带电作业智能新技术及其应用现状王超

王超

摘要：电网设备的例行维护工作通常采用人工带电作业的方式完成，目前存在着作业难度高、劳动强度大和人身安全威胁显著等问题。随着近年来信息技术的突破，带电作业中引入了许多智能新技术。本文对目前电网系统带电作业中运用的机器人和无人机技术进行了概括和介绍，并且对其在湖南电网中的应用情况进行了分析和展望。

关键词：机器人；无人机；带电作业

随着近年来信息技术的突破，带电作业中也引入了许多新技术，如机器人、无人机等智能装置。这些智能新技术的引入很大程度上提高了带电作业的自动化水平和安全性，同时减轻了操作人员的劳动强度和人身安全威胁。本文对目前电网系统带电作业中常见的机器人和无人机技术进行了概括和介绍，并且对其在电网中的应用情况进行了分析和展望。

1带电机器人技术

机器人巡检技术的核心主要是包括数据反馈后台分析监控系统与巡检机器人移动端组成，通过移动端获取的数据并传输给后台进行高效的分析与反馈，从而实现对变电站设备的故障进行定位、分析、警告等操作。由于变电站巡检环境的多变，虽然主要组成部分相同，但不同的变电站具有不同的运行环境，同时变电站巡检机器人技术缺乏综合整体适用性，不能及时对变电站的工作状态具有精确的感知，在信号不良好的情况下还会出现定位不准确等问题。

1.1机器人移动系统

变电站内环境复杂，相对于巡检机器人来说地面障碍物极多，因此机器人巡检系统是有效保证巡检系统的高效稳定运行的根基系统，现有的巡检机器人越障系统主要包含以下几种越障方式，轮式系统、履带式系统、仿生腿式系统、固定轨道式系统等。不同的越障系统具有不同的优势，轮式系统具有结构简单、操作灵活、但地形适应能力较差等特点，履带式具有操作平稳但结构复杂等特点、固定轨道式具有精度高但运作路径单一等特点，仿生腿式尚有许多技术难题待解决，复合式是综合以上越障系统优点组合成的，但仍需依据不同场景进行设计。

1.2巡航机器人导航控制技术

导航控制技术直接决定了变电站巡航机器人的运行精度，现阶段主要使用的导航技术主要包含以下几方面：视觉导航、惯性导航、磁轨道导航、激光反射导航、GPS导航及SLAM导航。不同的导航控制系统具有不同的优势与劣势，在具体应用时还应结合变电站实际情况进行分析应用，对于精度、生产成本以及操作性能等应采取综合分析评价方式确定具体方式。

1.3机器人充电技术

限制巡检机器人技术发展的关键因素还有机器人工作时的续航问题，变电站工作范围较大，在使用过程中还需对采集的影像数据进行传输与反馈，为此需要长时间、不间断的电能，巡航机器人主要采用自主充电方式[5]。目前现有的自主充电方式有接触式充电、非接触式充电、光能自主充电等，同样的不同的充电方式还应结合具体情况而定。

1.4巡检机器人通信网络技术

为确保巡检机器人与后台信息处理系统信息的实时交互，必须确保通信网络的高效稳定，但由于较多变电站建在偏远地区，难以确保通信网络信号良好传输，现阶段采用的通信网络技术主要有WIFI与UWB等。

2带电机器人技术的适用性研究

本文主要针对上述中提到的四个关键技术的适用性进行探讨分析。

(1)首先是机器人移动系统的适用性分析：对于仿生腿式结构由于其制造工艺及技术尚不成熟，近期内尚不能广泛推广使用，履带式结构巡检机器人由于其结构特点，不能进行连续越障操作，因此主要适用于地势平坦区域。固定轨道式结构巡检范围广泛但有局限性，同时能获取变电站设备三维信息等，但其巡检是依靠变电站内的墙体或棚顶等设施，因此适用于换流站或屏柜等设备的巡检。轮式结构是目前引动技术中较成熟的，且操作灵活成本低等优势，可以应用与室外设备的巡检工作。

