人在运行过程中存在着较多问题，这也是各地市公司对机器人并不感冒的主要原因。机器人的问题主变体现在两个方面：技术标准和机器人技术。
技术标准
由于机器人目前还处于试运行阶段，电网公司对于机器人各方面的规章制度还不够完善，使得机器人在检测、验收及运维工作等方面缺乏指导，尤其是在机器人巡检点位的设置上缺乏明确的规定，对机器人的使用和推广带来一定阻碍。
2016年12月份，电网公司针对机器人出台了5个规范文件《变电站智能机器人巡检系统技术规范第1部分：变电站智能巡检机器人》、《变电站智能机器人巡检系统技术规范第2部分：监控系统》、《变电站智能机器人巡检系统检测规范》、《变电站智能机器人巡检系统验收规范》、《变电站智能机器人巡检系统运维规范》，从机器人本身、机器人监控系统、机器人检测、机器人验收和机器人运维等5个方面进行了规范。
其中《变电站智能机器人巡检系统运维规范》中对机器人巡检项目作了明确规定，对油浸式变压器、断路器、隔离开关等28类设备的巡视点位以及巡检项目进行了详细规定，为机器人巡检点位的设置提供了依据。
机器人技术
除了标准不够完善外，机器人技术是当前变电站机器人应用的重要阻碍。
（1）机器人本体
机器人属于精密仪器，长期运行于室外环境对其内部元件的寿命影响较大，尤其是可见光镜头、红外镜头、通信装置和电池等方面。
（2）点位识别
无论是有轨机器人还是无轨机器人，其在巡视过程中对点位的识别还需进一步提高。经过一段时间的运行后，机器人经常出现点位偏差的情况，无法正确定位需要拍摄的设备或仪表。因此，需要对机器人巡视点位进行定期维护，以确保机器人的正常运行，无形中加重了厂家及运维人员的工作量。
同时，无轨机器人巡视时的导航也靠智能识别技术，识别精度的选择也是目前的一个难点，过高过低都会影响机器人的正常运行。
点位识别错误
设备定位误差较大
（3）可见光识别
前面介绍过，机器人可见光巡检中包括表计读数，而实际运行中会发现，机器人表计读数的正确性很难保证，会大面积误报警。一方面与现场设备状态有关，例如表计玻璃脏污、互感器油位较难观测等；另一方面是机器人识别技术的不完善，无法对所拍摄照片中表计的读数进行准确识别。这就导致机器人的可见光巡检形同虚设，并没有减轻运维人员的工作量。
避雷器动作次数识别错误
断路器SF6压力误报警
（4）测温准确性
红外测温受多方面影响，镜头精度、对焦、距离和角度等都会影响所测设备温度。
虽然《变电站智能机器人巡检系统运维规范》中规定：对于主变等大型设备要求360°全覆盖，如主变本体，要求从正面、背面、左面和右面进行巡检，以确认主变无渗漏油、破损、锈蚀，测温正常；对于隔离开关等柱型设备，要求进行不少于2个方向的外观拍摄和红外测温，以确认无歪斜、破损、裂纹、渗漏油，测温正常。但机器人在距离和角度上无法做到连续调节，其测温往往低于设备实际温度，不利于运维人员对于设备发热程度的判断。目前的做法一般是机器人检测到设备发热后，由运维人员到现场进行实测核实，进而对发热情况进行定性。返回搜狐，查看更多
电力巡检机器人最新应用案例及其中的传感器技术
我们知道，巡检机器人可通过装载的各类传感器，有效监测烟雾、有害气体、温湿度等，并且可在无人值守的变电站、地下管廊、地铁隧道等场所进行自动巡检。相比传统人工维护，巡检机器人可以到达人类不适合去的地方，可更及时发现问题，快速解决问题，降低运维成本。
变电站电力巡检机器人，资料图
在输电系统运维工作中，输电线路传统的巡检方式，是运维人员到现场仔细地对每一基杆塔进行缺陷排查，及时发现运行隐患，这对输电线路运维人员来说是一项十分重要且繁琐的工作。而采用智能巡检机器人高精度巡检，则可防止巡检机器人误入带电区域，保证巡检作业安全性的同时，还可有效提高工作效率。
比如，巡检机器人身上通常会搭载有烟雾、气体传感器，当巡检现场有烟雾产生时，移动巡检装置机器人现场和上位机同时报警；由于设备运转过程中的故障点会存在局部温度过高的现象，因此，机器人需要搭载红外温度传感器，才能快速检测发现损坏设备的位置；巡检机器人上还会通过搭载甲烷等非常规气体传感器，来对现场空气环境进行监测。
