1、变电站设备机器人巡检系统可行性研究报告变电站设备机器人巡检系统可行性研究报告变电站设备机器人巡检系统 可行性研究报告 一(概述 变电所众多的电气设备、母线及其引接导线在运行中的状况、负荷电流变化、电气结点温度的发热程度及所处环境的实况皆需对其进行在线监测和定期、定时的巡视检查、检测，如果电气设备及其引接导线的结头接触不良或者由于负荷的急剧增大或超载运行，将导致电气设备及其导线连接结点的严重发热，若迂恶劣天气(台风、雨雪冰冻、酷暑高温等)都会影响电气设备的正常运行，若不能及时发现将会引发电气设备损坏 、导线断线的事故，直接威胁到供电安全。因此电力部门在运行管理和设备巡视检查方面制定了现场运行规程
2、，在巡检周期、时间、路线、项目等都有严格规定，并在运行管理自动化方面加大投入力度(负荷监控智能化、先进的设备监测手段和周期性检修测试制度)，对运行中的电气设备在巡视检查及其监测(电气结点的发热温度，变压器的油温、油位，充油、充气设备的油压、气压等)手段上也一直予以高度关注，并在现场运行规程中作出明确规定。随着电网发展和电力科技进步，电力系统变电所的自动化、信息化水平的不断提高，变电所基本上实现了无人值班或少人值守，对电气设备运行的实时状况的在线监控显得尤为重要。然而，目前通常依靠人工巡检使用远红外测温仪定期对电气设备及其结头的温度进行测试的办法巳远远适应不了运行管理自动化、信息化的要求，迫切要
3、求尽快研发”变电站设备巡检系统”这一高科技产品。”变电站设备巡检系统”的推广应用是电力系统自动化、信息化发展的必然要求。它不仅取代人工巡检测试，而且做到远程实时在线监控运行中的电气设备、母线及其引接导线的实时状况、变电所在各种自然环境下的动向状态，在线监测电气结点的发热温度，变压器的油温、油位，充油、充气设备的油压、气压等，大大提高了变电所安全运行水平，可以防止和避免变电设备事故发生，将带来显著的社会效益和经济效益。该系统不仅适用于变电所电气设备的巡视检查，也适用于发电厂、高压用电户的配电装置、电气设备的巡视检查，而且还适用于其他领域的电气设备温度巡检监测。机器人巡检技术应用广泛，市场潜力巨大
4、，经济效益十分显著，具有远大的发展前景 。 二(变电所电气设备运行巡视检查及其检测手段的发展及现状 长期来电力部门对运行中的电气设备在运行中的巡视检查和相应参数监测的方法和技术在不断发展，自上世纪五、六十年代以来，变电所电气设备运行中的巡视检查和监测方法和技术的发展大致分为四个阶段: 第一阶段:50、60年代直至70年代，发电厂、变电所的运行方式采用全天候24小时岗位值班制度，实行三班倒(或两大班)方式，电气设备运行状况监控靠值班人员在现场查看测量仪表所指示的相关参数，用肉眼观察变压器、开关、互感器等充油设备的油位，用手触模设备外壳凭感觉和经验判断充油设备的油温，用肉眼观察导电体颜色的变化来判
5、断接头发热的程度。(这需要有一定的运行经验) 第二阶段:80年代至90年代变电设备在制造技术上有很大提高，普遍采用了主变温度检测和温度过高予告、报警信号，电气设备及其导线接头的温度监控也全面推广、应用了示温腊片、示温贴纸，虽然变电运行在检测技术上有很大的进步，但是对变电运行传统的值班方式、巡检方法并未改变，在这一时期变电运行进入了规范化、制度化管理的时代，建立编制了变电所现场运行规程，制定并实施了交接班制度、设备定期巡视检查制度、变电所熄灯巡视检查制度、特殊巡视检查制度等，但是还是离不开传统的巡检方法，在运行质量上有很大的局限性。 第三阶段:随着电力事业的发展，对变电运行提出了更高要求，许多先
