随着社会发展水平的不断进步，变电站自动化水平也在不断提高，无人值守的场景也越来越普遍，与此同时变电站作为电力系统的关键所在，其安全性对人们的生产和生活都有着十分重要的影响，其安全巡检工作一直是重中之重。传统的巡检方式已经不能满足现代变电站的发展需求，随着国家推广力度的增加，智能巡检机器人的应用也越来越广泛，机器人巡检也是未来变电站主要用到的巡检方式。

众所周知，电力系统安全对国民经济的发展起着无可替代的作用，任何一个环节发生事故，都可能带来连锁反应，会造成大面积的停电、人身伤亡、主设备损坏甚至造成全网崩溃的灾难性事故。变电站作为连接主干网和配电网的关键节点，如何保证它的正常运行直接关系整个电力系统的稳定安全。为了保证对变电站内主变、母线、开关等主要一次设备运行状态的实时监控，需要对变电站进行检查和维护。

01智能巡检机器人简介

变电站智能巡检机器人，可以代替人完成简单的、复杂的或者重复性的工作，就目前而言，智能巡检机器人主要组成部分有导航单元、主控单元和通讯单元等。该类型机器人的主要优点为运行时间长、智能化、无轨化、可调配和不受温度影响等特点。

巡检机器人的主体构成主要有红外热像仪、安全停障模块、云台、激发传感器、可见光摄像仪等主要核心设备和一些其他辅助设备构成。和其他智能机器人一样，巡检机器人也有四轮驱动底盘，四轮驱动底盘主要方便机器人进行转弯和直行操作，如果机器人碰到比较复杂的路况，可以进行无死角检测，适应能力较强。而可见光摄像仪可以有效获取巡检范围的红外热像情况，以便工作人员及时发现异常情况，从而实现对故障问题的快速处理。云台主要是控制巡检过程中的拍摄角度，以便可以准确拍出图像和视频。超声波传感器主要是方便机器人对周围障碍物进行识别，避免机器人在巡检过程中受到伤害。巡检机器人可以通过将获得的数据与微气象站的数据进行计算，从而获得外界温度、风速等天气信息，根据不同天气情况合理规划巡检计划，提高巡检效率。

02当前主流导航方式介绍

电厂智能巡检机器人根据使用区域、行进方式的不同，导航方式主要分为以下几种：电磁导航、射频识别导航、激光导航、视觉导航、GPS/惯性导航、超声波导航和SLAM导航。

电磁/射频识别组合导航：电磁导航一般配合RFID（射频识别）一起使用，在地面上铺设磁轨道，其包含多条引导电缆，每条电缆流经不同频率的电流，机器人通过感应线圈对电流的检测来感应路径信息，作为移动路线，在需要停止进行巡检的位置预埋RFID，实现精准定位。机器人在巡检过程中，其上的磁传感器阵列检测机器人中心相对于磁轨道的偏差，然后利用运动控制装置调整机器人左右轮的差速，从而使机器人沿磁轨道行驶。机器人需要停止巡检的位置一般由两个RFID标签进行控制，第一个标签为减速点，包含停站点的距离信息，当巡检机器人检测到减速点标签后，即根据停站点距离信息选择合适的多级减速方案，确保机器人在到达精确停站点时处于低速可即停状态，此时当机器人检测到停站点标签时，立即精确停站。电磁导航的优点是巡检机器人能够精准运动，能够做到精准定位，并且抗干扰能力强，缺点是需要预铺磁轨道，机器人不能预测道路变化趋势及不能高速运行，严重限制了机器人的巡检效率。

激光导航：激光导航利用视觉传感器拍摄路面图像，通过图像识别技术，提取具有特征的点，作为路标，并计算各路标在全局坐标系下的坐标值，为激光导航提供依据。巡检机器人运行时，激光定位传感器通过检测路标信息（检测到的路标信息不能少于3点），利用三角测量法计算得到机器人的位置信息，从而调整运行路线。具体实现原理为：机器人的激光传感器每扫描一周就会得到被检测路标相对激光传感器的夹角，当检测到3个路标后，经过迭代计算就可以得到激光传感器在全局坐标系下的坐标值，结合设定的导航路线数据，计算得到机器人相对于设定路径的位置偏差和航向偏差，通过调整左右轮驱动器的速度进行路线调整，引导机器人沿设定路线运行。

视觉导航：机器人通过装配的摄像头拍摄路面及环境的局部图像，通过图像处理技术，进行图像特征识别、距离估计等，作为视觉导航的依据。机器人运行时对拍摄到的画面进行采集、预处理、压缩，与之前存储的图像进行对比，通过一系列算法，计算得到机器人的当前位置。为了将障碍物和背景分开，一般需要进行大量的图像分析，导致导航实时性受限，针对该问题一般把扫描到的图像分为目标、背景、不平地区和平地四部分，来减少无用信息的分析，提高导航速度。由于仅通过单幅图像分析出来的信息来判断障碍物和运行速度存在很大误差，因此在实际中往往采用多摄像头进行导航。视觉导航的优点是导航定位精度高，信号探测的范围广，缺点为首先现有的视觉导航技术图像处理速度和移动速度不能很好的匹配，造成运行中常出现一定的延迟，其次对不同的道路环境和复杂的作业环境不能较好的适应，实时性和鲁棒性有所欠缺。

