Automatisering af understationsinspektion: Hvordan robotteknologi forbedrer pålidelighed og reducerer omkostninger

1. Projektbaggrund og nødvendighed for forskning og udvikling

Mit teknologiske fremskridt og dybere reformer i strømsystemet har betydeligt forbedret automatiseringsniveauet i strømsystemer. Understations er i gang med at bevæge sig mod "ubemandede" eller "med færre personer på vagt" driftsmodeller. I øjeblikket afhænger understationer hovedsageligt af de "fire fjernovervågningsfunktioner" (telemetri, telesignalering, telekontrol, teleregulering) og SCADA-systemer til overvågning af udstyrset elektriske signaler. Dog kan denne traditionelle metode ikke opnå reel-tidsbevidsthed og -forståelse af udstyrets fysiske status på stedet (som udseende, temperatur, usædvanlige lyde osv.).

Den nuværende drifts- og vedligeholdelsesmodel har klare svagheder: når der opstår en fejl i en understation, skal koordinatorer først informere de fjerntilbageværende understationsteam om at rejse til stedet, og derefter organisere reparationer. Dette proces forsinkes betydeligt tiden det tager at eliminere defekter, hvilket påvirker strømforsyningens pålidelighed og servicekvalitet. Desuden realiserer den traditionelle fjernvideoovervågning kun digital overførsel af lyd og video, mangler intelligente analyser, og er begrænset af de faste synsfelter fra enkeltkameraer og begrænset netværksbåndbredde, hvilket gør det svært at implementere på storskala.

2. Samlet robot systemstruktur

Dette system anvender en tolaget "basestation-mobilt agent" arkitektur for at opnå koordineret fjernovervågning og lokal inspektion.

2.1 Basestationssystem

Basestationssystemet er installeret i den fjerntilbageværende overvågningscenter og fungerer som menneske-maskine interaktion og kommandocenter for hele systemet.

2.2 Mobilagent System (Robot Krop)

Mobilagenten er en intelligent terminal, der udfører lokale inspektionsopgaver, og har en høj grad af autonomi og miljøtilpasningsevne.

• Mobil Chassis Design: Bruger en firehjulet differentiel drivstruktur. De to forreste hjul er uafhængigt drevne hjul, hver drevet af en separat motor, hvilket giver fleksibel differential styring; de to bagste hjul er kasterhjul. Denne struktur har fordele som god linjebevægelses stabilitet, lille drejningsradius (kan dreje omkring front-hjules centrum), stærk vejtilpasning, ingen sideslip, og en simpel, pålidelig struktur.
• Bevægelseskontrol subsystem: Hardwarekerne er en PC104 mainboard, udstyret med en PCL-839 bevægelseskontrolkort og motordriver. Dette subsystem er ansvarlig for alle robottens bevægelsesadfærd. Ved at modtage kommandoer fra den øverste planlægger og integrere køretøjets dynamiske model, dekomponerer det præcist hastighedskommandoer til hvert drivmotor, hvilket resulterer i glat og præcis bevægelseskontrol.
• Opgaveudførelses subsystem: Fungerer som robottens "sanser" og "hænder". Kernefunktioner inkluderer:
• Dataindsamling: Integrerer et synligt lys CCD-kamera, en infrarød varmebilledekamera, og en højprestationeret rettet mikrofon (MEMS) til indsamling af billeder (synligt og infrarød) og lyddata fra strømudstyr.
• Automatisk opladning: Kan automatisk returnere til opladningsdock for opladning, der sikrer 7x24 timer ubrudt drift.

3. Kerne teknologier og funktionelle implementeringer

3.1 Intelligent reel-tids ruteplanlægningsteknologi

• Global ruteplanlægning: Baseret på en forudindstillet elektronisk kort af understation, beregner den den optimale sekvens af udstyr stoppunkter at besøge under en inspektionsopgave og mulige ruter ifølge strategier som "den korteste rute", "færrest vendepunkter", eller "kompleks optimalt."
• Lokal ruteplanlægning:
• Hindrissundgåelse: Anvender VFF (Virtual Force Field Histogram) algoritmen, kombineret med sensor data som LiDAR, for at generere reel-tids undgåelseskommandoer, der sikrer sikker navigation i dynamiske miljøer.
• Linjesporing: Bruger den klassiske PID kontrolalgoritme for at sikre, at robotten følger forudbestemte ruter præcist.
• Miljøtilpasning: Anvender EM algoritmen og clustering algoritmer til at behandle sensordata, effektivt tilpasning af vejgrænser og overvinde positionering afvigelse.