6、进的检测设备、仪器在变电所得到了广泛应用，自95年开始随着高科技产品的开发，国外远红外测温仪在电力系统得到了应用，后又随着国产远红外测温仪的普及，远红外测温仪(进口、国产)在电力系统得到了广泛的应用，供电部门相关的变电运行单位(变电所、集控站)大都配备了进口或国产的远红外测温仪对变电设备及其结头进行周期性的温度检测。逐渐替代了传统的测温手段，并在运行规程中规定了定期巡检测温的时段，同时仍用示温贴纸作为补充。 采用了远红外测温仪虽然提高了测温精度，但该测温仪需要人工操作设置，也有很多不便，而且在定期检测时需对每一电气结头和开关设备逐个测试，无形中增加了运行人员的工作强度，而且也难免有漏测的现象，
7、对建立完整的温度监测档案也有众多不完善的地方。 20世纪未，随着激光测温技术的应用，又使电力部门对电气设备温度的检测手段上了一个新的台阶，利用激光测温仪只要直接对准测试目标就可读出测试点的温度，大大简化了测试步骤，提高了工作效率，此方法一直延续至今，但它同样存在着用远红外测温的痹端。而且无论是远红外测温仪或是激光测温仪其价格昂贵，因此不能做到每一变电所配置一台。针对供电部门变电所多而分散的实际状况，这将大大制约对变电所众多电气设备和电气结点温度检测的实效，最大的问题，是摆脱不了人工巡视检查和逐点测试，劳动强度大，效率低下。对于无人值班变电所来说，不能达到远程、实时、在线监测的要求，安全运行令人
8、担忧。 在此阶段，变电运行自动化水平不断得到提高，设备巡检质量也有很大提高，变电所现场运行规程更加完善、更加科学，为变电所自动化改造和变电值班方式的改革创造了条件，也提出了迫切要求。 第四阶段:20世纪未、21世纪初，变电所自动化改造全面展开，对变电值班方式也相应的进行了彻底改革，直至如今，35KV、110KV、220KV变电所基本上实现了无人值班或少人值守，实行变电管理所(变电工区)、集控站两级管理模式，变电所电气设备的运行、维护由集控站承担，除依靠自动化装置、数据传输系统、图文监控系统外，集控站还对所管辖的各个变电所进行周期性巡视检查和定期测试、运行维护。但是，对变电所设备的巡视检查和定期
9、测试还是摆脱不了人工的方式，也存在巡检时间、气候条件的局限性，影响巡检到位率和检测质量，也耗费大量的人力、物力。因此，综观电力系统自动化发展进程和电力科技产品的不断开发，研发生产能够替代人工巡视检查电气设备的智能化机器人已是电力部门的实际需求，”变电站设备巡检系统”在全自动化无人值班变电所推广应用必将变为现实。 三(在线监测的必要性和可行性 随着电力系统自动化、信息化水平的不断提高，35KV、110KV、220 KV变电所基本上均实现了无人值班或少人值守，对于设备运行、监控、在线监测皆实施了微机化，运行管理归口到集控中心，因此对于电气设备运行监控、巡视检查及其开关柜温度的监测工作只能由集控中心
10、定期到各变电所巡检时进行，因而在电气设备巡视检查和监测频次相对大大减少。为了满足无人值班变电所的安全运行的要求，急需对电气设备实施在线监控、监测，尤其对开关柜温度的在线监测，要求做到24小时全天候实时监控。针对这一客观实际对电气设备、母线连接并点发热温度实现远程、实时在线监测结合智能化机器人巡视监测的电力科技产品的研发势在必行。 鉴于以上所述对变电所运行设备巡视检查、电气设备及其结头温度监测方式不同阶段的发展变革，直至如今还没有一个成熟的产品与电力系统自动化、信息化的要求相适应。综观当前硕网电力科技公司所具备的电力电子、软件编程、通讯传输、图像监控等专业的技术力量和已有的JWJ型开关柜温度在线
