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光伏变电站智能巡检机器人功能设计与实现

所属栏目:电力论文 发布日期:2021-03-29 08:53 热度:

   传统的变电站值班员进行人工巡检,人工巡视过程存在意外风险发生频次高、巡视效率低等不足。近几年,随着新型前沿技术迅速发展,智能巡检机器人在输电线路、火力发电、变电站智能化等领域的应用研究取得了长足进步[1-6]。近几年,智能巡检机器人、无人机等新型前沿技术发展迅速,取得了长足进步,2019 年 7 月份,南方电网成立了全球首家数字电网研究院,拟加快推动智能电网、数字南网建设;其下属的大数据中心主要推行无人机巡飞、智能机器人巡检等,已经实现了高压变电站的操作无人化、站内运维智能全覆盖、设备 24 小时运维,高度集成监测、巡视、操作、维护、检修、安防、新能源等多领域的智能化技术,走在了电力行业改革的最前沿,为新能源智能运维打下了根基。

光伏变电站智能巡检机器人功能设计与实现

  针对变电站智能巡检系统的设计、研究以及集成系统部署方案建设,诸多学者致力于理论与应用研究,并取得了一定成绩。文献[7]从本体功能、后台监控、无线传输等方面介绍展示了机器人巡检系统的设计思路和各环节关键技术;文献[8]以遥控业务链为例,将介绍业务链各环节的模型映射方法、各协议关键信息点的关联方法有机结合,进一步提出了网络监视业务链分析展示方法以及在智能变电站的应用;文献[9]介绍了一种基于移动机器人的设备巡检系统在智能变电站的应用情况为智能变电站或无人值守变电站的运行管理提供了一种创新型的设备检测和监控手段;文献[10]选取典型机型的变电站巡检机器人进行了试验,总结分析了主要性能指标现状,提出机器人巡检范围、机械功能、抗干扰等几个方面的改进建议。

  针对新能源智能巡检,目前面临较多问题,主要如下:一是各场站分布偏远且分散、单个装机容量较小;二是场站工作条件艰苦;三是场站运维人手不足、部分消缺工作不能及时开展。目前,新能源场站的智能巡检方面出于起步阶段,在智能机器人运维技术运用方面有待突破[11]。 本文主要设计实现一套针对光伏站的电力巡检机器人系统,智能巡检机器人可根据操作人员在管理平台的任务操作或预先设定任务,变电站现场工作人员可通过机器人后台管理系统收到的实时图像与数据等信息,实现变电站的设备现场无人巡视工作,成功应用于普格洛乌沟光伏站。本文核心章节构成如下:(1)第 1 章重点介绍变电站智能巡检监控系统设计方案和实现技术,主要包含机器人功能设计、智能巡检方案的总体构架设计、机器人无线局域网组网设计、机器人巡检方式设定、机器人后台监控系统设计五部分;(2)第 2 章主要介绍所构建的机器人巡检系统在光伏电站的实例应用介绍和经济性分析,主要包含机器人主要性能参数、机器人视频监控技术、机器人后台监控管理平台、机器人调试过程、机器人智能巡检经济性分析五部分。

  1 变电站智能巡检监控系统设计

  1.1 智能巡检机器人主要用途智能巡检机器人将变电站中实时采集的数据、电子图像,基于无线传输技术发送到后台管控中心系统,及时监控运行设备运行/故障状态并实施目标警告,并自动生成巡检报告,可有效提高变电站内电气设备的运行安全。当紧急或异常情形出现时,智能巡检机器人作为移动监系统,可有效代替人工巡检及时排查故障原因,保障人身安全,提升生产效率。智能巡检机器人在表计读数超出范围或其它缺陷能够自动报警并自动生成记录。SF6 压力密度、油位、红外测温、温度、泄漏电流等表计读数能自动生成历史曲线。继保室设备告警信号、告警信息、压板信息,35 kV 开关柜开关位置、断路器开关位置,室内 GIS 断路器开关位置等信息自动识别,并自动生成历史曲线。智能机器人应具有与站内的生产管理系统、安防、消防、调度自动化、一体化平台等系统传输数据的功能,实现联动。

  1.2 智能巡检方案的总体构架设计普格洛乌沟光伏站巡检工作主要包含主控室继保室巡检区域、室外变压器巡检区域、GIS 巡检区域、 GIS 室外进线及避雷器巡检区域、35 kV 配电室、SVG 巡检区域、刀闸及变压器巡检区域。整个站内大体巡检区域示意图如上图 1 所示,虚线区域为巡检路线拟规划路径,方案设计考虑该光伏站为高海拔地区,低温天气巡检机器人电池续航能力较低的情况,针对继保室、35 kV 室分别部署巡检机器人自主充电桩,保证巡检机器人就近进行电量补充,保证巡检质量。

  1.3 机器人无线局域网组网设计普格洛乌沟光伏站巡检区域分布较多,存在室内外巡检区域,单接入点(Access Point, AP)[12-13]部署无法满足较好的巡检数据传输要求,方案设计实现对不同区域进行漫游组网覆盖。针对不同巡检区域部署 AP,通过综合集成单元硬件控制器来完成巡检机器人在不同巡检区域进行漫游切换,实现高质量的信息传递工作。

