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[摘 要 ]随着电网的快速发展，变电站值班员数量不足矛盾突出。随着变电站值守模式向无人方向转变，人工巡视工作量加大。通过使用机器人辅助人工对变电设备巡检，可对设备进行可靠巡检。介绍巡检机器人技術发展历程，通过电力公司变电站智能巡检机器人研究，介绍巡视系统框架，在变电站中应用智能巡检机器人，分析产生社会经济效益。使用巡检机器人可降低变电站工作人员劳动强度，提高设备巡检工作质量。
[关键词]无人值守变电站;智能巡检机器人;电网工程
[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–0–02
[Abstract]With the rapid development of power grids， the contradiction of insufficient number of substation attendants is prominent. With the shift of the substation duty mode to unmanned， the workload of manual inspections has increased. By using robots to assist manual inspections of substation equipment， reliable inspections of equipment can be carried out. Introduce the development process of inspection robot technology， through the research of intelligent inspection robots in power company substations， introduce the framework of inspection systems， apply intelligent inspection robots in substations， and analyze the social and economic benefits. The use of inspection robots can reduce the labor intensity of substation workers and improve the quality of equipment inspection work.
[Keywords]unattended substation; intelligent inspection robot; power grid engineering
随着电力科技的发展，我国电力系统自动化得到很大提升。变电站值班方式趋向无人化，变电站巡检工作是保证安全运行的基础，变电站数量增多为日常巡检带来较大困难。变电站内运行电压等级较高，使得站区占地面积较大，为变电站现场巡检工作带来困难，使用机器人进行变电站巡检被广泛应用。变电站巡检工作不断改进，但未解决巡检到位率低等问题，无法提升现场运维人员工作态度。文章对变电站巡检机器人在电力公司变电站现场运行情况进行分析，变电站运行设备型号多，过去采用PDA辅助人工巡视，使用机器人巡检可以规避安全隐患，提高巡检工作可靠性。
1 智能机器人巡检系统
智能巡检机器人系统控制结构分为基站系统与移动站系统。基站系统主要由网络集线器、基站导航定位规划系统等组成。后台工程机系统采用C++编程语言开发设计，为操作人员提供交互界面，规划机器人运动路线。移动站系统分为控制检测与移动系统模块，可实现驱动电机控制，移动站导航定位，红外测温图像采集等功能。移动站控制程序采用C++编程语言开发设计，根据后台工程机控制命令控制运动，上传机器人采集可见光图像等数据。