11、监测系统、硕网CDMA无线视频监控系统电力科技产品的核心技术和公司具有的电力生产技术、运行管理方面有经验的人才资源优势，结合电力系统已具备的变电运行自动化基础(先进的软、硬件设施、完善的数据管理系统、优异的监测手段)，应用当今的机器人技术,研究开发出适应无人值班变电所需求的智能化机器人巡视监测方面的高科技产品是切实可行的，通过变电所电气设备机器人巡视监测的技术论证和变电所运行维护需求的调研，通过硕网公司这支电力技术研发团队的努力，研发、生产、推广、应用新一代”变电站设备巡检系统”技术，一定能取得显著的经济效益和社会效益。 四(总体方案和系统组成 “变电站设备巡检系统”主要由机器人、“开关柜温度
12、在线监测系统”、“无线视频监控系统”、等电位监测探头(含CPU和无线发射装置)、接力基站、总基站和专家分析软件等组成。可与电力系统生产MIS及综合信息采集系统实现无缝连接，资源共享。该系统可以通过”开关柜温度在线监测系统”在线实时监测变电所电气设备电气结点温度、变压器和开关设备外壳温度、变压器及充油设备油温等参数，通过”无线视频监控系统”对变电所所区及电气设备进行巡视检查以图像传输方式将变电所设备实况发送至变电集控中心，当检测温度接近限值时发出预警信号;超过允许发热温度时即发出危急报警信号。监测数据以无线通信方式发送至接力基站、主基站，与变电所综合信息系统以485接口相连。 系统原理框图如下:
13、 机器人在变电所户外高压设备区及户内高压配电室等区域里巡视检测设备，通过机器人头上的视频探头把检测到的图像信息发送到变电所集控站监控中心，机器人巡检设备时其检测到的测温数据传到体内的接收基站并发送到主基站，然后通过485接口将所有检测数据传输到变电所集控站监控中心和自动化综合信息系统。因此，从无人值班变电所高压配电设备区内实行机器人巡视检测的特殊条件出发，必须考虑变电所自身的运行安全，机器人在设备区域的作业畅通便捷，巡视路线无盲点，检测数据接收、发送准确可靠，机器人工作能源节电可靠，机器人启动作业应满足变电设备巡视检测时段和智能化、遥控化要求，从以上几点出发，总体方案如下: 1. 温度监测探头
14、与电气结点等电位安装，结点温度信息采用无线发送，无线发送不能影响电力的输送，所以应采用功率低，与影响变电所频谱偏差大的无线射频发射模块，基于以上方面考虑，无线射频采用频率为2.4G的射频模块，用于信息的发送，不致影响继电保护和自动装置的正常运行，以保证电力发、输、变、配电的安全。 2.由于采用了高频的发射模块，功耗小，虽然传输距离受到限制，但因为接收基站安装在机器人体内，在机器人巡检设备是在近距离范围内进行，因此对开关柜温度的检测数据的接收是可以完全满足要求的，不需要中继传输，但对于温度的检测数据、超温报警信号的传输应绝对可靠，因此机器人接收基站与主基站之间采取无线传输方式，其信号发送功率应满
15、足变电所最远点设备与主基站(一般安装在变电所主控室)之间的距离要求,无线射频采用频率为 G的射频模块。 系统由等电位监测探头、接收基站(装在机器人体内)、主基站及系统软件组成，其中系统软件包括基站接收软件及专家分析软件。 温度检测、视频检控系统结构图如下: (见下页) (系统结构图) 系统软件包括基站系统软件和管理系统软件。 基站系统软件负责接收数据，并对硬件设备进行管理，对接收到的数据进行处理，并对数据初始分析，如果温度超过允许值，系统则及时把报警信息发送到变电所集控站监控中心，以便及时进行处理，防止事故的发生。 管理系统软件主要进行系统设备、监测点、系统使用人员的相关信息维护，并对历史数据
16、进行分析。 3. 机器人控制能源由随机硅能电池供电，电池容量以能满足机器人90天运行耗电量选型，要求电池输出电压(容量)在65,时，机器人应能正常工作，当电池端电压下降至80,UH 时发出予告信号、下降至65,UH 时发警告信号，提示“电池应充电”。 4.根据“变电所现场运行规程”对运行中的电气设备分时段、定路线、按项目进行巡视检查、检测的规定，机器人应能按要求承担起这项工作，因此在机器人操作程序设计中，应满足设定的时间主动开启工作电源、按照予先设置的行动路线进行巡视检查、检测，巡检结束返回原地并发短信“巡视检查完成”到变电集控站监控中心，同时关闭电源。 5.根据“变电所现场运行规程”对运行中