3.2 Flersensorisk udstyr overvågning og diagnosticeringssystem

1. Fjern infrarød overvågning og diagnosticeringssystem
• Konfiguration: Online infrarød varmebilledkamera, inkluderer billedindsamling, behandling, visning, lagring, og rapportgenerering moduler.
• Funktioner: Automatisk detekterer udstyrsoverflade temperatur, sammenligner den med forudindstillede grænser, og udløser lyd/visuel alarm umiddelbart, når anomalier opdages; kan generere udstyr temperatur gradient kort, temperatur-tid kurver osv., for at hjælpe med fejlfinding; bruger billedkomprimering teknologi til at støtte samtidig overvågning af reel-tids infrarød feeds fra flere understationer i koordinatorcentret.
2. Fjern billed overvågning og diagnosticeringssystem
• Konfiguration: Synligt lys CCD-kamera og video server.
• Funktioner: Basestationssystemet udfører intelligent analyse (f.eks. differensbilledanalyse, korrelationsanalyse) på de returnerede synlige lysbilleder for automatisk at identificere udstyr udseende status og instrument læsninger. Normalt skifter det automatisk overvågning punkter; det gemmer kun billeder og udløser alarmer, når anomalier opdages, hvilket betydeligt forbedrer kanalkapacitet og overvågning effektivitet.
3. Fjern lyd overvågning og diagnosticeringssystem
• Konfiguration: Højprestationeret rettet MEMS mikrofon.
• Funktioner: Indsamler udstyr driftslyd i reel tid, komprimerer det, og sender det tilbage. Systemet vurderer intelligent udstyr driftsstatus og anomali typer (f.eks. løsning, udslip) ved at sammenligne reel-tids lyd med historisk normal data, og tilbyder en interaktiv interface for vedligeholdelsespersonale at forespørge og analysere.
4. Bevægeligt objekt intrusion detektion og alarm system
• Princip: Baseret på video stream bevægeligt mål detektionsalgoritmer, automatisk identificerer og ekstraherer områder i video, der indeholder objekter, der befinder sig i forhold til baggrunden.
• Funktioner: Når et abnormt bevægeligt mål, som ulovlig intrusion, opdages, udløser systemet umiddelbart en alarm og gemmer stedlige billeder, der giver bevis for sikkerhedssporing, hvilket gør det muligt for virkelig ubemandet sikkerheds overvågning.

4. Felt drift og anvendelsesresultater

Kerne anvendelsesværdi: Dette robot system integrerer innovative "ikke-kontakt mobil overvågning" med eksisterende "kontakt-baseret fast overvågning" i understationer, danner et omfattende overvågningssystem, der dækker både rum og status, effektivt kompenserer for svagheder i traditionelle inspektionsmodeller.

Driftsresultater:

• Betydeligt forbedret sikkerhed og pålidelighed: Kan hurtigt detektere potentielle fejl som termiske defekter, overflade fremmede genstande, olieudløb, og lydanomalier i udstyr, eliminerer ulykker i deres barndom.
• Forbedret drifts- og vedligeholdelseseffektivitet: Erstatter manuelle gentagne og kedelige rutineinspektioner, og giver koordinatorer reel-tids og præcis feedback på stedets forhold, tilbyder vigtig datastøtte til nødsituationer beslutningstagning, betydeligt reducerer fejlbehandlings tid.
• Nedsat driftsomkostninger: Funktionerer som nøgle teknologisk udstyr for at realisere "ubemandet" understation model, hjælper strømforsyningsvirksomheder med at optimere humanressource allokerings og reducere langsigtede driftsomkostninger.