Automatyzacja inspekcji stacji przekształcającej: Jak robotyka zwiększa niezawodność i obniża koszty

1. Tło projektu i konieczność badań i rozwoju

Zaawansowane technologie i pogłębianie reform systemów energetycznych znacznie poprawiły poziom automatyzacji systemów energetycznych. Stacje przekształcają się w modele operacyjne "bez obsługi" lub "z mniejszą liczbą personelu". Obecnie stacje przede wszystkim polegają na funkcjach "Czterech Telemetrii" (Telemetria, Teleinformacja, Telesterowanie, Teleregulacja) i systemach SCADA do monitorowania sygnałów elektrycznych sprzętu. Jednak ten tradycyjny podejście nie może osiągnąć rzeczywistego czasu reakcji i świadomości fizycznego stanu sprzętu na miejscu (np. wygląd, temperatura, nietypowe dźwięki itp.).

Obecny model operacji i utrzymania ma oczywiste wady: gdy występuje异常，我将继续翻译，但请注意，根据您的要求，不应包含任何解释或注释。以下是完整的翻译：

Obecny model operacji i utrzymania ma oczywiste wady: gdy występuje awaria w stacji, dyspozytorzy muszą najpierw powiadomić zespół operacyjny stacji zlokalizowanej w odległości, aby dotarł na miejsce, a następnie zorganizować naprawy. Ten proces znacznie opóźnia eliminację defektów, wpływając na niezawodność dostawy energii i jakość usług. Ponadto, tradycyjne zdalne monitorowanie wideo realizuje tylko cyfrową transmisję audio i wideo, brakując inteligentnych analiz, i jest ograniczone przez stałe pole widzenia pojedynczych kamer i ograniczoną szerokość pasma sieci, co utrudnia masową implementację.

2. Ogólna struktura systemu robota

Ten system wykorzystuje dwuwarstwową architekturę "Stacja bazowa - Mobilny agent" do realizacji skoordynowanego zdalnego monitorowania i lokalnych inspekcji.

2.1 System stacji bazowej

System stacji bazowej jest wdrażany w centrum zdalnego monitorowania i pełni rolę rdzenia interakcji człowieka z maszyną oraz komend dla całego systemu.

2.2 System mobilnego agenta (ciało robota)

Mobilny agent to inteligentne urządzenie końcowe wykonujące zadania inspekcji na miejscu, posiadające wysoki stopień autonomii i adaptacji do środowiska.

• Projekt podstawy mobilnej: Wykorzystuje strukturę napędową różnicową czterokołową. Dwa przednie koła są niezależnie napędzane, każdy z osobnym silnikiem, umożliwiając elastyczne sterowanie różnicowe; dwa tylne koła to koła swobodne. Ta struktura oferuje korzyści takie jak dobra stabilność ruchu liniowego, mały promień skręcania (może obracać się wokół punktu środkowego przednich kół), duża adaptacja do drogi, brak poślizgu bocznego i prosta, niezawodna struktura.
• Podsystem kontroli ruchu: Jądro sprzętowe to główna płyta PC104, wyposażona w kartę sterowniczą PCL-839 i sterowniki silników. Ten podsystem odpowiada za wszystkie zachowania ruchowe robota. Otrzymując komendy od górno-poziomowego planisty i integrując model dynamiki pojazdu, dokładnie dekomponuje komendy prędkości na każdy silnik napędowy, osiągając płynną i precyzyjną kontrolę ruchu.
• Podsystem wykonywania zadań: Służy jako "zmysły" i "ręce" robota. Główne funkcje obejmują:
• Acquisicja danych: Integracja kamery CCD światła widzialnego, termowizora podczerwonego i wysokiej wydajności mikrofonu kierunkowego (MEMS) do zbierania danych obrazowych (światła widzialnego i podczerwonego) i dźwiękowych z urządzenia energetycznego.
• Automatyczne ładowanie: W stanie automatycznie wrócić do stacji ładowania do dokowania i ładowania, zapewniając nieprzerwaną pracę 7x24 godziny.

3. Kluczowe technologie i implementacja funkcji

3.1 Inteligentna technologia planowania ścieżki w czasie rzeczywistym

• Globalne planowanie ścieżki: Na podstawie predefiniowanej elektronicznej mapy stacji, oblicza optymalny sekwencję punktów zatrzymywania się sprzętu do odwiedzenia podczas zadania inspekcji i możliwe ścieżki według strategii takich jak "najkrótsza ścieżka", "najmniejsza liczba zakrętów" lub "kompleksowa optymalizacja".
• Lokalne planowanie ścieżki:
• Unikanie przeszkód: Wykorzystuje algorytm VFF (Histogram pola sił wirtualnych), połączony z danymi sensora takimi jak LiDAR, aby generować komendy unikania w czasie rzeczywistym, zapewniając bezpieczne nawigowanie w dynamicznym środowisku.
• Śledzenie linii: Używa klasycznego algorytmu PID do zapewnienia, że robot dokładnie śledzi预定路径。
• 环境适应： 使用EM算法和聚类算法处理传感器数据，有效拟合道路边界并克服定位偏差。