  1.4 机器人巡检方式设定智能巡检机器人常用巡检方式可分为定点定时巡检与远程遥控巡检。其中,定点定时巡检指根据设定路径和巡检目标点,通过设定巡检时刻和时长,对待检设备进行自动检测;远程遥控巡检是指操作人员可以通过电脑控制远程遥控机器人,完成云台动作、机器人路线行驶、监控数据和图像的实时采集。

  1.5 机器人后台监控系统设计光伏站巡检机器人后台部署至站内主控室,图 3 所示为机器人后台监控系统的总体功能框架。机器人后台监控主要用于机器人控制管理、巡检任务管理、巡检结果分析、用户操作设置、实时监控等工作。

  2 实例展示

  2.1 机器人主要性能参数机器人外观展示图如图 4 所示。本文设计的变电站智能巡检机器人是专业为变电站巡检设计的机器人,集成了激光雷达定位功能[15]、红外测温技术 [16]、机器视觉技术[17]、数据分析与决策支持系统等核心技术,可有效替代现场人工巡检人员开展设备仪表数据读取、温度检测、开关状态判定、声音异常采集等各类巡检工作。智能巡检机器人的详细功能介绍详见表 1,其主要性能参数见表 2。机器人外壳前后端安装软性塑料,防止机器人故障后误撞人和设备。外壳防护性能应至少符合国标 GB-4208 中 IP54 的要求[18]。

  2.2 机器人视频监控智能巡检机器人自身具有红外视频图像、可见光的实时采集功能[19],工作人员通过操作上位机软件完成红外温度监控系统移动与定位,并自由控制云台旋转,实现目标物体的近距离观测拍摄,将监控范围扩大覆盖到盲区。同是,智能巡检机器人的红外视频图像、可见光的实时采集功能,可有效拍摄出巡检环境内各种设备高清图像和红外热成像,并经无线局域网将采集到的图像视频信息实时传输到后台主控制系统,在后台主控制系统的工作人员可依据接受到的视频、图像,对巡检设备的运行状态好坏做出及时有效判断。当发现设备有异常情况,工作人员可立即查清设备问题的原因,并迅速采取相应措施以排除隐患。

  2.3 机器人后台监控管理平台机器人巡检主管理界面参考如图 6 所示,该界面参考国家电网相关规范设计,主要机器人巡检工作进行后台监控管理。后台监控系统主界面如图 6 所示,该界面各窗口功能主要如下说明:(1)机器人自身状态监视功能 “机器人信息”窗口可以实时监视机器人自身状态,包括控制模式、当前运动速度、当前角度位置、机器温度、电池电量状态等信息。(2)现场环境监视功能 “环境信息”窗口主要反映安装在现场气象站返回到的实时状态信息值,可以实现现场环境实时监控,包括设备现场的温度、风速、湿度等信息量。(3)任务信息监视功能 “任务信息”窗口可以实时监视当前任务信息,包括巡检任务类型、告警设备数、机器人当前动作、表计识别数值、当前任务描述。

  3 结束语

  本文以普格洛乌沟光伏电站实际勘查情况出发,将智能巡检机器人等新技术与新能源场站将结合,设计实现一套针对光伏电站的电力巡检机器人系统。工作人员通过远程操控智能巡检机器人完成变电站设备的巡检任务,可以使工作人员远离现场带电设备,有效减少意外人身事故的发生;通过机器人巡检从而代替人工巡检,有效解决了现阶段人手不足,有效节约了人力资源成本,不仅为新能源场站的新的运维模式提供了可靠借鉴,还为变电站无人值守模式的推广提供了创新技术支撑。下一步主要围绕机器人智能巡检系统设备运维,进行精益化成本管控相关方面研究。

  参 考 文 献

  [1] 彭向阳, 钱金菊, 吴功平, 等. 架空输电线路机器人全自主巡检系统及示范应用[J]. 高电压技术, 2017, 43(8): 2582-2591.. Peng Xiangyang, Qian Jinju, Wu Gongping, et al. Full Automatic Inspection System and Its DemonstrationApplication Based on Robot for Overhead Transmission Lines. High Voltage Engineering, 2017, 43(8): 2582-2591.

  [2] 腾云, 陈双, 邓洁清, 等. 智能巡检机器人系统在苏通 GIL 综合管廊工程中的应用[J]. 高电压技术, 2019, 45(2): 63-71. Tengyun, Chen Shuang, Deng Jieqing, et al. Application of Intelligent Inspection Robot System in Sutong GIL Utility Tunnel Project[J]. High Voltage Engineering, 2019, 45(2): 63-71.

  [3] 黄山, 吴振升, 任志刚, 等. 电力智能巡检机器人研究综述[J]. 电测与仪表, 2020, 57(2): 26-38. Huang Shan, Wu Zhengsheng, Ren Zhigang, et al. Summary of Research on Power Intelligent Patrol Robot[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2020, 57(2): 26-38.

  《光伏变电站智能巡检机器人功能设计与实现》来源:《电测与仪表》,作者:喻洋,董明知

文章标题:光伏变电站智能巡检机器人功能设计与实现

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