4月26日，江苏南京溧水区110千伏南门变电站正式投运，这标志着该电站成为全国首个投运的智能全感知变电站。之所以称其为智能全感知变电站，是因为该变电站通过运用物联网传感器技术，可随时监测变电站内各种设备，及时上传数据。一旦发现出现问题，运检人员便能第一时间进行处理，效率大大提高。
据了解，与以往在线监测设备相比，该变电站内的传感器感知元件具有小型化、低功耗、高集成度以及高可靠性的特点。该变电站部署了视频、温湿度、局放、振动等65套智能感知元件以及巡检机器人，实现了变压器、组合电器、开关柜及辅助设施设备本体及环境状态的全面深度感知。
南京溧水区110千伏南门变电站内的巡检机器人
如上图所示，这台呆萌可爱的白色巡检机器人，便是该电站的关键一员。该机器人个头不高，主要负责对站内开关柜等设备进行巡检。
在工作时，它按照预定的周期绕场巡查，如果内置的传感器发现任何异常情况，比如开关柜出现的开关位置指标异常、温度过高等情况时，机器人就会第一时间发出预警，工作人员也就能及时知晓并作出处理。
巡检机器人用于北京冬奥电力开关站内的高压柜监测系统中
例如，在北京2022年冬奥会组委会园区电力开关站内的高压柜监测系统中，便采用了内置多种传感器的巡检机器人。据了解，该巡检机器人携带的红外传感器等，可与固定式监测装置有效互补，可见光传感器用于检测柜机显示数据和标识是否正常，其两臂通过超声波和地电波进行局部放电测量，为了使测量数据更准确，两个机械臂会先在离柜机一定距离处测量数据作为环境值，再在柜机表面测量数据，并与环境值相减作为实际测量的局放数据。
变电站智能巡检机器人系统的研究与设计
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202302/443607.htm
1 概述
设计开发变电站智能巡检机器人系统[1]，变电站工作人员可通过远程监控室，不仅对现场机器人巡检车体（以下简称车体）的运动进行控制，而且对车体的视频和红外设备进行控制。首先车体能够沿着导航设定的路线进行巡检，并根据导航系统对待检设备进行智能精准定位；其次通过红外热成像仪和可见光摄像机等成像系统对变电站设备的运行状态进行分析检测[2]，并将检测数据传送至监控中心（包括远程监控室和本地监控室）；最后将检测设备进行故障报警，并采取相应措施。
2 方案设计
2.1整体框架设计
智能巡检机器人系统，既要安全可靠地完成巡检任务，在一定程度上减轻工作人员的巡检工作量，又要不破坏变电站任何装置、不影响电气设备的正常运行。整个系统由五大部分组成：变电站远程监控室、本地监控室、充电房、无线网络和机器人巡检车体；具体如图1所示。其中变电站监控室主要功能是对巡检现场的情况进行监控；本地监控室不仅能够通过上传的视频和红外图像对设备进行监控，并能通过电子地图来展现车体巡检的工作过程；同时，本地监控室把所有监测数据上传远程监控室，使远程监控室时时掌握变电站的运行状况。
2.2整体功能设计
智能巡检机器人系统主要设计有七大功能：运动功能；语音功能；自主充电功能；巡检方式设置和切换功能；自检功能；智能故障报警功能；一键返航和链路中断返航功能。
其中运动功能设计主要包括：车体前后方向和左右方向的重复自主导航；水平和垂直两个旋转自由度；障碍物检测防碰撞；防跌落；车体云台视角范围始终不受车体任何部位遮挡影响；越障；涉水；爬坡；转弯等。
语音功能设计主要包括：双向智能语音（喊话和对讲）传输功能。
自主充电功能设计主要包括：电池供电一次充电续航能力不小于5h，电池电量不足时车体自动返回充电室完成自主充电。
巡检方式设置和切换功能设计主要包括：巡检系统包括人工辅助遥控巡检及全自动巡检两种巡检方式[3]。自检功能设计主要包括：电机和驱动模块，传感器模块、成像系统模块、无线网桥模块，工控机模块等，以上任何模块故障，均以明显的光和声在车体和监控室后台进行报警信息提示。
