Automatización da inspección de subestacións: Como a robótica aumenta a fiabilidade e reduce os custos

1. Contexto do proxecto e necesidade de I+D

Con os avances tecnolóxicos e a profundización das reformas do sistema eléctrico, o nivel de automatización dos sistemas eléctricos mellorou significativamente. As subestacións están evolucionando cara a modelos operativos de "sin personal" ou "con menos persoal de servizo". Actualmente, as subestacións dependen principalmente das funcións "Catas telemáticas" (Telemedición, Telesinalización, Telecontrol, Teleregulación) e dos sistemas SCADA para monitorizar as sinais eléctricos do equipo. No entanto, esta aproximación tradicional non pode lograr unha percepción e consciencia en tempo real do estado físico no local do equipo (como a apariencia, a temperatura, sons anómalos, etc.).

O modelo actual de operación e mantemento ten obvias deficiencias: cando ocorre unha anomalia nunha subestación, os despachadores deben primeiro notificar aos equipos de operación remota da subestación para que viaxe ao local, e despois organizar as reparacións. Este proceso retarda significativamente o tempo de eliminación de defectos, afectando a fiabilidade do suministro eléctrico e a calidade do servizo. Ademais, a monitorización remota de vídeo tradicional só realiza a transmisión digital de audio e vídeo, carece de capacidades de análise inteligente, e está limitada polo campo de visión fixo das cámaras individuais e pola anchura de banda limitada da rede, facendo difícil a súa implementación a gran escala.

2. Estrutura xeral do sistema de robots

Este sistema adopta unha arquitectura de dúas capas "Base-Mobility Agent" para lograr unha monitorización remota coordinada e operacións de inspección no local.

2.1 Sistema de base

O sistema de base está implantado no centro de monitorización remota e serve como o núcleo de interacción humano-máquina e comando do sistema completo.

2.2 Sistema de Mobility Agent (corpo do robot)

O mobility agent é un terminal intelixente que realiza tarefas de inspección no local, posuindo un alto grao de autonomía e adaptabilidade ao medio ambiente.

• Deseño de chás móbil: Utiliza unha estrutura de tracción diferencial de catro rodas. As dúas rodas frontais son rodas propulsoras independentes, cada unha alimentada por un motor separado, permitindo un giro diferencial flexible; as dúas rodas traseras son rodas giratorias. Esta estrutura ofrece vantaxes como boa estabilidade de movemento en liña recta, pequeno raio de giro (pode pivotar ao redor do punto central das rodas frontais), forte adaptabilidade ao camiño, sen deriva lateral, e unha estrutura simple e fiable.
• Subsistema de control de movemento: O núcleo de hardware é unha placa principal PC104, equipada cunha tarxeta de control de movemento PCL-839 e controladores de motores. Este subsistema é responsable de todos os comportamentos de movemento do robot. Ao recibir comandos do planeador superior e integrar o modelo dinámico do vehículo, descompón precisamente os comandos de velocidade a cada motor propulsor, logrando un control de movemento suave e preciso.
• Subsistema de execución de tarefas: Serve como os "sentidos" e "mans" do robot. As funcións nucleares inclúen:
• Adquisición de datos: Integra unha cámara CCD de luz visible, unha cámara térmica infravermella e un micrófono direccional de alto rendemento (MEMS) para recopilar datos de imaxe (visible e infravermella) e son do equipo de enerxía.
• Carga automática: Capaz de volver automaticamente ao dock de carga para acoplarse e cargar, garantindo un funcionamento ininterrumpido 7x24 horas.

3. Tecnoloxías nucleares e implementación de funcións

3.1 Tecnoloxía de planificación de ruta en tempo real intelixente

• Planificación de ruta global: Basada nun mapa electrónico preestablecido da subestación, calcula a secuencia óptima de puntos de parada do equipo para visitar durante unha tarefa de inspección e rutas factibles segundo estratexias como "ruta máis curta", "menos giros" ou "óptimo comprensivo".
• Planificación de ruta local:
• Evitación de obstáculos: Emprega o algoritmo VFF (Histograma de Campo de Forza Virtual), combinado cos datos de sensores como LiDAR, para xerar comandos de evitación en tempo real, asegurando a navegación segura en medios dinámicos.
• Seguimento de liña: Usa o algoritmo clásico de control PID para asegurar que o robot siga con precisión as rutas predeterminadas.
• Adaptación ao medio ambiente: Aplica o algoritmo EM e algoritmos de agrupación para procesar os datos de sensores, eficazmente ajustando os límites da estrada e superando as desviacións de posicionamento.

