关键词：变电站；“五遥”；巡检机器人
为了完成对变电站内主变、母线、开关等主要一次设备运行状态的监控，需要对变电站进行定期的检查和维护。传统的变电站监控和巡视主要通过人工方式，对设备进行感官的简单定性判断。后来随着计算机技术的发展和进步，微机监控在广大的变电站中得以应用。即遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的“五遥”微机监控。后来，更灵活实用的变电站机器人巡视系统也慢慢得以应用，变电站设备巡检机器人系统以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象，自动报警或进行预先设置好的故障处理。它运行灵活自由，真正起到减员增效的作用，能更快地推进变电站无人值守的进程。
1 变电站现场监控的发展
1.1 变电站就地人工巡视
变电站运行工人在现场进行设备巡视，对运行设备进行感观的简单的定性判断，主要通过看、触、听、嗅等感官去实现的。通过看可以检查设备有无渗漏情况，检查设备参数是否正常，夜间闭灯检查设备的发光和电晕现象，检查设备的绝缘情况和有无放电痕迹，雨雪天检查导体上的积雪溶化和雨水的蒸发情况，刮风时应检查各寻线间的摆动情况是否满足绝缘距离的要求；通过触摸运行设备的外壳（如电机和变压器）检查其振动情况和温升变化情况，并与积累经验对照，从而判断其运行状况；运行设备的故障前兆往往先通过放电的响声或振动的响声表现出来，所以听往往是发现故障的关键；当运行设备的绝缘发生破坏时，常常伴随有异味，所以嗅也是判断运行设备绝缘的关键。
设备存在缺陷或隐患，有的人能发现，有的人不能发现，这除了与巡视人员对设备的熟悉程度、业务水平、工作经验、态度、责任心和精神状态有很大关系外，还与巡视人员采用的巡视设备和记录手段有关。从前，对电力系统设备的缺陷检修或设备的常规检查等定性状态信息采用手工记录。手工记录常会出现记录不完整，很容易丢失。特别是一些严重缺陷未能及时上报和处理，延误处理从而发生严重事故，造成不必要的损失。而且事故发生后缺乏故障分类、系统分析、责任不清，这样很难满足对 供电 质量日益提高的要求。
1.2 “五遥”微机监控
随着无人值班变电站的广泛推广，传统的变电站具备的四遥（遥测、遥信、遥控、遥调）功能在一定程度上忽略了事后对事故发展的准确判断，并降低了对事故处理的快速反应能力。一旦变电站发生异常， 调度 人员必须先通知分局变电运行班（有的叫操作队）赶到现场了解真实情况、事故波及设备范围，再由变电运行班人员汇报调度员、分局领导，分局才组织维护班（或检修公司）进行抢修。人不到变电站就无法准确了解或根本不掌握现场详细情况，这样一来一往，大大延误了排除缺陷的时间，影响了供电局的售电量和服务承诺。
因此，很多变电站增加了“第五遥”（遥视）功能，即在变电站内安装摄像机及各类探头，将无人值班变电站的防火，防盗以及设备运行、发热、事故直观情况及波及范围，通过站内电话线或光纤等通道传到调度所，以便调度人员做出正确的决策。
1.3 变电站设备巡检机器人
长期以来，我国电力行业沿用的变电站设备人工巡检作业方式，在高压、超高压以及恶劣气象条件下，不仅对人身危害大，而且对电网 安全 运行带来一定隐患。变电站设备巡检机器人可代替人工完成变电站高压变电设备的所有巡检作业。变电站设备巡检机器人系统以自主或遥控的方式，在无人值守或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象。它可以根据操作人员在基站的任务操作或预先设定的任务，自动进行变电站内的全局路径规划，通过携带的各种传感器，完成变电站设备的图像巡视、设备仪表的自动识别、一次设备的红外检测等，并记录设备信息，提供异常报警。操作人员只需通过后台基站计算机收到的实时数据、图像等信息，即可完成变电站的设备巡视工作。利用智能移动机器人完成电站设备的巡检，可以提高工作效率和质量，真正起到减员增效的作用，能更快地推进变电站无人值守的进程。
2 变电站智能巡检机器人的必要性和可行性
2.1 在变电站监控应用中的技术可行性
视频监控可以使人们通过网络监控远端现场发生的事情，这种系统在工业生产和社会生活的各个领域得到了广泛的应用。而采用无线网络传输的视频监控的应用范围则更为广阔，因为这种系统可以使监控的范围突破地理条件的限制。
在电力系统中，由于电能生产、输送、分配和使用的连续性，对系统中各设备单元的安全可靠运行都有很高的要求。特别是随着电力工业向着大机组、大容量、高电压的迅速发展，保障设备运行的可靠性更成为 安全生产 的突出课题。因此，电力设备的巡视，特别是一些先进技术、方式、方法在设备故障诊断中的应用也越来越受到普遍的重视，取得的经济效益也越来越明显。
即使目前很多变电站实现了“五遥”功能，成为少人或无人值班变电站，但一定程度上都还存在因无人在现场及时监视、巡视而带来的一系列问题，甚至留下隐患。第一类问题是对母线连接点、端子以及真空开关漏气、避雷器微量漏电造成的发热、过热失去及时发现的机会；第二类问题是防盗与防卫救护；第三类问题是对主变、开关油位及设备外部状况无法及时了解；第四类问题是大风、大雪及雷雨后各设备状况无法及时巡视。特别是无法及时了解出现问题的变电站情况，失去优先安排处理的机会。