智能报警功能设计主要包括两种：一种变电站设备的运行状态异常故障报警信息提示。另外一种车体故障报警信息提示。
3 机器人巡检车体设计
3.1机器人巡检车体整体框架设计
车体设计符合人机工程，采用全驱、全向平台作为基础传动平台；系统组成包括：工控机、步进电机及驱动器、直流电机及驱动器、云台、可见光单目和双目摄像机、红外热成像仪、无线网桥、激光传感器、超声波传感器、拾音器、充电器、辅助设备、报警设备等，具体如图1所示。
3.2机器人巡检车体运动控制系统方案设计
运动控制系统是机器人巡检车体最关键的核心技术。
运动控制系统的主体部分由STM32控制板组成，控制板由两块嵌入STM32F103VCT6芯片的主板和从板组成，主板和从板采用SCI协议进行通信。软件算法在主板上实现，采用PWM波和光电编码器控制直流电机；从板主要实现对四个转向步进电机的控制，主板得到转向步进电机位置误差参数（通过磁旋转编码器得到步进电机速度反馈信号）后通过串口发送到从板，从板再将这些参数放到通信协议里一起发给步进电机驱动器。具体见图2运动控制硬件结构图。
STM32主控制板与工控机通信，接收X、Y、Z（ω）3个速度值，通过底盘矢量分解得到每个转向步进电机的速度和每个移动直流电机的速度（当前占空比），转向步进电机速度送到转向模块，与磁旋转编码器传回的数据做比较，实现位置的调整。移动直流电机的速度与A/B相光电编码器（通过定时器和计数器获得）计数值做比较，并通过PID调节PWM波占空比，实现4个车轮的直流电机控制。各个模块相互之间的关系如图3所示。
1）直流电机及驱动器设计
本项目直流电机设计考虑成本、负载力矩以及电机工作特点等因素，最终采用直流有刷MAXON电机，其中减速比采用113，A/B相光电编码器分辨率采用512。直流电机的PWM控制采用定频调宽法。本项目直流电机驱动器负责把控制脉冲转换成各电机转动角度，实现车体移动。电机驱动器采用H桥斩波驱动电路设计，其工作原理如下：车体前后左右四轮的驱动，以STM32芯片作为控制器，利用STM32芯片产生四组带可编程死区时间的PWM信号分别驱动控制[4]。
2）直流电机反馈检测模块设计
该模块主要采集反馈信号，包括电机转速、转向，蓄电池电压，电机电流等，主要由A/B相光电编码器、ADC采样电路完成。本项目采用MAXON公司配套电机的增量式A/B相光电编码器。
3）步进电机设计
本项目采用AM24HS2402-08N步进电机，步距角1.8°。磁旋转编码器采用AMS公司的AS5048A。
3.3机器人巡检车体控制系统软件设计
本项目软件设计充分考虑到机器人巡检车体运动的协调性，包括动力学协调和运动学协调；动力学协调指车体本体与各车轮的加速度的协调；运动学协调指车体本体与各车轮的速度、偏转角的协调[5]。车体控制策略包括：前后运动；左右运动；旋转运动；转弯运动；停止等。具体见图4运动控制程序流程图。
图4运动控制程序流程图
4 结束语
本文详细论述了一款智能巡检机器人系统的研究和设计。对系统整体设计、机器人巡检车体设计做了完整阐述。随着变电站的智能巡检机器人系统的安全可靠设计和功能不断完善，以实现变电站巡检任务的标准化、统一化、智能化。
参考文献：
[1]李焕明.智能机器人巡检系统在变电站的应用研究[D].广州:广东工业大学,2020.
[2]郎福成,牟童,韩月.变电站智能巡检机器人系统设计[J].电工材料,2017(6):36-38.
[3]崔彦彬,刘欢.变电站智能巡检机器人系统的设计[J].设计与研究,2014(4):53.
[4]赵璠璠.变电站智能巡检机器人系统设计[J].自动化技术与设计,2020(10):233-235.
[5]胡桐.四轮独立驱动和转向移动机器人的设计与控制[D].合肥:合肥工业大学,2015.
（本文来源于《电子产品世界》杂志2023年2月期）
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