3.2 Sistema de detección e diagnóstico multimodal de equipos

1. Sistema de monitorización e diagnóstico remoto infravermello
• Configuración: Cámara térmica infravermella en liña, inclúe módulos de adquisición de imaxe, procesamento, visualización, almacenamiento e xeración de informes.
• Funcións: Detecta automaticamente a temperatura da superficie do equipo, compáraa con umbrais preestablecidos, e dispara alarmas audibles/visuais inmediatamente ao detectar anomalias; pode xerar mapas de gradiente de temperatura do equipo, curvas de temperatura-tempo, etc., para axudar na análise de fallos; usa tecnoloxía de compresión de imaxes para admitir a monitorización simultánea de transmisiones infravermellas en tempo real desde múltiples subestacións no centro de despacho.
2. Sistema de monitorización e diagnóstico remoto de imaxes
• Configuración: Cámara CCD de luz visible e servidor de vídeo.
• Funcións: O sistema de base realiza unha análise intelixente (por exemplo, análise de imaxe de diferenza, análise de correlación) sobre as imaxes de luz visible devoltadas para identificar automaticamente o estado da apariencia do equipo de enerxía e as lecturas de instrumentos. Normalmente, cambia automaticamente os puntos de monitorización; só almacena imaxes e dispara alarmas cando se detectan anomalias, mellorando significativamente a utilización do canal e a efectividade da monitorización.
3. Sistema de monitorización e diagnóstico remoto de son
• Configuración: Micrófono direccional de alto rendemento MEMS.
• Funcións: Recolle o ruído de funcionamento do equipo en tempo real, comprime e envía de volta. O sistema avalía intelixentemente o estado de funcionamento e os tipos de anomalias (por exemplo, afloxacendo, descarga) do equipo como transformadores comparando o ruído en tempo real cos datos históricos normais, e proporciona unha interface interactiva para que o persoal de mantemento consulte e analice.
4. Sistema de detección e alarma de intrusión de obxectos móviles
• Principio: Basado en algoritmos de detección de obxectos móviles en fluxos de vídeo, identifica e extrae automaticamente áreas no vídeo que conteñan obxectos movéndose en relación co fondo.
• Funcións: Unha vez detectado un obxecto móbil anómalo, como unha intrusión ilegal, o sistema dispara inmediatamente unha alarma e garda imaxes no local, proporcionando probas para a traza de seguridade, permitindo unha monitorización de seguridade sin personal verdadeira.

4. Operacións de campo e resultados da aplicación

Valor de aplicación central: Este sistema de robots integra innovadoramente a "detección móvil sin contacto" coa "monitorización fija baseada en contacto" existente nas subestacións, formando un sistema de monitorización comprehensivo que abarca tanto o espazo como o estado, compensando eficazmente as debilidades dos modelos de inspección tradicionais.

Resultados operativos:

• Mellora significativa da seguridade e fiabilidade: Capaz de detectar promptamente potenciais fallos como defectos térmicos, obxectos extranxeiros na superficie, fugas de aceite e anomalias sonoras no equipo, eliminando accidentes en súa infancia.
• Mellora da eficiencia de operación e mantemento: Substitúe as inspeccións rutinarias repetitivas e tediosas realizadas manualmente, e proporciona a despachadores unha retroalimentación en tempo real e precisa das condicións no local, ofrecendo un soporte de datos crucial para a toma de decisións de emerxencia, reducindo substancialmente o tempo de manexo de fallos.
• Reducción de custos operativos: Serve como equipo tecnolóxico clave para realizar o modelo de subestación "sin personal", axudando ás empresas de enerxía a optimizar a asignación de recursos humanos e reducir os custos operativos a longo prazo.