我国电力隧道的应用越来越多,逐渐取代架空式线路传输方式,成为城市电网发展的重要方向。电力隧道巡检多采用传统意义上的人工巡检模式,而隧道自身空间比较狭窄,设有诸多挂架且遍布线缆,结构较为复杂,人工巡检主要依靠感官和简单仪器进行,易出现漏检的情况,巡检工作效率较低,加之工作环境较差,存在一些未知的安全隐患。 为了提高城市电力的现代化管理水平,加大电力隧道的巡检力度,有效减轻巡检工作人员的工作强度,避免电力隧道安全事故的发生,电力隧道智能巡检机器人的研究与应用迫在眉睫。代替人工作业的巡检机器人可以大大提高电缆管理的现代化和智能化水平,缓解隧道巡检工作人员的压力,减少隧道维护的安全隐患以及安全事故,并便于精细化和自动化管理,可为电力隧道稳定安全运行提供重要保障。 近些年来,我国的发展速度随着时代的进步而愈发进步,电力的需求也是随着发展的脚步而愈发巨大,然而电力系统的为了应对复杂的需求而变得多种多样,可人工巡检的效率却由于自身的局限性而愈发捉襟见肘,显然需要一种全新的电力隧道巡检机器人来解决这一必须解决的棘手问题下面将介绍一种代替人工巡检的全新电力巡检自动机器人他的功能要求为了适用各种各样的电力系统下的复杂地形问题,我们将采用足式移动机器人,同时为了让使用者清晰明确了解冗杂电力系统的内部复杂情况,我们设计了多种传感器搭载的平台安装在机器人上,并且为了解决狭窄空间难以探索的问题采用了子母式的双机器人结构,同时为了能够让机器人操作性能能力变得多元化而不积极局限于单纯机械式固定动作,我们使用了PLC以及PWM电路驱动模块以满足使用者为了解决复杂电路的操作行动问题,整体机器人采用了SolidWorks建模 1.1 研究背景及意义 根据近年来官方公布的数据,中国高压电力系统规模持续扩大,具体规模和里程数如下: 发电装机容量:2020年,中国发电装机容量达到2.07亿千瓦,占全国总装机容量的56.8%。其中,火电、水电、核电、风电、光伏等各种能源都有所发展。2020年底,中国35千伏及以上输电线路总长达到285.4万公里。截至2021年初,中国已有26条特高压输电通道建成并投入运营,总长逾3.5万公里。 总体来说,中国的电力系统规模日益壮大,不断满足经济社会发展对电力资源的需求。 电力巡检是确保电力系统稳定供应的重要措施,具有以下几个方面的重要性: 1)确保电力稳定供应:通过定期巡检电力设备,可以及时发现设备的故障和潜在隐患,采取预防措施,保证电力系统的稳定供应,防止电力事故的发生。 2)提高电力设备的工作效率:巡检包括对设备的检查和维护,可以及时处理设备的问题,减轻设备的负荷,延长设备的使用寿命,提高设备的工作效率,降低运行成本。 3)保护人身安全,防止意外发生:电力设备的运行涉及高电压和电器,一旦发生故障或意外,可能危及员工的生命安全,甚至引发火灾等严重事故。通过巡检可以及时发现问题,采取措施,确保员工的人身安全。 目前电力系统巡检主要依靠人工。但人工电力系统巡检主要存在以下缺点: 1)时间和成本投入较大:人工巡检需要一定的时间,具体时间取决于配电室规模和辅助系统功能,前期投入的成本包括员工工资等,日常运行需要维护人员进行维护,增加一定成本。 2)隐患发现可能不及时:定时定点的巡检可能无法及时发现一些隐患,对于设备状态的准确把握有一定局限性。 3)结果主观性和情绪性:人工巡检结果受到人员主观因素和情绪因素的影响,结果的高效稳定性有一定挑战。 为了更好地保障电力供应的稳定性和安全性,电力巡检机器人应用越来越广,将会成为推动电力巡检效率和质量提升的重要手段。
1.2 电力巡检机器人研究现状 1.2.1 国内研究现状 我国城市电缆隧道的快速发展和完善给巡检机器人的研发创造了条件。国内智能巡检机器人在电力电缆隧道巡检方面的应用逐渐增多,特别是在环境复杂和危险的情况下,智能机器人能够提高工作效率并保障人员安全。 2014年,内蒙古工业大学与内蒙古电力局合作开发了一款轻量电缆隧道巡检机器人,如图1.1所示。该机器人长360mm,宽260mm,高110mm,云台高约140mm,摆臂长260mm,体积非常小,能在狭小的电缆隧道中进行巡检;为了减轻重量,机器人大部分工件使用铝镁合金材料加工而成,总重量仅有6.4kg,质量轻使得功耗较低,单次充电能工作两小时;机器人越障摆臂并没有安装轮子和履带,其越障方式和别的带有前摆臂的履带移动机器人有所不同,越障方式见图1.2,摆臂能辅助机器人翻越比自身底盘高两倍多的障碍;车体采用了密封结构,密封效果达到了IP67等级,能够长时间工作于潮湿电缆隧道中。 