基于智能机器人的变电设备联合巡检系统及其应用方法与流程

本发明涉及电力系统变电站运行维护技术领域，具体涉及一种基于智能机器人的变电设备联合巡检系统及其应用方法。

背景技术：

随着社会的不断发展，电力系统在人类社会中发挥着不可缺少的作用，安全稳定的电力供应是经济发展和社会稳定的前提和根本保证。变电站作为电力系统分配电能和对外输电的集结点，面临着高可靠性、高负荷密度和高电能质量的需求，使得变电站的运维检修工作成为保障电力系统安全运行的重要工作。

长期以来，我国变电站采用传统的人工巡检方式，存在人力投入大、工作效率低、受外部环境干扰、检测覆盖率低和质量分散等缺点。随着中国智能电网建设的逐渐深入，智能移动机器人在变电站得到了广泛的应用，既解决了电网规模持续增长与运检人员数量无法同步增长的矛盾，又能更显著地提高设备巡检质量与工作效率，减少操作人员的工作量与工作强度，利用巡检机器人代替人工巡检已是不争的发展趋势。

现有的变电站巡检机器人技术方案存在以下问题：1)巡检机器人通过在机器人上集成红外、可见光、环境等传感器完成温度、环境等参量的检测和表计识别功能，但没有充分利用现场已部署的监测装置作为巡检资源，巡检的数据不够全面，且受巡检场地限制存在检测盲区，监测的方法和区域有局限性。2)机器人巡检模式按照预先规划的巡检路线对变电站进行巡检，巡检模式单一，不具备根据设备运行情况动态调整巡检策略的能力。3)巡检机器人缺乏数据分析和诊断能力，将巡检收集的数据全部上传至主机再进行分析，无法根据数据分析结果在现场与传感器及辅助设备进行交互，降低了业务处理的实时性。4)巡检数据分散，缺乏统一管理路径，不能高效地对多源巡测数据进行综合分析。5)机器人的巡检任务由人工设定，巡检周期和间隔时间僵化，机器人长时间处于待命状态，设备利用率低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于智能机器人的变电设备联合巡检系统及其应用方法，本发明可通过机器人本体上的例如可见光摄像机、红外热像仪等监测设备检测变电设备的外观、温度和仪表数值，通过收集电气设备上或场区内部署的联合巡检装置的例如智能传感器、视频和在线监测装置等的监测数据获取变电设备运行状态数据，使巡检数据更加全面。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于智能机器人的变电设备联合巡检系统，包括巡检机器人、联合巡检装置、充电装置和集控平台，所述联合巡检装置固定安装在变电设备处且与巡检机器人通讯连接，所述巡检机器人和集控平台之间通过无线网络通讯连接，所述充电装置固定布置在所述巡检机器人的行程区域内以用于给巡检机器人充电，所述巡检机器人用于对变电设备进行巡检且收集联合巡检装置的变电设备监测数据、并通过无线方式将收集的监测数据上传至集控平台。

可选地，所述巡检机器人包括带有直行和转向行走功能的行走模块的机器人本体，所述机器人本体中设有传感模块、主控模块、运动控制模块、导航定位模块、通信模块、电源模块，所述电源模块的输出端分别与行走模块、传感模块、主控模块、运动控制模块、导航定位模块、通信模块相连，所述行走模块、传感模块、运动控制模块、导航定位模块、通信模块分别与主控模块相连，所述运动控制模块与行走模块相连。

可选地，所述传感模块包括可见光摄像机、红外热像仪、空间局放传感器、声音传感器中的至少一种，所述可见光摄像头的像头处安装有雨刷器，所述机器人本体中设有还设有云台，所述可见光摄像机、红外热像仪、空间局放传感器和声音传感器均安装在云台上，所述云台的控制端与运动控制模块相连，所述云台上安装有补光灯，所述补光灯的控制端与主控模块相连，所述补光灯的电源端与电源模块相连。