基站采用无线通信进行数据连接，系统接入电力系统内部生产光纤通信网络。机器人巡检系统软件控制系统分为微型嵌入式软件系统，基站与移动软件系统。系统分工协作完成巡检任务。移动站系统有与第三方协作模块，控制系统具有实时性数据监控系统，基站系统是控制中心。基站点增加变电站设备声音检测功能;增加仪表识别读数功能。基站系统是后台主机、无线通信设备等设备组成，后台工程机系统采用C++编程语言开发设计，功能包括监控机器人状态信息等。基站系统结构包、机器人控制、任务管理、数据存储等。基站模块包括巡检任务管理模块，图像监控模块等。
巡检任务管理模块实现创建删除机器人巡检任务，人机界面中新建巡检任务，提前设定执行任务时间。把巡检任务中包括设备发送移动机器人。机器人执行巡检任务拍摄可见光图像，系统根据任务设定抓取图像，操作人员对特定角度拍照。机器人控制模块完成功能包括控制云台转动，使用红外测温仪对设备测温等。许多机器人运动常用控制命令在键盘设定快捷键，如用键盘方向键控制机器人运动方向。系统建立实时数据区，对表计数据及外观检测记录实时保存，后台数据库把数据区信息长期保存处理。数据库存储模块功能灵活。
移动站机械结构分为外壳、驱动机构。外壳设计需保证符合相关标准，由于变电站环境复杂，保证机器人在各种环境下工作。外壳分为主壳体、后壳体。外壳具有良好适应性，具有防水防潮等性能。充电机构作用是为机器人配备电池提供电能，应使其具有自动充电能力。充电装置收到充电信号，电机驱动充电插片插入充电极板充电。驱动机构承担任务是实现机器人移动，巡检机器人采用轮式驱动机构，利用电机差速转向。布置形式便于实现，，满足机器人设计要求。
2 基于变电站机器人巡视系统设备模式识别
机器人启动巡检任务，排查可见光图像，基站设备模式识别系统识别断路器设备分合状态，机器人每次停靠位置存在偏差，光照条件较好，可根据可见光图像判断设备开关状态。设备模式要在各时段将需检测设备以巡检机器人视角拍照，建立可见光图片库，将图片库图片设备位置标明。机器人巡检任务中，将拍摄图像与相应图片匹配，依照图片库编号对应确定拍摄图片设备位置。 系统首要问题是建立图品库。为保证巡检机器人拍摄图像与图片库图像匹配正确，需使图片库标准图片清晰。需要考虑停靠点不同季节、不同时刻图像亮度及阴影部分存在差异，为消除影响因素，需将不同时间拍摄图片存入图片库。春秋季阳光对地面角度类似，按四季阳光角度順序选择时间段。在图片库中对停靠点建立目录，按不同因素以树形结构储存。某些天气照片亮度相同，减少建立图片库工作量。图像匹配时系统根据拍摄图像季节，通过光敏器等判断天气情况，提高结果准确性。机器人巡检任务中将拍摄图像上传到基站系统，机器人每次拍摄停靠位置等存在偏差，需要设计消除偏差的算法。
机器人工作中上传图像与图片库匹配，系统正确识别图像包含设备。系统截取机器人巡检中上传图像某区域，算法完成匹配后标准图片包含相关设备标注在上传图像中。上传图像对应拍摄红外热图匹配，出现异常报警引起运维人员注意。采用匹配算法运算速度决定检测所需时间，匹配图片需用时4 s，巡检中运算在机器人行使中完成，相同图片中包含多个设备，停靠点拍摄图片包含设备多，每个设备检测识别时间短。可以保证图像设备准确性，适用于多个设备实时匹配检测。
机器人云台安装可见光摄像头，便于不同距离设备拍摄照片。红外热像仪焦距较长，在可见光摄像头位于较短焦距时，红外热像仪拍摄图像处于可见光拍摄图像中间。红外图像得到匹配，摄像头并排安装，拍摄图像存在微小角度差异。图像匹配时需进行调整，最后结果误差由于运算产生，对设备检测得出温度数值准确。建立图片库考虑涉及环境因素，机器人在任何天气下拍摄图片可与图片库对应标准图片匹配。
3 变电站设备声音采集分析
当前变电站运行主要靠运维人员现场巡检，很多设备需工程师通过声音判断是否异常，人工检查方式存在巡检人员安全与巡检效果问题。人工巡检效果不稳定，声音识别可以协助人工巡检，变电站内设备运行声音稳定与故障声音存在差异，电力巡检机器人平台搭建声音识别功能，协助变电站无人值守实现安全巡检。声音识别技术应用可以有效检测变电站设备异常声音，消除人员工作为先。后台软件可实时接收分析音频数据，保证巡检质量。