3.2 多模态设备检测与诊断系统

1. 远程红外监测与诊断系统
• 配置： 在线红外热像仪，包括图像采集、处理、显示、存储和报告生成模块。
• 功能： 自动检测设备表面温度，与预设阈值进行比较，并在检测到异常时立即触发声光报警；可以生成设备温度梯度图、温度-时间曲线等，辅助故障分析；使用图像压缩技术，支持调度中心同时监控多个变电站的实时红外流。
2. 远程图像监测与诊断系统
• 配置： 可见光CCD摄像机和视频服务器。
• 功能： 基站系统对返回的可见光图像进行智能分析（例如，差分图像分析、相关性分析），自动识别电力设备的外观状态和仪表读数。正常情况下自动切换监控点；仅在检测到异常时存储图像并触发警报，显著提高通道利用率和监控效果。
3. 远程声音监测与诊断系统
• 配置： 高性能定向MEMS麦克风。
• 功能： 实时收集设备运行噪声，压缩并回传。系统通过将实时噪声与历史正常数据进行比较，智能评估变压器等设备的运行状态和异常类型（如松动、放电），并为维护人员提供查询和分析的交互界面。
4. 移动物体入侵检测与报警系统
• 原理： 基于视频流移动目标检测算法，自动识别并提取视频中相对于背景移动的目标区域。
• 功能： 一旦检测到非法入侵等异常移动目标，系统立即触发警报并保存现场图像，为安全追溯提供证据，实现真正的无人值守安全监控。

4. 现场操作与应用结果

核心应用价值： 该机器人系统创新地将“非接触式移动检测”与现有变电站的“接触式固定监测”相结合，形成一个覆盖空间和状态的综合监测系统，有效弥补了传统巡检模式的不足。

运行结果：

• 显著提升安全性和可靠性： 能够及时检测到设备的热缺陷、表面异物、漏油和声音异常等潜在故障，消除事故隐患。
• 提高运维效率： 替代人工重复繁琐的常规巡检，为调度员提供实时准确的现场情况反馈，为应急决策提供关键数据支持，大幅缩短故障处理时间。
• 降低运营成本： 作为实现“无人值守”变电站模式的关键技术装备，帮助电力企业优化人力资源配置，降低长期运营成本。

3.2 System wielomodalnej detekcji i diagnostyki sprzętu

1. Zdalny system monitorowania i diagnostyki podczerwieni
• Konfiguracja: Online termowizor, zawiera moduły pozyskiwania, przetwarzania, wyświetlania, przechowywania i generowania raportów obrazów.
• Funkcje: Automatycznie wykrywa temperaturę powierzchni sprzętu, porównuje ją z predefiniowanymi progami i natychmiastowo wyzwala alarmy dźwiękowe/wizualne w przypadku wykrycia anomalii; może generować mapy gradientu temperatury sprzętu, krzywe temperatury-czasu itp., aby wspomóc analizę usterek; używa technologii kompresji obrazu do jednoczesnego monitorowania rzeczywistych strumieni podczerwieni z wielu stacji przekształtnikowych w centrum dyspozytornym.
2. Zdalny system monitorowania i diagnostyki obrazu
• Konfiguracja: Kamera CCD światła widzialnego i serwer wideo.
• Funkcje: System stacji bazowej wykonuje inteligentną analizę (np. analiza różnic obrazów, analiza korelacji) zwracanych obrazów światła widzialnego, aby automatycznie identyfikować stan wyglądu sprzętu energetycznego i odczyty instrumentów. W normalnych warunkach automatycznie przełącza punkty monitorowania; przechowuje obrazy i wyzwala alarmy tylko wtedy, gdy wykryte są anomalie, znacznie zwiększając wykorzystanie kanałów i efektywność monitorowania.
3. Zdalny system monitorowania i diagnostyki dźwięku
• Konfiguracja: Wysokowydajny kierunkowy mikrofon MEMS.
• Funkcje: Zbiera w czasie rzeczywistym hałas pracującego sprzętu, kompresuje go i przesyła z powrotem. System inteligentnie ocenia stan działania i typy anomalii (np. luz, wyładowanie) sprzętu, takiego jak transformator, porównując aktualny hałas z historycznymi danymi normalnymi, i zapewnia interfejs do zapytań i analizy dla personelu konserwacyjnego.
4. System wykrywania i alarmu intruzji poruszających się obiektów
• Zasada: Na podstawie algorytmów wykrywania ruchomych obiektów w strumieniu wideo, automatycznie identyfikuje i ekstrahuje obszary w wideo zawierające obiekty poruszające się względem tła.
• Funkcje: Po wykryciu anomalnego ruchomego obiektu, takiego jak nielegalna intruzja, system natychmiastowo wyzwala alarm i zapisuje obrazy z miejsca, dostarczając dowody do śledztwa bezpieczeństwa, umożliwiając prawdziwe monitorowanie bezpieczeństwa bez obsługi.

4. Wyniki działania i zastosowania w terenie

Podstawowa wartość zastosowania: Ten system robota innowacyjnie integruje "bezkontaktowe mobilne detekcje" z istniejącym "kontaktowym stałym monitorowaniem" w stacjach, tworząc kompleksowy system monitorowania, który obejmuje zarówno przestrzeń, jak i stan, skutecznie kompensując niedostatki tradycyjnych modeli inspekcji.

Wyniki działania:

• Znaczne zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności: W stanie szybko wykrywać potencjalne uszkodzenia, takie jak defekty termiczne, obce ciała na powierzchni, przecieki oleju i nietypowe dźwięki w sprzęcie, eliminując w zarodku wypadki.
• Poprawa efektywności operacji i konserwacji: Zastępuje manualne, powtarzalne i nużące rutynowe inspekcje i zapewnia dyspozytorom realne i dokładne informacje zwrotne na temat stanu terenu, dostarczając kluczowe dane do podejmowania decyzji w nagłych sytuacjach, znacznie redukując czas obsługi awarii.
• Zmniejszenie kosztów operacyjnych: Stanowi kluczowe technologiczne wyposażenie do realizacji modelu "bezobsługowej" stacji, pomagając przedsiębiorstwom energetycznym zoptymalizować alokację zasobów ludzkich i zmniejszyć długoterminowe koszty operacyjne.