1、中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-70-三星推荐电力系统的稳定、可靠运行是关系到自来水厂安全生产、优质供水的关键保障因素，变电站、配电柜等重要供电设备的运行工况直接决定着自来水生产全过程的控制水平，传统的配电室巡检采取人工方式，存在主观判断不精准、巡检效率不高等弊端，随着信息化和工业化技术的飞速发展、人力成本的占比增加，自来水厂以“机器换人”为创新思路，采用新技术、新手段实现各工艺环节的运维模式转变，在保证安全生产的基础上达到提质降本增效的目的。配电系统简述南市水厂配电系统为 35kV（南水
2、7740，南水 7731）高压两路进线、通过两台干式变压器（SC 10-10000/35）各自降压为 6kV 后接入生产配电开关室，配电开关室配电系统一段中包含 1 组进线断路器柜、1 组分段开关柜、1 组 PT和避雷柜、5 组机泵开关柜、6 组往下一级配电系统的开关柜或电容柜以及 3 组备用开关柜，二段也为同样布局，故合计 34 个开关柜。本次选取该配电开关室作为机器人巡检示范点。机器人功能选择移动端系统包括智能轨道，云台摄像机，噪声采集器，通信系统和中心控制器系统；后台系统包括巡检任务管理模块，存储模块，图像处理模块，噪声处理模块，图像显示模块，查询模块和报警模块。主要功能包括：（1）任意
3、设定时间进行巡视检查工作的功能；（2）图像遥传功能；（3）智能图像识别功能；（4）红外测温；（5）带电开关柜局部放电的瞬态对地电压；（TEV）检测及故障类型分析功能；（6）带电开关柜局部放电超声波检测；（7）温湿度实时检测功能；（8）氧气检测功能；（9）CO2检测功能；（10）噪声检测功能；（11）具备避障功能；（12）具备旋转功能；（13）具有与总线系统通信的数据接口和数据自动分析功能。重点功能介绍如下。检测功能。利用红外热成像对一次设备的热缺陷进行检测，透过特制的红外玻璃，可检测设备内部温度。检测内容涉及电缆接头、电缆表面、铜排及搭接处红外测温，红外分辨率达 384288，红外测温范围达-
4、20300，分辨准确率控制在 2以内，并提供实时红外热图；利用可见光视频监控检查设备的运行情况，工业相机视觉识别设备面板行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度一种配电室智能机器人巡检系统设计李 柱 李东豪 王懋蕾李 柱 李东豪 王懋蕾上海城投水务（集团）有限公司制水分公司南市水厂李柱（1980），江苏徐州，工程硕士，高级工程师。研究方向：自来水厂净水技术管理、智慧水务数字化转型等。-71-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023中国科技信息 2023 年第 3 期三星推荐上各种数显表、指针表、信号灯
5、以及转换开关等的状态信息，视频分辨率可达 1,920 x1,080，实现 724h 不受环境影响的全时段工作。局放检测功能。采用超声波+TEV 暂态地电压两种方法去检测每个设备间隔中的局放水平，根据国网要求，超声波采用非接触式测量，TEV 采用接触设备面板缝隙处测量，采样分辨率达 0.1dB，精度控制在 1dB 以内，地电波测量范围达 060dBmV，超声波测量范围可达-665dBuV，局放检测系统原理如图 1。分析报警功能。系统智能分析设备故障或缺陷，诊断故障，针对异常情况自动预警；自动记录设备巡检、红外测温以及局放水平等参数信息，并形成报表；提供设备红外图像库和局放数据对比。控制功能。巡检
6、人员在监控后台进行巡视可以对机器人进行手动控制；可以实现输变电设备场所室内设备巡检的本地及远方控制；可代替人工实现开关、刀闸操作后位置的校核。巡检路径及安装设计由于轨道机器人进行局放检测时，局放检测设备需尽量靠近被测物体，导致机器人距柜体较近，现为了满足其中一个柜子因检修打开门且不影响其他柜子的巡检需求，6kV 开关室轨道安装时水平方向距柜面保持在柜门打开的距离以上，再通过增加轨道使机器人可转至屏柜后侧对各个柜子进行局放检测，如检修时屏柜后侧柜门也有打开，可通过临时设置巡检任务不进行局放检测避开，根据电力巡检规范，开关柜局放检测巡视周期一般为一周，因此可满足巡视要求。6kV 开关室挂轨机器人采
