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简述大藤峡电厂高压电缆廊道智能巡检机器人的应用情况

2020-06-24 502 上传者：管理员

摘要：对大藤峡电厂高压电缆廊道智能巡检机器人的应用及情景进行了简要阐述,引出了当前智能巡检机器人的分类和应用场景,并讨论了大藤峡电厂高压电缆廊道采用智能巡检机器人的可行性和方案。图2幅,表1个。

关键词：
B/S架构设计
“人+机”双巡检模式
“全天候”巡检
信息交互
智能巡检机器人
高压电缆
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1、概述

随着当前我国电力体制改革的深入,电力市场不断市场化,竞争日趋激烈,发电企业如何在充满挑战的行业竞争中脱颖而出,抓住机遇,是企业必须面对的问题。开发利用互联网+、大数据、云平台、机器人等新理念、新技术,考虑电厂实际和当前互联网+技术应用相结合的创新,是实现“无人值班(少人值守)”,提高发电企业的工作效率和盈利能力,创建智慧化电厂的关键。

大藤峡电厂位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峡出口弩滩上,是红水河10个水电梯级开发的最后一级,电厂装机容量1 600 MW,安装8台单机容量为200 MW的目前国内最大轴流转桨式水轮机发电机组。母线电压为220 kV,GIS至出线场敷设横截面积1 200 mm2＼1 800 mm2 220 kV高压电缆共计8 375 m,途经一段长550 m的电缆廊道,向广西电网供电,承担电网的发电和调峰任务。

2、智能巡检机器人的必要性

随着国家经济对电力需求的迅速增长,新建、扩建的发电厂不断投产发电,由于设计的需要、投资等原因,通过廊道敷设高压输电线路也逐渐增多。目前,高压廊道内设备的巡检大多数采取运维人员人工巡检,人工巡检主要存在以下问题:

(1)可靠性差。主要依靠现场运维人员的看、触、听、嗅等感官或手持仪器去实现,通过与历史信息对比,凭经验判断设备的运行状态。巡检人员受经验、心理、技术条件、工作环境等因素影响和限制,巡检时会产生信息不全面、系统性差,设备状态分析误差,不能及时处置隐患,设备带病运行,甚至导致设备发生事故等情况。

(2)及时性差,效率低、安全风险系数大。人工巡检自动化程度低,在有限空间巡检作业强度大,管廊内部设备、环境复杂,存在高压、辐射、有毒有害可燃气体、重复性工作内容;巡检人员不能及时传送设备隐患或事故信息,造成事故扩大化;并且人工巡检的频次低,难以实现全天候巡检,对巡检人员的安全和设备的安全运行均造成了极大的威胁。

(3)追溯性低。巡检人员巡检方式、标准、巡检状态的描述各异,手工抄录不完整,数据量大,异常、隐患、事故发生后缺乏故障分类和系统的数据分析,致使责任追究不清,造成追溯问题、分析问题和解决问题困难。

基于上述问题,依靠人工巡检高压廊道的方式很难适应电力系统稳定、安全、可持续发展的需求,随着云计算、大数据、物联网、5G以及人工智能技术的应用,在大藤峡电厂“无人值班(少人值守)” 的管理模式下,智能巡检机器人凭借自身突出的优势,是可以承担起高压廊道高压设备的巡检任务的。与传统的人工巡检相比,智能巡检机器人的主要优势体现在极大地提升了人工巡检的效率和可靠性,可以7×24 h全天候不间断巡检,避免人工巡检诸多不确定的因素,并且能完成人工巡检无法完成的工作。

3、智能巡检机器人的特点分析

智能巡检机器人的应用主要应从使用功能、应用场景、环境适用性三大方面进行分析。从使用功能和应用场景的角度来看,目前巡检类工作的智能巡检机器人的应用广泛,电力、交通轨道、采矿等行业技术成熟,均具备或可扩展视频监控、环境监测、实现智能一体化巡检等功能,结合“云、大、物”技术,搭建智能化综合管理平台,可以实现各种应用场景的设备不间断监测、预警、处置,能够为不同层级的管理部门提供决策信息。