可选地，所述导航定位模块包括激光雷达、惯性导航系统和里程计中的至少一种。

可选地，所述联合巡检装置包括部署在变电设备上的设备状态智能传感器，以及部署在变电设备所在场区内的运行环境智能传感器、视频监测传感器、在线监测装置。

可选地，所述设备状态智能传感器包括高频电流智能传感器、特高频智能传感器、超声波智能传感器、温度智能传感器中的至少一种，所述运行环境智能传感器包括环境温湿度智能传感器、水浸智能传感器、噪声智能传感器中的至少一种，所述在线监测装置包括油色谱在线监测装置、避雷器在线监测装置、sf6在线监测装置中的至少一种。

此外，本发明还提供一种前述基于智能机器人的变电设备联合巡检系统的应用方法，实施步骤包括：

1)巡检机器人接收集控平台下达的规划巡检路线并启动巡检；

2)巡检机器人沿着规划巡检路线行走，且定时判断当前的位置是否到达规划巡检路线中的监测点，如果到达监测点则跳转执行步骤3)；否则继续跳转执行步骤2)；

3)巡检机器人按照该监测点预设的监测项目进行巡检作业，并向联合巡检装置发出采集指令采集联合巡检装置的监测数据；

4)巡检机器人将巡检作业的作业数据以及联合巡检装置的监测数据通过无线方式上传至集控平台。

可选地，步骤3)之后还包括进行本地消缺的步骤，详细步骤包括：

a1)对巡检作业的作业数据以及联合巡检装置的监测数据进行初步分析，判断是否存在异常数据，如果存在异常数据则跳转执行步骤a2)；否则结束并退出；

a2)针对每一项异常数据，启动该异常数据的二次数据采集，如果二次数据采集得到的数据仍然是异常数据则判定该监测点存在故障，并在该异常数据存在关联的本地消缺设备时启动关联的本地消缺设备进行联动实现本地消缺。

可选地，步骤4)之后还包括进行异常设备巡检的步骤，详细步骤包括：

b1)巡检机器人接收集控平台下达的异常设备信息；

b2)巡检机器人针对异常设备信息规划下一次巡检任务的规划巡检路线；

b3)巡检机器人判断当前的剩余电量是否能够满足下一次巡检任务的规划巡检路线的要求，如果能满足要求则结束并退出；否则返回充电装置处进行充电。

可选地，步骤b3)中返回充电装置处进行充电的充电时间t的函数表达式为：

上式中，a为预设的时间常数，c为巡检机器人巡检单位里程数所消耗的电量，d为巡检路线的里程数，bi为第i个电气设备巡检所消耗的电量，n为变电设备数量，a为巡检机器人的剩余电量，e为巡检机器人单位时间内的充电电量，k为冗余系数。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明包括巡检机器人、联合巡检装置、充电装置和集控平台，利用现场已部署的联合巡检装置与巡检机器人进行联合巡检，充分利用已有监测资源，补充巡检机器人的检测盲区，提高巡检数据的覆盖范围，提升数据的全面性和多样性，打破常规巡检的局限性。

2、本发明巡检机器人用于对变电设备进行巡检且收集联合巡检装置的变电设备监测数据、并通过无线方式将收集的监测数据上传至集控平台，使用巡检机器人对巡检数据进行规范收集及统一管理，实现数据集中管理和共享，为巡检数据实现综合分析提供数据基础，更全面地进行设备故障诊断，提高设备缺陷检出效率。

3、本发明可通过机器人本体上的监测设备检测变电设备的外观、温度和仪表数值，通过收集电气设备上或场区内部署的联合巡检装置的监测数据获取变电设备运行状态数据，使巡检数据更加全面。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例变电设备联合巡检系统的框架结构图；

