Automatisering av anläggningsinspektion: Hur robotteknik ökar tillförlitligheten och minskar kostnader

1. Projektbakgrund och nödvändighet för forskning och utveckling

Med teknologisk framsteg och djupgående reformer av elkraftsystem har automatiseringsnivån i elkraftsystem betydligt ökat. Transformeringsstationer går mot "obemannade" eller "färre personer på plats"-operativa modeller. För närvarande beror transformeringsstationer huvudsakligen på de "fyra telemetrikfunktionerna" (telemetri, teleindikation, telekontroll, teleredanordning) och SCADA-system för att övervaka utrustnings elektriska signaler. Men denna traditionella metod kan inte uppnå realtidsuppfattning och medvetenhet om utrustningens fysiska tillstånd på plats (som utseende, temperatur, ovanliga ljud, etc.).

Det nuvarande drift- och underhållsmodellen har uppenbara brister: när ett avvikande uppstår i en transformeringsstation måste dispatcher först informera fjärrplacerade transformeringsstationsteam att resa till platsen, och sedan organisera reparationer. Detta förfarande dröjer betydligt innan defekter kan åtgärdas, vilket påverkar eldistributionens tillförlitlighet och servicekvalitet. Dessutom begränsas traditionell fjärrövervakning av video endast till digital överföring av ljud och video, saknar intelligenta analyseringsfunktioner, och är begränsad av enskilda kamerors fastställda synfält och begränsad nätverksbandbredd, vilket gör det svårt att distribuera på storskala.

2. Översiktlig robot systemstruktur

Detta system använder en tvålagd "basstation-mobilagent" arkitektur för att uppnå samordnad fjärrövervakning och platsinspektion.

2.1 Basstationssystem

Basstationssystemet är installerat vid den fjärrplacerade övervakningscentret och fungerar som mänsklig-maskininteraktion och kommandocentral för hela systemet.

2.2 Mobilagentsystem (robotkropp)

Mobilagenten är en intelligent terminal som utför platsinspektionsuppgifter, med hög autonomi och miljöanpassbarhet.

• Rörlig chassinutformning: Använder en fyra-hjuls differentierad drivstrukture. De två främre hjulen är självständigt drivna hjul, var och en drivs av en separat motor, vilket möjliggör flexibel differentierad styrning; de två bakre hjulen är svängda hjul. Denna struktur erbjuder fördelar som god rörelsestabilitet i linje, liten svängningsradie (kan rotera runt centrum för främre hjul), stark väganpassning, ingen sidoglidning, och en enkel, pålitlig struktur.
• Rörelsekontrollunderavdelning: Maskinvarukärnan är en PC104-huvudplatta, utrustad med en PCL-839-rörelsekontrollkort och motorförare. Denna underavdelning är ansvarig för all rörelsebeteende hos roboten. Genom att ta emot befallningar från den översta planeraren och integrera fordonets dynamiska modell, delar den korrekt hastighetsbefallningar till varje drivmotor, vilket möjliggör smidig och exakt rörelsekontroll.
• Uppgiftsutförandeunderavdelning: Funkar som robotens "sinnesorgan" och "händer". Kärnfunktioner inkluderar:
• Datainsamling: Integrerar en synligt ljus CCD-kamera, en infraröd termograf och en högpresterande riktad mikrofon (MEMS) för insamling av bild (synligt och infrarött) och ljuddata från elkraftutrustning.
• Automatisk laddning: Kan automatiskt återvända till laddningsdockan för laddning, vilket säkerställer oavbruten drift dygnet runt.