智能巡检机器人按照其移动方式分类,可分为4类:轮式巡检的机器人、履带式巡检的机器人、轨道式巡检的机器人、飞行式巡检的机器人。机器人的环境适用性与其移动形式关系极为密切,以下为上述4类机器人环境适用性的分析:

(1)轮式巡检机器人。优点:移动速度快,移动灵活,线路设置灵活,易于集群化,功能齐全,运载能力强,可扩展性强。缺点:转弯半径大,爬坡能力较弱,占地面空间较大,狭小空间通过能力小,受地型影响较大。适合在开关站、光伏发电厂等地面较为平整、空间开阔的工作场景进行巡检类的工作。

(2)履带式巡检机器人。优点:移动速度快,转弯半径小,负载能力大,功能齐全。缺点:跨越障碍物能力弱,爬坡能力较弱,狭小空间通过能力小,受地型影响大。不适合应用在崎岖、爬坡的场景。

(3)轨道式巡检机器人。优点:爬坡能力强,可实现垂直升降,受地型影响小,可在积水较深的空间作业,转弯半径小,狭小空间通过能力强。缺点:移动速度相对较慢,巡检路线设置受限。适合应用于巡检路线固定单一场景。

(4)飞行巡检机器人。优点:巡检空间自由,受地形影响小,速度快。缺点:控制精度不够,手动控制性能较弱,负载能力差,可靠性不强,数据实时传输弱,续航能力短。适合应用于高压线路巡检等开阔的场景。

4、智能巡检机器人总方案选择

大藤峡电厂的高压电缆廊道厂房至出线场电缆廊道区段始于桩号DLD0+000,终于桩号DLD0+523.380,全长523.38 m,总共分为11个区域(A区～K区),全长550 m。廊道设置2道防火门,18根220 kV电缆左边12根电缆分4层、右边6根电缆分2层,分层布置在廊道中,其中电缆最高处至廊道地面距离约为5.4 m,廊道的宽度为4 m。大藤峡电厂位于广西桂平市,气温较高,年平均气温21.4℃,雨量充沛,年平均降雨量1 726.7 mm,相对湿度80%,多暴雨,易洪涝。电缆廊道中高温、湿度大、积水深是必须考虑的因素。结合当前发展趋势,可应用于大藤峡电厂高压电缆廊道的机器人应用方案主要有2种:一是轮式巡检机器人,廊道地面自主移动巡检。二是轨道巡检机器人,沿固定轨道定制化移动巡检。2种应用方式对比如下(见表1):

表1 2种应用方式对比

考虑到高压电缆廊道环境的特点:电缆在廊道两侧分层布置,电缆最高处离地面高度较高,路面积水、空间狭窄等因素,轮式巡检机器人移动安全性过分依赖于传感器,不能满足高压廊道巡检简单、高效、安全稳定的需求。另外,轮式巡检机器人升降行程结构由于自身移动稳定性的考虑,升降调节高度有限,如果携带多重传感器过度提升高度会导致中心偏高,易发生倾覆或缠身振动,数据采集和分析会造成较大误差,甚至无法正常工作。轨道巡检机器人能克服廊道路面积水,且爬坡能力强,转弯半径小,敷设悬挂式导轨简单方便,依托导轨配置升降机构升降行程大,能够实现巡检角度全覆盖、无死角。

基于以上考虑,宜选择悬挂式轨道巡检机器人,机器人在轨道上运行,不影响下方通道人员通行,可以真正实现“人+机”双巡检模式(见图1)。悬挂式导轨巡检机器人系统由巡检机器人、灭火机器人、轨道系统、供电系统、通讯系统、后台监控系统组成(见图2)。

图1 机器人与轨道配合示意

图2 巡检机器人系统拓扑图

结合高压廊道实际情况及特点,巡检机器人宜搭载多重传感器采集数据;设备状态在线分析,实现智能监督、自动预警、设备劣化分析,及时告警,提出设备检修维护建议等。宜选择具备红外测温、烟雾探测、气体监测、火情处置、设备数据智能分析、无人化自主无线充电、渗水监测作为智能巡检机器人的主要功能。后台软件系统采用B/S架构设计,外部接口齐备,具备对巡检区域机器人进行综合管理、联动、协调及扩展的能力。