图2为本发明实施例中巡检机器人的模块架构图；

图3为本发明实施例中主控模块收集联合巡检装置检测数据的方法示意图；

图4为本发明实施例变电设备联合巡检系统应用方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例基于智能机器人的变电设备联合巡检系统包括巡检机器人1、联合巡检装置2、充电装置3和集控平台4，联合巡检装置2固定安装在变电设备处且与巡检机器人1通讯连接，巡检机器人1和集控平台4之间通过无线网络通讯连接，充电装置3固定布置在巡检机器人1的行程区域内以用于给巡检机器人1充电，巡检机器人1用于对变电设备进行巡检且收集联合巡检装置2的变电设备监测数据、并通过无线方式将收集的监测数据上传至集控平台4。

如图2和图3所示，本实施例的巡检机器人1包括带有直行和转向行走功能的行走模块的机器人本体，机器人本体中设有传感模块11、主控模块12、运动控制模块13、导航定位模块14、通信模块15、电源模块16，电源模块16的输出端分别与行走模块、传感模块11、主控模块12、运动控制模块13、导航定位模块14、通信模块15相连，行走模块、传感模块11、运动控制模块13、导航定位模块14、通信模块15分别与主控模块12模块相连，运动控制模块13与行走模块相连。

本实施例中，巡检机器人1用于对变电站内的变电设备和运行环境进行巡检，在变电站内按照预设的巡检路线运动，停靠监测点并收集联合巡检装置2的监测数据，接收集控平台4发出的控制指令，通过无线方式将收集的数据上传至集控平台4。

本实施例中，巡检机器人1在巡检过程中可以对智能传感器进行采集参数配置、程序升级，具体原理是巡检机器人接收集控平台的传感器配置信息、程序信息，在巡检过程中通过无线方式对传感器下发写配置指令和软件升级指令。

本实施例中，检机器人1基于边缘计算技术，承载轻量化的计算功能，筛选异常数据上传至集控平台，并对异常数据进行初步分析，通过差异化阈值对比算法判断设备是否攒在异常情况，与传感器或辅助设备进行联动，比如当检测数据异常时可控制传感器进行数据二次采集；当环境温湿度、气体浓度异常时启动空调、风机等辅助设备，调节环境参量。

本实施例中行走模块包括两对行走轮和用于驱动行走轮的驱动电机、以及用于定位的电子抱刹，每一对行走轮通同步转动可实现直行、差速行走可实现转弯。此外，也可以采用履带来代替行走轮，同样也可以实现机器人本体的行走功能。

本实施例中，传感模块11包括可见光摄像机、红外热像仪、空间局放传感器、声音传感器(也可以根据需要采用其中的至少一种)，可见光摄像头的像头处安装有雨刷器(可实现雨天作业或雾天作业)，机器人本体中设有还设有云台，可见光摄像机、红外热像仪、空间局放传感器和声音传感器均安装在云台上，云台的控制端与运动控制模块13相连，云台上安装有补光灯(可实现夜间检测和暗光环境检测)，补光灯的控制端与主控模块12相连，补光灯的电源端与电源模块16相连。其中，可见光摄像机用于拍摄设备外观和仪表数据的图片，红外热像仪用于检测变电设备表面的温度，空间局放传感器用于检测变电设备周围空间的局放干扰特高频信号，声音传感器用于检测变电设备的噪音及现场声音，云台用于承载可见光摄像机、红外热像仪、空间局放传感器和声音传感器，实现变电设备关键部位、最佳角度的巡检，本实施例中为可见光摄像机和红外热像仪等提供水平0°～360°、垂直-30°～90°的运动范围，确保具有宽阔的成像范围，防止产生成像死角。传感模块11将采集的数据传给主控模块12，主控模块12对数据进行处理分析后通过通信模块15上传至集控平台4。

本实施例中，主控模块12用于完成监测数据的收集和存储，可对收集的数据进行分析，可通过阈值对比初步判断设备异常情况，并在巡检结束后根据设备运行情况动态调节下次巡检的策略，将巡检路径上传至集控平台4进行确认和展示；接收集控平台4传至通信模块15的指令，将指令传输至指定模块，实现巡检机器人的远程控制。

