Automatisation de l'inspection des postes électriques : Comment la robotique améliore la fiabilité et réduit les coûts

1. Contexte du projet et nécessité de la R&D

Avec les progrès technologiques et l'approfondissement des réformes du système électrique, le niveau d'automatisation des systèmes électriques a considérablement augmenté. Les postes électriques évoluent vers des modèles opérationnels "sans personnel" ou "avec moins de personnel". Actuellement, les postes électriques dépendent principalement des fonctions "Quatre Télé" (télémétrie, télésignalisation, télécommande, télérégulation) et des systèmes SCADA pour surveiller les signaux électriques des équipements. Cependant, cette approche traditionnelle ne permet pas une perception et une prise de conscience en temps réel de l'état physique sur site des équipements (comme l'apparence, la température, les bruits anormaux, etc.).

Le modèle actuel d'exploitation et de maintenance présente des lacunes évidentes : lorsqu'une anomalie se produit dans un poste électrique, les dispatcheurs doivent d'abord informer les équipes d'exploitation à distance qui se rendent sur le site, puis organiser les réparations. Ce processus retarde considérablement le temps d'élimination des défauts, affectant la fiabilité de l'alimentation électrique et la qualité du service. De plus, la surveillance vidéo à distance traditionnelle ne réalise que la transmission numérique de l'audio et de la vidéo, manque de capacités d'analyse intelligente et est limitée par le champ de vision fixe des caméras individuelles et la bande passante réseau limitée, ce qui rend difficile son déploiement à grande échelle.

2. Structure globale du système robotique

Ce système adopte une architecture en deux couches "Station de base - Agent mobile" pour réaliser une surveillance à distance coordonnée et des opérations d'inspection sur site.

2.1 Système de la station de base

Le système de la station de base est déployé au centre de surveillance à distance et sert de noyau d'interaction homme-machine et de commande pour l'ensemble du système.

2.2 Système d'agent mobile (corps du robot)

L'agent mobile est un terminal intelligent qui effectue des tâches d'inspection sur site, possédant un degré élevé d'autonomie et d'adaptabilité environnementale.

• Conception du châssis mobile : Utilise une structure de propulsion différentielle à quatre roues. Les deux roues avant sont des roues motrices indépendantes, chacune alimentée par un moteur séparé, permettant une direction différentielle flexible ; les deux roues arrière sont des roues pivotantes. Cette structure offre des avantages tels qu'une bonne stabilité de mouvement en ligne droite, un rayon de braquage réduit (peut pivoter autour du point central des roues avant), une forte adaptabilité aux routes, pas de glissement latéral, et une structure simple et fiable.
• Sous-système de contrôle de mouvement : Le cœur matériel est une carte mère PC104, équipée d'une carte de contrôle de mouvement PCL-839 et de pilotes de moteurs. Ce sous-système est responsable de tous les comportements de mouvement du robot. En recevant des commandes du planificateur supérieur et en intégrant le modèle dynamique du véhicule, il décompose précisément les commandes de vitesse vers chaque moteur de propulsion, assurant un contrôle de mouvement fluide et précis.
• Sous-système d'exécution des tâches : Sert de "sens" et de "mains" du robot. Les fonctions principales incluent :
• Acquisition de données : Intègre une caméra CCD à lumière visible, un imager thermique infrarouge et un microphone directionnel haute performance (MEMS) pour collecter des données d'image (visible et infrarouge) et de son provenant des équipements électriques.
• Recharge automatique : Capable de retourner automatiquement au dock de recharge pour se recharger, assurant une opération ininterrompue 7j/7 et 24h/24.

3. Technologies clés et mise en œuvre des fonctionnalités

3.1 Technologie de planification de parcours en temps réel intelligente

• Planification de parcours globale : Basée sur une carte électronique préétablie du poste électrique, calcule la séquence optimale des points d'arrêt des équipements à visiter lors d'une tâche d'inspection et les chemins possibles selon des stratégies comme "le chemin le plus court", "le moins de virages" ou "l'optimum global".
• Planification de parcours locale :
• Évitement d'obstacles : Emploie l'algorithme VFF (Histogramme de champ de force virtuel), combiné avec des données de capteurs comme le LiDAR, pour générer des commandes d'évitement en temps réel, assurant une navigation sûre dans des environnements dynamiques.
• Suivi de ligne : Utilise l'algorithme de contrôle PID classique pour assurer que le robot suit précisément les itinéraires prédéfinis.
• Adaptation à l'environnement : Applique l'algorithme EM et des algorithmes de regroupement pour traiter les données des capteurs, ajustant efficacement les limites de la route et surmontant les écarts de positionnement.