3. Kärntekniker och funktionell implementering

3.1 Intelligent realtidsvägplaneringsteknik

• Global vägplanering: Baserat på en förinställd elektronisk karta av transformeringsstationen, beräknar den optimala sekvensen av utrustningsstoppplatser att besöka under en inspektionsuppgift och genomförbara vägar enligt strategier som "kortaste vägen", "minst antal svängar" eller "komplett optimum".
• Lokal vägplanering:
• Hinderundvikning: Använder VFF (Virtual Force Field Histogram) algoritm, kombinerad med sensor-data som LiDAR, för att generera realtidsundvikningsbefallningar, vilket säkerställer säker navigering i dynamiska miljöer.
• Bane spårning: Använder den klassiska PID-styrningsalgoritmen för att säkerställa att roboten följer förbestämda banor exakt.
• Miljöanpassning: Använder EM-algoritmen och klusteringsalgoritmer för att bearbeta sensordata, effektivt passa väggränser och övervinna positioneringsavvikelser.

3.2 Flervariabel utrustningsdetektion och diagnostiksystem

1. Fjärrinfraröd övervakning och diagnostiksystem
• Konfiguration: Online infraröd termograf, inkluderar bildinsamling, bearbetning, visning, lagring och rapportgenerering moduler.
• Funktioner: Automatiskt detekterar utrustningens yttre temperatur, jämför den med förinställda trösklar, och utlöser ljud/bildalarmer omedelbart vid detektering av avvikelser; kan generera utrustningens temperaturgradientkartor, temperatur-tidskurvor, etc., för att stödja felanalys; använder bildkomprimeringsteknik för att stödja samtidig övervakning av realtidsinfraröda flöden från flera transformeringsstationer vid dispatchercentret.
2. Fjärrbild övervakning och diagnostiksystem
• Konfiguration: Synligt ljus CCD-kamera och videoserver.
• Funktioner: Basstationssystemet utför intelligent analys (t.ex. differensbildanalys, korrelationsanalys) på de returnerade synligt ljus bilderna för att automatiskt identifiera utrustningens utseendestatus och instrumentläsningar. Normalt byter det automatiskt övervakningspunkter; det lagrar bara bilder och utlöser alarmer när avvikelser upptäcks, vilket betydligt förbättrar kanalanvändning och övervakningseffektivitet.
3. Fjärrljud övervakning och diagnostiksystem
• Konfiguration: Högpresterande riktad MEMS-mikrofon.
• Funktioner: Samlar in utrustningens driftljud i realtid, komprimerar det och skickar det tillbaka. Systemet bedömer intelligenter utrustningens driftstatus och avvikelse typer (t.ex. lossning, utsläpp) genom att jämföra realtidsljud med historisk normaldata, och ger ett interaktivt gränssnitt för underhållspersonal att fråga och analysera.
4. Rörlig objekt intrångsdetektion och alarm system
• Princip: Baserat på videostream rörlig måldetektionsalgoritmer, identifierar och extraherar automatiskt områden i videon som innehåller objekt som rör sig relativt bakgrunden.
• Funktioner: När ett ovanligt rörligt mål, såsom olagligt intrång, upptäcks, utlöser systemet omedelbart en alarm och sparar platsbilder, vilket ger bevis för säkerhetsundersökning, vilket möjliggör sann obemannad säkerhetsövervakning.

4. Fältoperation och tillämpningsresultat

Kärnvärde: Detta robot system innovativt integrerar "icke-kontaktbaserad mobil detektion" med den befintliga "kontaktbaserade fixa övervakningen" i transformeringsstationer, vilket skapar ett omfattande övervakningssystem som täcker både rum och status, vilket effektivt kompenserar bristerna i traditionella inspektionsmodeller.

Driftresultat:

• Betydligt förbättrad säkerhet och tillförlitlighet: Kan snabbt upptäcka potentiella fel som termiska defekter, yttre föremål, oljeläckage och ljudavvikelser i utrustning, eliminera olyckor i sin linda.
• Förbättrad drift- och underhållseffektivitet: Ersätter manuell, repetitiv och tråkig rutininspektion, och ger dispatcher realtids- och exakt feedback om platsförhållanden, vilket ger viktig datastöd för nödsituationer, betydligt minskar felefterhandlings tid.
• Minskade driftkostnader: Fungerar som viktig teknisk utrustning för att realisera "obemannade" transformeringsstationer, hjälper elkraftbolag att optimera personalallokering och minska långsiktiga driftkostnader.