7、用 U 字型设计，如图 2。机器人巡检管理系统机器人巡检管理系统是通过将任务调度、平台管理、数据监测、系统发布等多个功能于一体的综合型管理系统。其架构见图 3。现场设备层。连接巡检机器人和配电开关室间，负责通过机器人的感知能力采集到配电系统设备的实时数据，通信方式采取宽带电力线载波方式，传输速率大于 10Mbps，传输时延小于 100ms，传输误码率小于 106，供电电压为AC220V。本地站控层。部署站控服务器及 NVR 硬盘录像机等设备，负责存储机器人采集到的图像、视频、声音、局放等感知数据并进行分析，并接受远程监控层的机器人的指令、运行状态数据等。远程监控层。部署管理系统与用户之间的人机
8、交互界面，通过将各种指令图形化的方式方便用户进行管理，使用Web交互方式，设置有应用服务器、数据库以及展示大屏等。巡检功能应用优化对于该配电室开关柜可实现智能巡检的点位一共为 688条，其中有部分是原来人工巡检所涵盖的需手工抄录和检查复核的内容，例如电流读数、微机保护装置报警信息等；另有一部分是人工巡检所做不到的内容，例如柜体温湿度、局部放电检测等。按照常规模式下每次巡检时长大约 4h 左右，需要对巡检的功能进行优化调整，分为计划例巡、计划定巡图 3 机器人巡检管理系统架构图图 2 U 字型轨道安装图图 1 局放检测系统原理中国科技信息 2023 年第 3 期CHINA SCIENCE AND
9、 TECHNOLOGY INFORMATION Feb.2023-72-三星推荐和特别巡检三种模式。计划例巡。设定周期为每 3h 一次，主要巡检的节点为确保 6kV 开关柜和高压电容柜正常运行最为重要的若干项数据，包括：微机保护装置报警指示、微机保护装置正常工作指示、弹簧未储能指示、分闸指示、合闸指示、三相电流、带电显示、机柜温度、局放检测等，以脱水 2 号配电压器柜为例，见表 1。表 1 计划例巡检查项目表序号巡检点序号巡检点1微机保护装置报警指示灯6A 相电流2微机保护装置正常工作指示灯7B 相电流3弹簧未储能指示灯8C 相电流4分闸指示灯9带电显示器5合闸指示灯10机柜温度计划定巡。计划
10、定巡周期为每次计划检修任务执行前和执行后各进行一次，主要巡检节点是为确保开关柜经停役检修后各开关、压板和微机装置均恢复并保持与检修前一致，使投运正常，包括：各压板位置、微机保护装置各指示灯、分合闸指示、三相电流、带电显示器、闸刀分合指示、接地分合指示等。以脱水 2 号配电压器柜为例，见表 2。表 2 计划定巡检查项目表序号巡检点序号巡检点1微机保护装置跳闸指示灯10速断跳闸压板2微机保护装置报警指示灯11超高温跳闸压板3微机保护装置继电器内部故障指示12弹簧未储能指示灯4微机保护装置正常工作指示灯13分闸指示灯5微机保护装置过电流跳闸指示灯14合闸指示灯6微机保护装置速断跳闸指示灯15三相电流
11、7微机保护装置零序过电流指示灯16带电显示器8微机保护装置变压器超温指示灯17闸刀分合指示9过流跳闸压板18接地分合指示特别巡检。特巡周期为开关柜发生突发故障人员无法及时靠近，或配电室突发情况人员无法进入的情况。主要运用智能巡检机器人对特定开关柜的功能情况进行检查，以辅助处置人员判断设备情况和故障排查，包括：微机保护装置各指示、三相电流、机柜温度、噪声、氧气、温湿度、局放检测等。其中，开关柜面板情况只需要拍摄照片上传提交专业人员进行分析，无需逐条进行后台系统的比对分析。以脱水2 号配电压器柜为例，见表 3。表 3 特别巡检检查项目表序号巡检点名称选择备注1计划定巡项目拍照直传2机柜温度3噪声4
12、氧气监测5温度检测6湿度检测通过以上三种巡检模式优化运行，实现对配电柜的巡检空间和时间全覆盖，能够最大效率发挥智能巡检机器人的功能，同时有效节省人工巡检的频次和工作量，模式优化后的管理平台见图 4。下一步将结合配电室电力控制系统和数字孪生水厂 MES 制造执行系统，通过整合实现不同平台的数据交互和驱动控制，更加有效提高智能巡检机器人的使用效率。结语配电室机器人巡检技术的应用可以代替人工对配电设备的巡查、记录等工作，不仅大大降低了人力成本，而且在一定程度上减小了人工巡检出错的概率，进一步保障了安全用电的水平。南市水厂通过对配电室轨道式机器人智能巡检系统的设计、应用和优化，实现了配电室无人化值守的预期目标，发挥了“机器换人”的数字化转型初步成果，具有较好的推广应用价值。图 4 机器人巡检管理系统图