(2)导航控制技术的适用性研究分析：导航控制技术在变电站机器人巡检中精度要求较高，现阶段广泛使用的导航技术有3种，激光反射导航技术虽然测距精度高但具有巡检盲区，磁导航控制技术的生产成本较低，定位准确，但操作复杂，在电力行业中使用广泛的是雷达SLAM导航控制技术，其精度可达到厘米级且技术成熟。

(3)充电技术适用性研究分析：巡检机器人在实际使用中不仅要考虑充电设备的体积还要考虑充电功率等问题，因此现阶段广泛使用的充电技术是接触性充电技术。

(4)无线通信网络适用性研究分析：为确保传输数据的实时性以及稳定性，在变电站机器人巡检技术中，对于网络信号要求较高，现阶段由于WIFI技术的成熟、传输效率高且覆盖范围广泛等特点能很好的满足技术要求。

3带电无人机技术应用

智能无人机在电力巡检中已充分运用，如今国内多地的电网电力线巡检都采用了无人机，并取得了不错的效果[3-4]。但是，智能无人机在光伏电站巡检中的应用还是鲜有耳闻。事实上，在光伏电站巡检中，由于光伏电站设备数量庞大，人工巡检光伏电站往往很难发现其存在的隐患。而且，人工巡检常常受地形影响，无法到达一些区域，从而产生巡检盲点。与此同时，人工巡检遇到大型光伏电站时，巡检频次很难达到要求，导致很多电站故障无法及时发现，而这些难题遇到无人机都将迎刃而解。

3.1ＲＴＫ基站部署

(1)确定待建立自动巡检航线的杆塔后，在无人机起降点附近，选择通信顺畅、地面平坦、ＧＮＳＳ信号良好的位置部署ＲＴＫ基站；

(2)通过打桩等方式标记ＲＴＫ基站的部署位置，以便于后续作业识别。

3.2建立航线

(1)选择地面平整、四周空旷、无强烈电磁干扰的场地，作为无人机起降点，并通过自动巡检软件记录该航点信息。

(2)在人工操控飞行模式下，作业人员控制无人机由起降点起飞上升至合适的高度并悬停，此高度高于杆塔第一个拍照点位与起降点间任何障碍物的高度10～20ｍ，在自动巡检软件中记录该航点信息。

(3)无人机由当前航点水平飞行抵近杆塔，调整无人机位置和航向角，使任务设备就位，对杆塔第一个巡检点位拍照，自动巡检软件自动记录该航点信息。

(4)飞手以高效、合理的飞行路径和拍照时机，操控无人机拍摄该基杆塔其余巡检点位的照片，自动巡检软件自动记录每个拍照瞬间的航点信息。

(5)最后一个巡检点位拍照完成后，操控无人机上升至安全返航高度并悬停，此返航高度高于无人机当前位置与起降点间任何障碍物的高度为10～20ｍ，通过自动巡检软件记录该航点信息。

(6)随后，无人机水平飞行至起降点正上方并悬停，通过自动巡检软件记录该航点信息。

(7)操控无人机竖直缓慢降落，在起降点着陆。

(8)各个航点信息记录完成后，设置安全策略，由此建立了完整的杆塔自动精细巡检航线并存档。

3.3自动巡检

(1)调用待巡检杆塔的航线，上传至无人机飞行控制器。

(2)作业人员给出“执行”指令，无人机随即按照航线开始对杆塔进行自动精细巡检，无人机移位、转向，云台相机动作，相机变焦、对焦和拍照，均由无人机系统独立自动完成。

(3)无人机完成巡检任务自动降落并停机。

结语

将机器人、无人机等技术运用于带电作业是解决人力短缺问题、提高工作效率的有效措施，也是技术发展的必然趋势之一。随着行业内作业规范管理体系的进一步建立、相关人员队伍的培养以及配套设施的逐步完善，机器人、无人机等智能装置有望成为一种更为通用的技术手段，与电力设施维护工作深度结合，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]国网黑龙江省电力有限公司运维检修部．输电带电作业[M]．北京:中国电力出版社，2014．

[2]鲁守银，钱庆林，张斌，等．变电站设备巡检机器人的研制[J]．电力系统自动化，2006(13):94-98．

[3]周立辉，张永生，孙勇，等．智能变电站巡检机器人研制及应用[J]．电力系统自动化，2011(35):85-88．