煤矿35KV变电站自动巡检系统

1阳泉煤业（集团）股份有限公司煤矿35KV变电站自动巡检系统可行性研究报告结论：1.国民经济的不断发展对电力能源的需求也不断增大，致使变电站数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已经越来越难以满足变电站少人值班或者无人值班的要求。随着变电站综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，继而实现“无人值班”变电站已成为电力系统新的发展方向和趋势。2．本项目应用最新室内外轨道式巡检机器人，可实现室内外长距离的水平方向弯轨巡回移动，通过搭载视频设备和各类传感器，沿轨道对电力设备进行巡检，能够实现变电站室内外设备全方位、全自主智能巡检和监控，也可以人工操作，获取需要监测设备的重要信息。本监测系统可以到达人工不能到达的区域，做到全面覆盖，大大提高了监测的范围，完全可以代替人工完成巡检工作，提高了巡检的效率和智能化水平3、项目投资41.44万。通过实施本项目解决通常的巡检方式受安装位置、摄像头数量限制，难以判断开关位置、保护屏异常报警、设备过热等信息，无法满足视频监控全方位覆盖的要求，而且安装布线工作量大，因此故障率较高，维护难度较大等问题。提高煤矿供电系统的供电可靠性。4．建议：本项目尽快实施。编制单位：阳泉煤业（集团）股份有限公司编制时间：2013年12月2一、项目提出的必要性随着现代工业的发展，电能在工业中越来越显示其作用的巨大，而作为接受和分配电能的变电站更是在工业企业占据十分重要的位置，因此，变电站的日常运维是一项很重要的任务。阳煤各矿普遍采用电源电压等级为35kV，经主变电站和井下变电站两级变压。主变电站将35kV电压变为6—10kV电压，然后经配电线路引至井下中央变电所，井下中央变电所送到各采区的移动变电站将6—10kV电压变为660V、1140V、3300V的低电压供用电设备使用。国民经济的不断发展对电力能源的需求也不断增大，致使变电站数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已经越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或者无人值班的要求。随着变电站综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，继而实现“无人值班”变电站已成为电力系统新的发展方向和趋势。变电站设备故障引起的停电事故会带来巨大经济损失，而经济的发展也促使电网不断提高供电质量，这对变电站设备的巡检质量和管理水平提出了更高的要求。变电站设备巡检既包括室外设备，也涵盖了继电保护室、开关室等室内设备，随着智能变电站和无人值守变电站模式的推广，巡视工作量越来越大，人工巡检的到位率、及时性无法保证，这些都对变电站巡检工作特别是室内设备巡检提出了更高的要求，迫切需要一种更为先进、智能的巡检模式和系统解决方案。室内轨道式巡检机器人，可实现室内长距离的水平方向弯轨巡回移动，通过搭载视频设备和传感器，沿轨道对电力设备进行巡检，能够实现变电站室内设备全方位、全自主智能巡检和监控，也可以人工操作，获取需要监测设备的重要信息。本监测系统可以到达人工不能到达的区域，做到全面覆盖，大大提高了监测的范围，完全可以代替人工完成巡检工作，提高了巡检的效率和智能化水平室内轨道式巡检机器人系统的应用可有效降低设备维护成本，提高设备巡检、设备管理的自动化和智能化水平，为智能变电站和无人值守站提供新型的技术检测手段和可靠的安全保障，具有巨大的社会效益、经济效益和安全效益，市场前景广阔。二、国内、外技术水平及发展趋势在机器人研究领域中，电力系统机器人属于典型的特种机器人,其研究应用范围越来越广，在国际上形成了独特的电力特种机器人应用研究领域。国内外研究和应用较多的电力特种机器人有：高压带电作业机器人、变电站设备巡检机器人、超高压巡线机器人、变电站瓷瓶清扫机器人、核电站作业机器人、锅炉承压部件检测机器人、电缆管道检测机器人等。