矢量化是重要的模式分类法，可以对待识别者加墨，用LBG算法对语音特征模式聚类，寻找测试语音平均最小量化失真距离。可以将变电站设备运行声音特征提取，待识别声音特征与声音库特征不符，则认为设备异常。在LER3000程序巡检数据界面，巡检采集设备音频信息显示音频。功能检测设备异常声音发出警报。音频训练是声音识别的前提，将设备运行声音采集训练得到特征库。音频识别根据待检测声音特征对比得到识别结果。声音识别功能在高抗设备异常声音识别中得到良好效果。目前集成在LER3000机器人程序中，对变电站无人值守模式起到积极作用。
4 智能机器人巡检系统应用效果
变电站工作中需对设备定期巡检，运维人员主要通过视听嗅觉等人体观感巡检，可以看出设备有无漏油情况，夜间闭灯查看设备是否存在发光现象;刮风时需检查线路摆动情况，通过与设备外壳接触检查设备是否正常工作。如触摸变压器外壳检查变压器振动情况。设备发生故障前通常出现放电声音，设备绝缘损坏散发异味。设备出现安全隐患有时无法发现，与巡视人员业务水平，工作经验等有关。
在高压恶劣气象下，我国电力行业沿用人工巡检方式，对人体有害，不能及时发现设备缺陷，给电网安全带来隐患。智能巡检机器人系统根据基站预设巡检任务，利用机器人携带摄像头完成工作，包括对设备红外测温等，及时发现设备发热缺陷等异常。及时报警提醒运维人员注意设备异常，运维人员可查看基站后台计算机生成巡检报表，机器人工作按照程序设定执行，保证较高巡视质量。过去变电站值班方式为有人值守，值班人员负责变电站日常工作;无人值守运维一体化推行，变电站运维增加多项维修项目。变电站内设备巡视工作量增大，包括对站内设备红外测温工作，对无功设备投入测温等。使用机器人巡检系统可减少运维人员工作量。
为更好地使用智能巡检机器人系统，站内制定巡检机器人运行规程，对巡检任务安排等各方面规范。使用机器人后变电站可见光设备巡视工作减少47.5 h工作时间，在设备巡视方面减少工作时间。通过使用智能巡检机器人完成变电站设备巡检，达到减少工作量的效果，减少不必要经济损失。系统有点体现在准确度高、抗干扰性好等。经电力公司变电站使用表明智能机器人巡检系统测得设备数据与实际数据对比具有很高准确度。变电站中电压等级高，对设备运行造成干扰。系统实现实时检测设备，机器人实时上传拍摄可见光图像，判断设备工作状态是否正常。
变电站智能机器人巡检系统应用带来显著经济效益，通过使用变电站智能机器人巡检系统，完成设备仪表识别与无人值守模式结合。巡检机器人在变电站运行发现多次设备发热缺陷，保障电网安全运行。通过适用变电站智能机器人与巡检系统减少每日巡视记录设备数据工作;机器人代替人工检测，值班人员不便在户外活动可代替人工巡视。系统运行多次发现设备发热缺陷及时报警，降低变电站经济损失。使用智能机器人巡检系统降低巡视人员大意等导致设备缺陷发展事故，减轻运维人员工作量。变电站在恶劣工作下影响工作人员积极性，采用智能机器人巡检方式保证巡检工作质量。
5 结束语
变电站智能机器人巡检系统可实现安全检测运行设备、监测工作温度、相关故障警报异响等，提高工作效率，排除潜在设备缺陷。文章研究变电站中智能巡检机器人，探讨在变电站现场工作中的应用，介绍巡检系统总体框架、移动站系统。详细描述基站系统各模块，LEP3000软件操作方法。对变电站机器人巡检系统设备模式识别介绍，总结系统优缺点，分析在变电站中应用产生社会经济效益。使用系统提高设备巡检工作质量，为无人值守变电站运行提供创新设备检测方法。实际应用中存在一些不足，后期可将在线监测装置数据整合到系统中，增加远程控制功能，在通道处采取加高措施。
参考文献
[1] 李峰，王战，范海东，等.基于机器人的电厂泵房无人值守系统应用研究[J].机器人技术与应用，2020（6）：37-41.
[2] 谢石木林.关于变电站无人巡检技术的探索[J].科技视界，2020（2）：98-101.
[3] 孙晓迪.智能巡检机器人在变电运行中的应用[D].济南：山东大学，2019.
[4] 姬鹏宇.无人值守变电站智能巡检机器人设计与运维[J].工业技术创新，2017，4（6）：36-40.