图1.1 内工大电缆隧道巡检机器人 图1.2内工大电缆隧道巡检机器人越障方式 2012年杭州市电力局和浙江大学共同研发了一款应用于杭湖电缆隧道巡检的机器人,如图1.3所示。该机器人采用四轮驱动方式,前面两个为主动轮,后面两个为万向轮,采用差速转向方式,后轮能实现360°旋转,在转弯时能有效减小横向摩擦产生的损耗,轮式驱动加后置万向轮的配置能大大减小机器人运动功耗,单次续航时间可达4小时,但轮式驱动存在越障能力差的缺点,致使这款巡检机器人只能在相对平缓的电缆隧道中进行巡检工作;机器人前后安装有碰撞开关,能防止机器人发生碰撞损坏;前方装配了激光传感器和RFID红外传感器,能对隧道巡检路径进行地图构建,因而也就具备了自动巡航功能。 图1.3 杭湖电缆隧道巡检的机器人 国内电缆隧道巡检机器人的设计考虑了机械结构、导航与定位、通讯及故障检测等方面,以适应电缆隧道的实际环境。在中国,智能巡检机器人已经在电力电缆隧道巡检中得到应用,能够实现实时监控和火灾应急处置。国内电缆隧道巡检机器人除了基本功能外,还具有更智能化和准确化的算法,能够计算出电缆隧道内的问题所在,并提供不同的解决方案。 1.2.2国外研究现状 国外在电缆隧道巡检机器人的研究和应用方面起步较早,技术相对成熟,且在导航、定位、硬件结构等方面有深入的研究和应用。国外市场对智能巡检机器人的需求稳定,且在技术创新和应用模式上不断探索。 国外最早应用在电缆隧道内进行巡检的设备是德国柏林的电缆隧道电动巡检车,巡检车上方安装有工字型单条导轨,导轨和巡检车之间通过前后两组共四个金属滑轮接触,前面两个为主动轮,后面两个为从动轮,如图 1.4 所示。巡检车体积较为庞大,宽约 1m,长约 2.5m,前后可各站一人,操作方式可人工驾驶,也可定速巡航;采用蓄电池供电,电池安装于巡检车底部,由于车体庞大,导致功耗大,单次充电只能进行 1 公里的线路巡检。 图1.4 德国柏林电缆隧道巡检车 尽管国外专注于电缆隧道巡检机器人的研究机构数量有限,但其他领域中用于检测、侦查、搜救的履带式移动机器人技术的发展,为电缆隧道巡检机器人的研发提供了宝贵的参考。以美国Endeavor Robotics公司开发的packbot履带式排爆机器人为例,它因体积小巧、重量轻便,能够轻松背负而闻名。如图1.5所示,该机器人采用了前后四履带底盘设计,其中后部履带组负责机器人的移动,而前部可上下摆动的履带组则用于跨越和攀爬障碍,使其能够越过高度达到自身1.5倍的障碍物。机器人的上层装备了一个四自由度的机械臂,其第三关节处配备了可开合和任意角度旋转的夹爪,适用于抓取各种物体。机械臂的末端还配备了图像采集和照明设备,以便观察周围环境和监控抓取过程。该机器人通过无线网络与远程操作设备进行通信。 图1.5 packbot履带式排爆机器人 智能巡检机器人正朝着更加智能化、自动化的方向发展,集成了更多的传感器和AI技术,以实现更精准的监测和数据分析。国内外企业都在积极研发新技术,例如利用红外技术进行导航和定位,以及利用视觉识别技术进行监测和监控。 电力隧道巡检机器人在国内外的研究和应用中都显示出积极的发展态势,技术不断进步,应用领域不断拓展。随着人工智能和机器人技术的进一步发展,预计未来电缆隧道巡检机器人将在更多领域发挥重要作用。
分析设计自动巡检机器人对于提升电力系统运维水平、保障电网安全稳定运行的意义。
概述本文将涉及的技术方案、机器人功能模块设计、关键技术及实现方法等内容。
总结目前电力隧道巡检主要采用的人工巡检方式,并指出其存在的问题和不足。
介绍国内外电力隧道自动化巡检技术的发展历程和现状,分析其优势和局限性。
列举国内外已有的巡检机器人应用实例,分析其成功经验和不足之处。
详细描述电力隧道巡检的任务要求,包括巡检路径规划、故障检测等关键点。
介绍巡检机器人的整体结构设计思路和各个组成部分的功能。
讨论巡检机器人在复杂环境中所需的导航与定位技术,如激光雷达、GPS等。
详细介绍巡检机器人上安装的各种传感器,包括温度传感器、湿度传感器等。
阐述巡检机器人与控制中心之间的通信方式和技术,确保数据传输的实时性和可靠性。
探讨巡检机器人自主导航的关键算法,如SLAM(同时定位与地图构建)算法。
讨论巡检机器人如何识别并处理隧道内的常见故障,如电缆破损、渗水等。
分析巡检机器人的能源管理系统设计,包括电池类型选择、充电策略等。
设计巡检机器人的人机交互界面,便于操作人员监控和控制机器人。
总结本文提出的巡检机器人的设计方案、关键技术及其实际应用效果。
提出进一步改进巡检机器人性能和功能的方向,如增加更多智能决策能力等。