国外由3于起步较早，在移动机器人、高压带电机器人和巡线机器人方面都取得了很大的成功，尤其以移动机器人技术为主开发的电力检测机器人是国内外机器人领域研究的热点。相对先进国家来说我国移动机器人的研究起步较晚，但是在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，已经有了很大的进步。国内已经研制出各种消防机器人、反恐防爆机器人等移动机器人。在国内，机器人在电力系统内的应用研究正处于起步阶段，主要为超高压带电清扫机器人及带电维护作业机器人。2010年6月，国内首个750千伏变电站机器人巡检系统在西北电网公司750千伏陕西乾县变电站正式投入运行，这也是目前国内应用电压等级最高的变电站机器人巡检系统。国内外，变电站智能巡检机器人研究方面还是空白。国内已经开始采用机器人进行室外设备巡检，其应用水平处于国际领先，但室内设备使用机器人巡检的仍属空白，通常的实现方案是在室内安装部署多个固定点监控，对设备运行状态进行监测。该方式受安装位置、摄像头数量限制，难以判断开关位置、保护屏异常报警、设备过热等信息，无法满足视频监控全方位覆盖的要求，而且安装布线工作量大，因此故障率较高，维护难度较大。随着机器人技术与人工智能技术的发展，采用室内轨道移机器人代替人工进行设备巡检已成为可能。室内轨道巡检机器人属于电力特种机器人研究范畴，它集机电一体化、多传感器融合、导航定位、机器视觉、智能控制，以及电磁兼容等技术于一体，能够实现变电站室内设备全方位、全自主智能巡检和监控，有效降低劳动强度，更适应智能变电站和无人值守变电站发展的实际需求。三、项目任务来源及设计依据1、任务来源国民经济的不断发展对电力能源的需求也不断增大，致使变电站数量增加，电压等级提高，供电范围扩大及输配电容量增大，采用传统的变电站一次及二次设备已经越来越难以满足变电站安全及经济运行，少人值班或者无人值班的要求。随着变电站综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，继而实现“无人值班”变电站已成为煤矿电力系统新的发展方向和趋势。42、设计依据GB/T12642-2001工业机器人性能规范及其试验方法GB11291-1997工业机器人安全规范GB/T12644-2001工业机器人特性表示GB/T14284-1993工业机器人通用技术条件GB/T7353-1999工业自动化仪表盘、柜、台、箱GB/T4064-1983电气设备安全设计导则GB/T5226.1-1996工业机械电气设备第1部分:通用技术条件GB/T16855.1-1997机械安全控制系统有关安全部件GB16754-1997机械安全急停设计原则。DL/T664—1999《带电设备红外诊断技术应用导则》DL408－1991电业安全工作规程（发电厂和变电站电气部分）GB4208-93外壳防护等级（IP代码）GB/T2423.10—1995电工电子产品基本环境试验规程GB/Z19397-2003工业机器人电磁兼容性试验方法和性能评估准则指南JB/T8896－1999工业机器人验收规则GB-T2423[1].1-2001电工电子产品环境试验国家电网生[2003]387号国家电网公司变电站运行管理规范（试行）国家电网公司[2005]172号输变电设备运行规范国家电网公司无人值守变电站管理规范(试行)（2008.11）国家电网公司无人值守技术变电站及监控中心技术导则（2008.12）华北电网有限公司变电站标准化管理条例（2008.12）5四、项目研发的主题内容及创新点1、研发的主题内容1.1室外机器人常规巡检变电站智能机器人巡检系统能够以全自主、本地或远方遥控模式代替或辅助人工进行变电站巡检，巡检内容包括设备温度、设备外观、刀闸开合状态、仪表、设备噪声等，具有检测方式多样化、智能化、巡检工作标准化、客观性强等特点。同时，系统集巡视内容、时间、路线、报表管理与一体，实现了巡检全过程自动管理，并能够提供数据分析与决策支持。