[5] 马一鸣.智能巡检机器人在无人值守变电站的应用[D].北京：华北电力大学，2017.
[6] 宋丹.500 kV智能变电站运行监控方案研究与应用[D].北京：华北电力大学，2017.
[关键词]无人值守变电站;智能巡检机器人;电网工程
[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）06–0–02
[Abstract]With the rapid development of power grids， the contradiction of insufficient number of substation attendants is prominent. With the shift of the substation duty mode to unmanned， the workload of manual inspections has increased. By using robots to assist manual inspections of substation equipment， reliable inspections of equipment can be carried out. Introduce the development process of inspection robot technology， through the research of intelligent inspection robots in power company substations， introduce the framework of inspection systems， apply intelligent inspection robots in substations， and analyze the social and economic benefits. The use of inspection robots can reduce the labor intensity of substation workers and improve the quality of equipment inspection work.
[Keywords]unattended substation; intelligent inspection robot; power grid engineering
随着电力科技的发展，我国电力系统自动化得到很大提升。变电站值班方式趋向无人化，变电站巡检工作是保证安全运行的基础，变电站数量增多为日常巡检带来较大困难。变电站内运行电压等级较高，使得站区占地面积较大，为变电站现场巡检工作带来困难，使用机器人进行变电站巡检被广泛应用。变电站巡检工作不断改进，但未解决巡检到位率低等问题，无法提升现场运维人员工作态度。文章对变电站巡检机器人在电力公司变电站现场运行情况进行分析，变电站运行设备型号多，过去采用PDA辅助人工巡视，使用机器人巡检可以规避安全隐患，提高巡检工作可靠性。
1 智能机器人巡检系统
智能巡检机器人系统控制结构分为基站系统与移动站系统。基站系统主要由网络集线器、基站导航定位规划系统等组成。后台工程机系统采用C++编程语言开发设计，为操作人员提供交互界面，规划机器人运动路线。移动站系统分为控制检测与移动系统模块，可实现驱动电机控制，移动站导航定位，红外测温图像采集等功能。移动站控制程序采用C++编程语言开发设计，根据后台工程机控制命令控制运动，上传机器人采集可见光图像等数据。
基站采用无线通信进行数据连接，系统接入电力系统内部生产光纤通信网络。机器人巡检系统软件控制系统分为微型嵌入式软件系统，基站与移动软件系统。系统分工协作完成巡检任务。移动站系统有与第三方协作模块，控制系统具有实时性数据监控系统，基站系统是控制中心。基站点增加变电站设备声音检测功能;增加仪表识别读数功能。基站系统是后台主机、无线通信设备等设备组成，后台工程机系统采用C++编程语言开发设计，功能包括监控机器人状态信息等。基站系统结构包、机器人控制、任务管理、数据存储等。基站模块包括巡检任务管理模块，图像监控模块等。