GPS/惯性导航：GPS导航原理是通过计算物体与GPS卫星的距离，通过三边测量法来计算定位物体的位置及速度信息，定位所需的GPS卫星不能少于3颗，该方法要求整个系统中存在一个高精度的时间基准以保证距离测量的准确度。GPS导航技术一般分为三种：高精度差分GPS导航技术、DGPS/DR组合导航技术以及GPS/惯性导航技术。高精度差分GPS导航技术原理是首先建立差分GPS基准台，基准台建立后其精准的三维坐标便确定了，然后通过计算被测点根据该基准点的修正坐标后发送给被测点，对被测点进行修正，以提高GPS定位精度。差分GPS定位分为三类：位置差分、伪距差分和相位差分。DGPS/DR组合导航技术是一种传统的跟踪导航算法技术，当物体突然失去GPS信号时，通过DR进行位置计算。具体原理是根据运动物体的当前位置坐标，通过惯性导航元件测量物体移动速度和航向角，进而推算物体在下一时刻的位置坐标。此种技术会随着时间的增加导致精度大幅下降，DR导航不能单独、长时间使用，常常作为一种短时辅助的定位手段。GPS/惯性导航技术以牛顿力学定律为基础，通过加速度计和陀螺仪测量物体在惯性参考系的加速度和转动角速度，通过时间积分，把它变换到导航坐标系中，从而得到物体在导航坐标系中的速度、偏航角和位置。由于惯性导航技术不与外界发生光、电交换，不向外界辐射电磁信号，因此有很好的隐蔽性和抗干扰能力，但是由于导航信息是由于积分产生，定位误差会随着时间的增加而增大，导致其不能长时间独立工作，并需要初始化，其价格也相对比较昂贵。GPS导航技术的前提是需要有稳定的GPS信号，但在电厂强电磁环境下、室内或钢结构内GPS信号会大幅减弱，严重影响巡检机器人的定位导航。此种导航技术只能适合室外巡检机器人应用。

超声波导航：超声波是一种频率在20Hz以上的声波，传播路径为直线传播，遇到固体会产生反射，运用这种特点，通过接收超声波传感器自身发射的超声波信号，利用时间差，计算前方物体距离。超声波传感器角度分辨率较差，但具探测速度快、灵敏度、距离分辨率高。在实际应用中，超声波传感器存在一定的局限性，往往配合其他的导航方式一起应用，能够实现精准避障。

SLAM导航：SLAM导航指的是机器人在自身位置不确定的条件下, 在完全未知环境中通过定位、建图、SLAM算法进行路径规划，实现自主定位和导航，前面提到的激光导航和视觉导航都是SLAM导航。

03智能巡检机器人目前面临的问题

1、对二次设备及直流系统巡检功能的缺失

目前大多数已投入运行的智能巡检机器人基本能够完成对站内一次设备的全面巡检，但由于站内直流系统及二次设备多位于变电站独立的小室或是主控楼内，且室内设备的门口均设置有防鼠挡板。这客观上给巡检机器人设置了“路障”，使之无法有效地对此类设备开展巡视检查工作。然而，站内直流系统及二次设备对变电站的安全稳定运行同样至关重要。因此，使巡检机器人能够有效发挥自主判断，对二次设备与直流系统完成巡检是必要的。

2、表记数据读取

巡检机器人配备有可变焦的高清摄像头，这样做的主要目的是为了在对表记数据的读取过程中更加方便，因为在一些地区，由于表记的位置较高，工作人员在操作的过程中没办法看清表记中的数据，而巡检机器人可以采用高清摄像头自动对表记进行对焦，然后对数据进行读取，在读取数据后还可以将数据进行存储，这样也可以省时省力。但在实际应用过程中，由于高压表记长时间在室外，导致表记表面存在大量灰尘等杂质，这种情况巡检机器人根本无法获得准确信息。另一方面，巡检机器人的摄像头表面也会有污秽灰尘等杂质，也会导致摄像头出现对焦失败的情况。

3、 恶劣天气抗干扰能力不强

近年来，在雾霾天气日益频发的北方地区，采用激光制导的智能巡检机器人可能会受到雾霾天气的影响。由于激光束在雾霾环境中会受到水分、尘埃等的影响，发生折射现象而发散，导致激光定位及导航失效。从而造成巡检机器人巡检质量下降，甚至不能完成指定巡检任务等情况的发生。因此，需改善巡检机器人在大雪、大雨尤其是雾霾等恶劣天气下的激光定位及导航能力。

4、 自主充电及巡检路径

巡检机器人在巡检过程中要借助远距离超声停障和近距离物体感应装置，避免巡检机器人在巡检过程中碰到障碍物而受到损坏。这项技术在实际运用过程中也会出现一些问题，如变电站内的地面不仅会有硬化地面，也有草坪。巡检机器人在对草坪进行巡检的过程中，周围可能会有个别杂草出现，巡检机器人由于识别到了杂草将其视为障碍物，从而不能继续下面的巡检工作，如果工作人员不能及时发现巡检机器人的情况，就会导致机器人无法工作直到电量用尽。等工作人员发现时，还要将及运回充电处，浪费时间和精力，也增加了工作人员的工作量。

综上，变电站智能巡检机器人系统以其具有的检测手段多样化，检测灵活、客观、智能等特点，在变电站一次及二次设备的运维、巡检作业中起着日益重要的作用。依据长时间的智能机器人巡检经验，说明当前智能巡检机器人在变电站的应用状况，着重分析了当前机器人在运用中存在问题，给出解决方案。以期在巡检机器人的帮助下，进一步降低变电站运维成本，提高电网设备自动化管理水平。