图1-4-1机器人执行巡检任务1.1.1巡检内容电流及电压致热型设备的热缺陷变电站智能机器人巡检系统的红外检测系统能够对变压器、互感器等设备本体以及各开关触头、母线连接头等的温度进行实时采集和监控，并采用温升分析、同类或三相设备温升对比、历史趋势分析等手段，对设备温度数据进行智能分析和诊断，实现对设备故障的判别和自动报警。参照标准：《DLT664-2008带电设备红外诊断应用规范》6图1-4-2三相设备温差对比分析图1-4-3设备检测报告机器人进行红外测温时，采用模式识别技术，首先识别出需要进行温度检测的设备或区域，再进行最高温度的检测，有效提高了设备红外测温的精确度。7图①图②①未对设备进行识别，最高温度点在某无关区域中②识别出设备后，就可准确获得设备的最高温度设备外观及状态检测变电站智能机器人巡检系统具备视觉功能。经图像预处理和滤波技术，消除室外环境雨雪、光照等对设备图像清晰度的影响，再通过设备图像精确匹配和模式识别技术，可进行设备外观状态的自动识别（包括外观异常、分合状态、仪表读数以及油位计位置等）。图1-4-4刀闸的识别过程图1-4-5变压器油位计识别及仪表数值读取处理过程图1-4-6异物检测过程设备运行异常声音检测变电站智能机器人巡检系统还具备听觉功能。在机器人巡检过程中，通过拾音器采集设备运行中发出的声音，经对声音的时域和频域分析并比对设备异常声音特征库，识别设备内部异常。8图1-4-7主变噪声分析图1-4-8主变噪声特征提取1.1.2运行模式自主巡检——运行人员根据巡检时间、周期、路线、目标、类型（红外、可见光等）灵活进行任务定制，机器人按照定制任务进行自主巡检。定点巡检——运行人员选择部分设备进行巡检，系统自动生成最佳巡检路线并执行定点任务。遥控巡检——运行人员通过后台手动控制界面，控制机器人执行巡检任务。1.2室外特殊巡检高原、寒冷等地理条件或大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨等恶劣天气条件下，代替或辅助人工完成变电站设备的巡检，对有效降低工作人员安全风险，具有不可替代的作用和价值。1.3设备操控时与站内监控系统协同联动变电站智能机器人巡检系统提供与站内监控系统和信息一体化平台接口，能够实现与监控系统的协同联动，在设备操控和事故处理时，通过最9优路径规划自动移至目标位置，实时显示被操作对象的图像信息，进一步保证整个过程的可靠实施，减轻工作人员劳动强度。在进行一键式顺控操作时，机器人可通过模式识别技术，对开关位置进行自动识别，实现被控设备控前及控后位置的自动校核。图1-4-9顺控操作示意图1.4就地和远程视频巡检和远程视频工作指导变电站智能机器人巡检系统可通过视频远传、远程控制功能，实现变电站巡检的远程可视化；当变电站进行现场作业时，机器人可灵活移至作业位置，借助该系统的双向语音对讲功能，实现变电站远程视频工作指导。图1-4-10工作指导示意图1.5支持集控管理模式变电站智能机器人巡检系统远程集控中心，可实现对多个变电站机器人系统的统一协调和集中控制，为变电站无人值守模式的推广打下坚实的10基础。图1-4-11集控模式示意图1.6设备缺陷管理自动生成设备红外测温和外观异常报表，并自动将巡检数据（温度、分合状态、仪表读数等）和缺陷报警信息上传其它信息管理系统；按设备类型提供设备红外图像库、设备缺陷或故障原因分析及处理方案，协助运行人员积累运行经验，提高设备缺陷识别和处理能力。图1-4-12设备红外图像库图1-4-13设备检测报告（部分）1.7室内机器人巡检结合开关室、保护室、电容室、室内变电站等室内设备实际情况，主11要包括可见光视频巡视、红外热象仪视频巡视、自动定点设备照片存档、自动定点设备红外热图存档、自动定点设备温度检测存档（自动温度越限报警），设备历史温度分析等。巡检设备可以包括以下内容（但不完全限于所列项目，具体可根据现场情况增加）：（1）可见光检测断路器、隔离开关、接地开关位置指示；各气室SF6压力指示；气动机构气压指示；接地装置接地状态；各汇控柜指示灯的指示情况；各间隔内带电显示器的指示情况；开关柜外观、状态、灯光和信号指示直流屏外观