巡检任务管理模块实现创建删除机器人巡检任务，人机界面中新建巡检任务，提前设定执行任务时间。把巡检任务中包括设备发送移动机器人。机器人执行巡检任务拍摄可见光图像，系统根据任务设定抓取图像，操作人员对特定角度拍照。机器人控制模块完成功能包括控制云台转动，使用红外测温仪对设备测温等。许多机器人运动常用控制命令在键盘设定快捷键，如用键盘方向键控制机器人运动方向。系统建立实时数据区，对表计数据及外观检测记录实时保存，后台数据库把数据区信息长期保存处理。数据库存储模块功能灵活。
移动站机械结构分为外壳、驱动机构。外壳设计需保证符合相关标准，由于变电站环境复杂，保证机器人在各种环境下工作。外壳分为主壳体、后壳体。外壳具有良好适应性，具有防水防潮等性能。充电机构作用是为机器人配备电池提供电能，应使其具有自动充电能力。充电装置收到充电信号，电机驱动充电插片插入充电极板充电。驱动机构承担任务是实现机器人移动，巡检机器人采用轮式驱动机构，利用电机差速转向。布置形式便于实现，，满足机器人设计要求。
2 基于变电站机器人巡视系统设备模式识别
机器人启动巡检任务，排查可见光图像，基站设备模式识别系统识别断路器设备分合状态，机器人每次停靠位置存在偏差，光照条件较好，可根据可见光图像判断设备开关状态。设备模式要在各时段将需检测设备以巡检机器人视角拍照，建立可见光图片库，将图片库图片设备位置标明。机器人巡检任务中，将拍摄图像与相应图片匹配，依照图片库编号对应确定拍摄图片设备位置。 系统首要问题是建立图品库。为保证巡检机器人拍摄图像与图片库图像匹配正确，需使图片库标准图片清晰。需要考虑停靠点不同季节、不同时刻图像亮度及阴影部分存在差异，为消除影响因素，需将不同时间拍摄图片存入图片库。春秋季阳光对地面角度类似，按四季阳光角度順序选择时间段。在图片库中对停靠点建立目录，按不同因素以树形结构储存。某些天气照片亮度相同，减少建立图片库工作量。图像匹配时系统根据拍摄图像季节，通过光敏器等判断天气情况，提高结果准确性。机器人巡检任务中将拍摄图像上传到基站系统，机器人每次拍摄停靠位置等存在偏差，需要设计消除偏差的算法。
机器人工作中上传图像与图片库匹配，系统正确识别图像包含设备。系统截取机器人巡检中上传图像某区域，算法完成匹配后标准图片包含相关设备标注在上传图像中。上传图像对应拍摄红外热图匹配，出现异常报警引起运维人员注意。采用匹配算法运算速度决定检测所需时间，匹配图片需用时4 s，巡检中运算在机器人行使中完成，相同图片中包含多个设备，停靠点拍摄图片包含设备多，每个设备检测识别时间短。可以保证图像设备准确性，适用于多个设备实时匹配检测。
机器人云台安装可见光摄像头，便于不同距离设备拍摄照片。红外热像仪焦距较长，在可见光摄像头位于较短焦距时，红外热像仪拍摄图像处于可见光拍摄图像中间。红外图像得到匹配，摄像头并排安装，拍摄图像存在微小角度差异。图像匹配时需进行调整，最后结果误差由于运算产生，对设备检测得出温度数值准确。建立图片库考虑涉及环境因素，机器人在任何天气下拍摄图片可与图片库对应标准图片匹配。
3 变电站设备声音采集分析
当前变电站运行主要靠运维人员现场巡检，很多设备需工程师通过声音判断是否异常，人工检查方式存在巡检人员安全与巡检效果问题。人工巡检效果不稳定，声音识别可以协助人工巡检，变电站内设备运行声音稳定与故障声音存在差异，电力巡检机器人平台搭建声音识别功能，协助变电站无人值守实现安全巡检。声音识别技术应用可以有效检测变电站设备异常声音，消除人员工作为先。后台软件可实时接收分析音频数据，保证巡检质量。