本实施例中，运动控制模块13用于控制机器人本体的直行和转向运行、云台的运动，实现巡检机器人的车体及云台运行状态的控制功能，将车体及云台状态信息上传至集控平台4。

本实施例中，导航定位模块14包括激光雷达、惯性导航系统和里程计(也可以根据需要采用其中的至少一种)，通过上述方式可实现多种方式的自主导航定位得到机器人本体的位置信息，定位精度高，环境适应能力强，能够实现对实现巡检机器人1按照预设路线和停靠位置的自主行走和停靠。

本实施例中，通信模块15用于接收集控平台4的操作指令，接收联合巡检装置2上传的数据，上传采集的数据和位置信息等至集控平台4。

本实施例中，电源模块16用于为各模块供电，并进行电池管理。

此外，本实施例中巡检机器人1还具备对自身以及联合巡检装置2的各项传感器进行采集控制、采集参数配置、校时、程序升级功能。

本实施例中，联合巡检装置2用于配合巡检机器人1对设备状态、运行环境等进行联合巡检，联合巡检装置2包括部署在变电设备上的设备状态智能传感器，以及部署在变电设备所在场区内的运行环境智能传感器21、视频监测传感器22、在线监测装置23。

本实施例中，设备状态智能传感器包括高频电流智能传感器、特高频智能传感器、超声波智能传感器、温度智能传感器(也可以根据需要采用其中的至少一种)，运行环境智能传感器21包括环境温湿度智能传感器、水浸智能传感器、噪声智能传感器(也可以根据需要采用其中的至少一种)，在线监测装置23包括油色谱在线监测装置、避雷器在线监测装置、sf6在线监测装置(也可以根据需要采用其中的至少一种)。

如图3所示，本实施例的主控模块12收集联合巡检装置2的监测数据的方法如下：1、对于运行环境智能传感器21，当巡检机器人1到达其检测对象的巡视点后，巡检机器人1唤醒运行环境智能传感器21进行数据采集，主控模块12通过通信模块15向设备状态智能传感器和运行环境智能传感器21发送数据采集唤醒指令，运行环境智能传感器21在休眠模式下接收到唤醒指令后进入采集模式开启数据采集，并将采集的数据从模拟信号转换成数字信号，通过无线方式将传感器监测数据上传给巡检机器人1的通信模块15。2、对于视频监测传感器22，可利用其专有视角拍摄巡检机器人1上可见光摄像机的监测盲区，主控模块12通过通信模块15向视频监测传感器发送巡视指令，视频监测传感器收到巡视指令后根据预设的点位对关键巡视点进行定点拍照，并将图像数据通过无线方式上传给巡检机器人的通信模块15，弥补巡检机器人的检测盲区；3、对于在线监测装置23，由于一些在线监测装置监测周期较长，故仅收集最近一次监测数据；主控模块12通过通信模块15向在线监测装置发送数据上传指令将最新一条监测数据通过无线方式上传给巡检机器人的通信模块15，充分利用现场的监测装置，使巡检的数据更加全面。

本实施例中，充电装置3用于对巡检机器人进行充电，巡检机器人完成巡检任务后通过计算剩余电量判断是否需要充电。

本实施例中，集控平台4用于监控巡检机器人1的运行情况，对检测的数据进行分析、管理和展示，对巡检模式进行管控，展示巡检机器人的巡检路线，通过集控平台4可人工控制巡检机器人进行巡检工作。联合巡检系统通过自主运动的巡检机器人1在变电站内进行巡检，获取站内已部署监测装置的数据和巡检机器人自身搭载监测传感器的数据，通过集控平台4对采集的多源数据进行综合分析，判断变电设备的运行状态，评估变电设备的健康水平。