网络通信系统包括机器人与本地监控后台的通信和本地监控后台与远程集控后台的信息交互两方面。统一采用冗余光纤干线组网传输,机器人采用无线WiFi与整套控制系统通信,基站间采用光纤连接,配合QoS功能,兼智能漫游控制策略。机器人在不同AP之间的信号采用无缝漫游方式,转换时间应小于10 ms,确保通过防火门时在各无线基站间漫游,确保高清视频和数据传输。为适应各防火区间机器人防火门通过技术,在管廊内防火墙上设置机器人专用防火门。防火门系统采用上下开门设计,为使轨道在防火门关闭时能够通过防火门,防火门上留有轨道通过口。

高压电缆廊道采用悬挂式导轨巡检机器人系统在大藤峡电厂的应用将在安全、经济和社会效益三个方面产出可观效益:

(1) 安全效益

可以降低作业人员的作业强度,提高巡检工作效率、可靠性,提升发现设备隐患、缺陷和故障的及时性和准确性,降低由于生产运行人员的素质差异导致的安全生产运行风险;大大降低作业人员安全事故发生率。在发生故障时,能快速预警,为事故处理提供初步参考信息,有效保障设备安全可靠运行,提高安全生产工作效率和质量;并且在事故初期可运用其消防功能,在可见度低、有毒有害气体等环境且人体无法靠近的情况下,处理初期火灾,避免事故扩大化。

(2) 经济效益

通过集成在线监测功能,进行设备劣化分析,将事故检修转为预见性维修,实现电气设备状态检修,为设备的安全正常运行提供可靠的科学依据,避免设备事故停运。通过装置视频系统,实现现场巡检、对设备操作前后实际运行状态的核对等业务功能,对减轻运行人员的劳动强度、改善劳动环境以及降低设备的运行维护成本都起到了积极的作用。采用巡检系统的数字化处理方式,可实现标准和描述统一,从而提升了系统的标准化和智能化水平,减少管理成本和人力成本。

(3) 社会效益

提高运维作业处置效率,降低作业安全事故发生率,保证作业质量,有利于整个电力系统运行质量的提升。很大程度上避免了因电力系统安全生产事故带来的重大不良社会影响,提升整个电厂设备运行状态,可进一步提升电厂整体形象和社会信任度。

6、结语

总之,智能巡检机器人系统既能通过机器人搭载的多种智能化前端数据采集装置对廊道设备及环境进行数据采集,又能对采集数据进行全面综合分析,判断廊道设备及环境状态,相较于人工巡检具有明显的优势和必要性。高压廊道智能巡检机器人投入运行后,定期巡检与轨道机器人不间断巡视的结合,可实现“人+机”双巡检模式,真正实现“全天候”巡检,大幅度提高设备稳定运行,减少运行维护人员,减轻劳动强度,提高运维水平;也实现了隧道管理无盲区,最大限度保障了电力输送的安全。

参考文献：

[1]黄嘉盛,卢润戈,邱冠武,廖毅仪.轮式智能巡检机器人在电力隧道环境应用[J].电工技术,2019(4):78-79.

[2]周宗国,周海,胡彬,等.无人机在电力线路巡检中的应用及前景[J].科学技术创新,2018(23):164-165.

[3]吕小文.悬挂轨道式智能巡检机器人研究[D].杭州:浙江大学,2019.

[4]李红涛.矿区110 kV变电站智能巡检机器人的应用[J].自动化应用,2019(8):136-137.

[5]张俊,马迅飞,张进铎,陈翔,李华松.基于人工智能学习的巡检监控机器人系统的探索与研究[J].计算机时代,2019(11):15-17.

於华,罗红云.大藤峡电厂高压电缆廊道智能巡检机器人应用的探讨与研究[J].小水电,2020(03):44-46+49.