矢量化是重要的模式分类法，可以对待识别者加墨，用LBG算法对语音特征模式聚类，寻找测试语音平均最小量化失真距离。可以将变电站设备运行声音特征提取，待识别声音特征与声音库特征不符，则认为设备异常。在LER3000程序巡检数据界面，巡检采集设备音频信息显示音频。功能检测设备异常声音发出警报。音频训练是声音识别的前提，将设备运行声音采集训练得到特征库。音频识别根据待检测声音特征对比得到识别结果。声音识别功能在高抗设备异常声音识别中得到良好效果。目前集成在LER3000机器人程序中，对变电站无人值守模式起到积极作用。
4 智能机器人巡检系统应用效果
变电站工作中需对设备定期巡检，运维人员主要通过视听嗅觉等人体观感巡检，可以看出设备有无漏油情况，夜间闭灯查看设备是否存在发光现象;刮风时需检查线路摆动情况，通过与设备外壳接触检查设备是否正常工作。如触摸变压器外壳检查变压器振动情况。设备发生故障前通常出现放电声音，设备绝缘损坏散发异味。设备出现安全隐患有时无法发现，与巡视人员业务水平，工作经验等有关。
在高压恶劣气象下，我国电力行业沿用人工巡检方式，对人体有害，不能及时发现设备缺陷，给电网安全带来隐患。智能巡检机器人系统根据基站预设巡检任务，利用机器人携带摄像头完成工作，包括对设备红外测温等，及时发现设备发热缺陷等异常。及时报警提醒运维人员注意设备异常，运维人员可查看基站后台计算机生成巡检报表，机器人工作按照程序设定执行，保证较高巡视质量。过去变电站值班方式为有人值守，值班人员负责变电站日常工作;无人值守运维一体化推行，变电站运维增加多项维修项目。变电站内设备巡视工作量增大，包括对站内设备红外测温工作，对无功设备投入测温等。使用机器人巡检系统可减少运维人员工作量。
为更好地使用智能巡检机器人系统，站内制定巡检机器人运行规程，对巡检任务安排等各方面规范。使用机器人后变电站可见光设备巡视工作减少47.5 h工作时间，在设备巡视方面减少工作时间。通过使用智能巡检机器人完成变电站设备巡检，达到减少工作量的效果，减少不必要经济损失。系统有点体现在准确度高、抗干扰性好等。经电力公司变电站使用表明智能机器人巡检系统测得设备数据与实际数据对比具有很高准确度。变电站中电压等级高，对设备运行造成干扰。系统实现实时检测设备，机器人实时上传拍摄可见光图像，判断设备工作状态是否正常。
变电站智能机器人巡检系统应用带来显著经济效益，通过使用变电站智能机器人巡检系统，完成设备仪表识别与无人值守模式结合。巡检机器人在变电站运行发现多次设备发热缺陷，保障电网安全运行。通过适用变电站智能机器人与巡检系统减少每日巡视记录设备数据工作;机器人代替人工检测，值班人员不便在户外活动可代替人工巡视。系统运行多次发现设备发热缺陷及时报警，降低变电站经济损失。使用智能机器人巡检系统降低巡视人员大意等导致设备缺陷发展事故，减轻运维人员工作量。变电站在恶劣工作下影响工作人员积极性，采用智能机器人巡检方式保证巡检工作质量。
5 结束语
变电站智能机器人巡检系统可实现安全检测运行设备、监测工作温度、相关故障警报异响等，提高工作效率，排除潜在设备缺陷。文章研究变电站中智能巡检机器人，探讨在变电站现场工作中的应用，介绍巡检系统总体框架、移动站系统。详细描述基站系统各模块，LEP3000软件操作方法。对变电站机器人巡检系统设备模式识别介绍，总结系统优缺点，分析在变电站中应用产生社会经济效益。使用系统提高设备巡检工作质量，为无人值守变电站运行提供创新设备检测方法。实际应用中存在一些不足，后期可将在线监测装置数据整合到系统中，增加远程控制功能，在通道处采取加高措施。
参考文献
[1] 李峰，王战，范海东，等.基于机器人的电厂泵房无人值守系统应用研究[J].机器人技术与应用，2020（6）：37-41.
[2] 谢石木林.关于变电站无人巡检技术的探索[J].科技视界，2020（2）：98-101.
[3] 孙晓迪.智能巡检机器人在变电运行中的应用[D].济南：山东大学，2019.
[4] 姬鹏宇.无人值守变电站智能巡检机器人设计与运维[J].工业技术创新，2017，4（6）：36-40.
[5] 马一鸣.智能巡检机器人在无人值守变电站的应用[D].北京：华北电力大学，2017.
[6] 宋丹.500 kV智能变电站运行监控方案研究与应用[D].北京：华北电力大学，2017.