现有的巡检方式和技术与电力生产的安全性要求相比仍有相当的距离。变电站智能巡检机器人的应用范围主要是无人值守或少人值守的变电站，可有效替代人工完成变电站高压变电设备的巡检作业。应用该机器人进行巡检作业，不仅可以减少因人员疏忽、漏检等带来的设备损失，提高电网的运行质量，而且可以减少供电系统的人员投入，降低人员成本。变电站设备巡检智能机器人主要应用在远离城镇、地理条件复杂多样的自然环境中。由于在这种环境中人工巡检工作十分艰辛，并且很难保证工作质量，只有采用先进的巡检方式和工具，才可以适当的减短巡检周期，及时发现存在的缺陷，更有效地消除事故隐患，确保电力系统的安全稳定运行。
2.2 在变电站监控的市场普及可行性分析
变电站 自动化 市场特点略有不同：据不完全统计，截至2003年末，全国有500kV变电站近100个，500kV变电站的运行与控制全部实现了计算机化。全国约有220kV变电站1800多个，实现无人值班的已超过260个；约有110kV变电站5900个，实现无人值班的已超过3400个；66kV/35kV变电站有5700多个，其中开展无人值班工作的约为3300个。另有数据显示，全国110kV以下、35kV以上的终端变电站有18000余座，其中近一半实现自动化。以上数据可以看出，实现变电站智能巡检机器人有一定的现实意义和价值。
3 变电站智能巡检机器人的结构分析与应用
本文讨论和 设计 了变电站智能巡检机器人的结构和主要功能。机器人的主体部分设计成小车的模型，因此简单也可称为变电站智能巡检小车。
3.1 巡检机器人系统的构成
智能小车是一个完整而复杂的无线监测的体系结构，本文主要构设了小车的几个重要功能模块，介绍了各个部分的功能和工作原理。基本组成和各功能模块实现了机器人在变电站现场自主巡检，其功能说明如图1所示。
运动控制系统实现机器人动力驱动，根据系统路径规划和遥控指令实现车体的运动控制，包括速度、位置、加速度控制。
实现底层动力驱动，由两套直流伺服系统分别实现两后轮的驱动，步进系统实现前两轮的耦合转向。根据车体结构建立车体运动模型，分析机器人运行过程中，两后轮驱动速度分配与前轮转向角关系。根据运动模型将局部路径规划指令与遥控指令分解，实现机器人指令速度(速度大小、转向角度)与各轮转动相匹配，并将指令下发，实现车体运动控制。
根据上层控制指令的不同，设计的运动控制系统的实现包括自主行驶和遥控行驶两种形式。其手动遥控行驶示意图如图2所示。
红外采集系统。红外热像仪是目前利用红外辐射测温领域中最先进的一种测温设备，其结构一般是由三部分组成：红外探测头、图像处理器、监视器。红外成像技术利用现代高科技手段，在设备不停电的情况下，即在高电压，大负荷的条件下，检测设备运行状况，通过对电气设备表面温度的分布及其测试，分析和判断，发现运行设备异常及其缺陷，长期认真的观测就可以将部分事故检修转变为预见性维修，实现电气设备的状态检修，为安全正常的运行提供可靠的科学依据。热像仪结构及原理如图3所示。
视频采集系统，通过巡检机器人携带的摄像头进行视频图像的采集，采集模块将视频数据经无线网传回基站，基站的视频处理模块对数据进行监测分析，检测结果通过无线网发回云台命令，对机器人上的摄像头进行控制。
DGPS定位系统（Differential Global Positioning System）称为差分全球定位系统，是一个中距离圆型轨道卫星定位系统。它可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位和高精度的时间基准。全球定位系统的主要特点：全天候；全球覆盖；三维定速定时高精度；快速省时高效率；应用广泛多功能。巡检机器人可以通过DGPS定位进行路径选择，也可通过视频遥控控制行走的路径。
3.2 开发环境
机器人软件系统是基于Windows2000 professors操作系统。采用Java和Visual C++ 6.0面向对象编程语言开发设计。其中C++在界面设计、控制、数据处理、计算等方面使用方便；Java在网络通讯和数据库访问上有优势。分层式控制结构把它分成基站后台控制程序、移动站控制程序两大部分。为达到机器人实时控制的目的，采用了多线程编程结构、实施数据库、实时消息调度触发机制等先进开发理念，很好地解决了该机器人的多传感器信息融合、复杂道路环境下的实时路径规划等技术难点。
4 结束语
文章介绍对比了三种变电站巡检方式，重点阐述了智能机器人巡检的优越性。分析了巡检机器人的整体框架和功能模块。该系统涉及到多媒体数据处理、嵌入式驱动程序开发和多媒体数据传输等技术，系统由嵌入式采集压缩、无线网络传输、服务器接收解码显示、服务器提供流媒体服务和浏览端访问服务等部分组成。机器人巡检系统是一个复杂的系统，需进行大量的调试和实验。此外，也可加入声音传感器，温度传感器来进行设备的噪声和温度变化监控，使系统功能更加完善。
参考文献
[1]赵新华，曹作良.可移动机器人位置跟踪的数字控制原理，机器人技术与应用.1994.7，(2).
[2]涂光瑜，罗毅.电力遥视系统原理与应用.机械工业出版社，231-235.
[3]Bruce Eckel. C++编程思想.(美).
[4]邓竹莎，雷航.车载嵌入式系统设计.中国西部嵌入式系统与单片机技术论坛2005年学术年会论文集.192-195.
[5]李向东，鲁守银.基于无线局域网的变电站巡检机器人的多级 通信 系统，山东科学，2004，17(3):32-37.
[6]涂光瑜，罗毅.电力遥视系统原理与应用.机械工业出版社，231-235.
县调无功电压控
基于GPRS的配电
变电站综合自动
基于粗糙集的配
低压集中抄表系
东陵农电局配电
变电站监控系统
农网自动化系统
数字化变电站技
电量采集及线损