3.2 Système de détection et de diagnostic multimodal des équipements

1. Système de surveillance et de diagnostic infrarouge à distance
• Configuration : Imager thermique infrarouge en ligne, incluant des modules d'acquisition, de traitement, d'affichage, de stockage et de génération de rapports d'images.
• Fonctions : Détecte automatiquement la température de surface des équipements, la compare avec des seuils prédéfinis et déclenche immédiatement des alarmes sonores et visuelles en cas d'anomalie ; peut générer des cartes de gradient de température des équipements, des courbes de température-temps, etc., pour aider à l'analyse des pannes ; utilise la technologie de compression d'images pour soutenir la surveillance simultanée de flux infrarouges en temps réel de plusieurs postes électriques depuis le centre de dispatching.
2. Système de surveillance et de diagnostic d'images à distance
• Configuration : Caméra CCD à lumière visible et serveur vidéo.
• Fonctions : Le système de la station de base effectue une analyse intelligente (par exemple, analyse d'images de différence, analyse de corrélation) sur les images à lumière visible renvoyées pour identifier automatiquement l'état d'apparence des équipements électriques et les lectures d'instruments. Normalement, il change automatiquement les points de surveillance ; il ne stocke des images et ne déclenche des alarmes que lorsque des anomalies sont détectées, améliorant considérablement l'utilisation des canaux et l'efficacité de la surveillance.
3. Système de surveillance et de diagnostic sonore à distance
• Configuration : Microphone directionnel haute performance MEMS.
• Fonctions : Collecte en temps réel les bruits d'exploitation des équipements, les compresse et les transmet. Le système évalue intelligemment l'état d'exploitation et les types d'anomalies (par exemple, desserrage, décharge) des équipements tels que les transformateurs en comparant les bruits en temps réel avec les données normales historiques, et fournit une interface interactive pour que le personnel de maintenance puisse consulter et analyser.
4. Système de détection et d'alarme d'intrusion d'objets mobiles
• Principe : Basé sur des algorithmes de détection de cibles mobiles dans le flux vidéo, identifie et extrait automatiquement les zones de la vidéo contenant des objets en mouvement par rapport à l'arrière-plan.
• Fonctions : Dès qu'une cible mobile anormale, comme une intrusion illégale, est détectée, le système déclenche immédiatement une alarme et enregistre des images sur site, fournissant des preuves pour le suivi de la sécurité, permettant une véritable surveillance de sécurité sans personnel.

4. Résultats d'exploitation et d'application sur le terrain

Valeur d'application centrale : Ce système robotique intègre de manière innovante la "détection mobile sans contact" avec la "surveillance fixe basée sur le contact" existante dans les postes électriques, formant un système de surveillance complet couvrant à la fois l'espace et l'état, compensant efficacement les lacunes des modèles d'inspection traditionnels.

Résultats d'exploitation :

• Amélioration significative de la sécurité et de la fiabilité : Capable de détecter rapidement des défauts potentiels tels que des défauts thermiques, des objets étrangers à la surface, des fuites d'huile et des anomalies sonores des équipements, éliminant les accidents dès leur début.
• Amélioration de l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance : Remplace les inspections routinières manuelles répétitives et fastidieuses, et fournit aux dispatcheurs des retours en temps réel et précis sur les conditions sur site, offrant un support de données crucial pour la prise de décision en cas d'urgence, réduisant considérablement le temps de traitement des pannes.
• Réduction des coûts d'exploitation : Sert d'équipement technologique clé pour réaliser le modèle de poste électrique "sans personnel", aidant les entreprises électriques à optimiser l'allocation des ressources humaines et à réduire les coûts d'exploitation à long terme.