综上所述，本实施例前述基于智能机器人的变电设备联合巡检系统包括巡检机器人1、联合巡检装置2、充电装置3和集控平台4，其中巡检机器人1用于对变电站进行巡检，收集联合巡检装置的监测数据，通过无线方式将收集的数据上传至集控平台4；联合巡检装置2用于配合巡检机器人对设备状态、运行环境等进行联合巡检，包括智能传感器、视频监测传感器和在线监测装置；充电装置3用于对巡检机器人进行充电；集控平台4用于监控巡检机器人运行，对检测的数据进行分析、管理和展示，对巡检模式进行管控。本实施例可充分利用已有监测资源，提升数据的全面性和多样性，动态调整巡检任务，提高机器人的利用率，为设备状态的综合分析提供数据基础，提高设备缺陷检出效率。

此外，参见图4，本实施例还提供一种前述基于智能机器人的变电设备联合巡检系统的应用方法，实施步骤包括：

1)巡检机器人1接收集控平台4下达的规划巡检路线并启动巡检；

2)巡检机器人1沿着规划巡检路线行走，且定时判断当前的位置是否到达规划巡检路线中的监测点，如果到达监测点则跳转执行步骤3)；否则继续跳转执行步骤2)；

3)巡检机器人1按照该监测点预设的监测项目进行巡检作业，并向联合巡检装置2发出采集指令采集联合巡检装置2的监测数据；

4)巡检机器人1将巡检作业的作业数据以及联合巡检装置2的监测数据通过无线方式上传至集控平台4。

本实施例步骤3)之后还包括进行本地消缺的步骤，详细步骤包括：

a1)对巡检作业的作业数据以及联合巡检装置2的监测数据进行初步分析，判断是否存在异常数据，如果存在异常数据则跳转执行步骤a2)；否则结束并退出；

a2)针对每一项异常数据，启动该异常数据的二次数据采集，如果二次数据采集得到的数据仍然是异常数据则判定该监测点存在故障，并在该异常数据存在关联的本地消缺设备时启动关联的本地消缺设备进行联动实现本地消缺。

本实施例中，巡检机器人1采用边缘计算技术实现对数据进行筛选和初步诊断分析功能，即先自行进行数据进行筛选和分析功能确定异常的数据，然后再将异常的数据上传至集控平台4，缓解集控平台4的平台数据压力；且通过对数据进行初步诊断分析，在现场实现与传感器、辅助设备的智能联动，提高业务处理的实时性，提升巡检系统的智能化水平。

参见图4，本实施例步骤4)之后还包括进行异常设备巡检的步骤，详细步骤包括：

b1)巡检机器人1接收集控平台4下达的异常设备信息；

b2)巡检机器人1针对异常设备信息规划下一次巡检任务的规划巡检路线；

b3)巡检机器人1判断当前的剩余电量是否能够满足下一次巡检任务的规划巡检路线的要求，如果能满足要求则结束并退出；否则返回充电装置3处进行充电。

通过上述步骤，使得本实施例可根据巡检数据的分析结果对异常设备制定巡检路线，并根据剩余电量调节巡检周期和间隔时间，根据常规巡检得到的设备运行情况动态调整巡检任务，提高巡检的灵活性和及时性，提高机器人的利用率。

本实施例步骤b3)中返回充电装置3处进行充电的充电时间t的函数表达式为：

上式中，a为预设的时间常数，c为巡检机器人巡检单位里程数所消耗的电量(可根据历史巡检记录进行估算)，d为巡检路线的里程数，bi为第i个电气设备巡检所消耗的电量(可根据历史巡检记录进行估算)，n为变电设备数量，a为巡检机器人的剩余电量，e为巡检机器人单位时间内的充电电量，k为冗余系数。本实施例中，充电时间t的单位为小时，预设的时间常数a为1小时，冗余系数k取值1.2，此外也可以根据经验进行调整上述常数数值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。