17、的电气设备进行特殊巡视检查、检测的规定，机器人应能接收集控站监控中心以短信形式发出的指令，自动开启工作电源、按照设置的行动路线进行巡视检查、检测，巡检结束返回原地并发短信“巡视检查完成”到变电集控站监控中心，同时关闭电源。 6.关于正常巡视时段、路线的设定:原则上遵照“变电所现场运行规程”规定的时间进行(或根据运行部门的要求时间段设置)，一般设置为:8:00、14:00、20:00三个时段进行巡视;巡视路线一般为:先室内后户外;室内开关设备按配电柜顺序由里往外到户外;户外高压设备按间隔顺序(先主变间隔后开关、设备间隔);最后到电容器室(按电容器间隔顺序进行);然后回到高压配电室，巡视检查结束。
18、 7.关于特殊巡视时间的设定:原则上遵照“变电所现场运行规程”规定的季节时间进行，具体设定:恶劣天气特巡(大雪严寒、台风暴雨、炎热高温)、负荷高峰夜巡(一般在20:00,24:00)、雷雨后查巡等。 8.特殊巡视检查的重点设备:按照“变电所现场运行规程”确定: (1)大雪严寒天气特巡检查:变压器、开关、电压互感器油位;高压套管积雪复冰情况;导线、绝缘子积雪复冰污闪迹象; (2)台风暴雨季节特巡检查:户外电气设备、构架、绝缘子、导线的实况、安全距离、所区树木对设备安全的危险状况; (3)高温季节、用电高峰时节特巡检测:变压器、开关、电压互感器油位;引接导线弛度及安全距离;电气接头连接点的发热温度
19、;电容器外壳温度。 (4)负荷高峰夜巡:电气接头连接点的发热温度(温度监测探头数据传输)、母线铝排发热发红实况(视频探头图像显示)。 (5)雷雨后特巡:巡视检查高压套管、绝缘子受到雷击的状况;查看避雷器雷电计数器动作情况。(视频探头图像传输) 五(主要基本功能及技术指标 5(1 基本功能 该系统主要用于变电所电气设备的巡视检查、检测运行中的电气设备及其结点实时温度，该系统可以通过”开关柜温度在线监测系统”在线实时检测变电所电气设备电气结点温度、变压器和开关设备外壳温度、变压器及充油设备油温等参数，通过”无线视频监控系统”对变电所所区及电气设备进行巡视检查以图像传输方式将变电所设备实况发送至变电
20、集控中心，当检测温度接近限值时发出预警信号;超过允许发热温度时即发出危急报警信号。监测数据以无线通信方式发送至接力基站、主基站，与变电所综合信息系统以485接口相连。 机器人定时定线巡视电气设备达到了远程智能控制的要求，可以取代人工巡检定期测温工作。不仅大大减轻了劳动强度，提高了工作效益，而且克服了人工巡检不能完全到位等缺点。系统还具有电气结点等电位监测结点发热温度及超限预报警功能。当结点发热温度达到85?时，发出预警信息;达到95?时发报警信号;并通过机器人”无线视频监控系统”的实地巡查将设备状况以图像显示给集控站监控中心通知有关人员及时调整负荷或尽快组织抢修处理，防止电气接头过热、烧红、烧
21、断及相间短路等事故发生，提高了电气设备安全运行水平和供电可靠性。 5(2 技术指标 监测温度范围:0,150?; 发热温度预警值:85?; 发热温度报警值:95?; 发射半径:200m; 电池使用寿命:5,7年(等电位温度监测探头内附电池); 机器人随机硅能电池容量:满足机器人90天运行耗电量; 环境温度:-30?,+85?; 环境湿度:1%,100%; 六(开发计划及费用预计 1(根据浙江硕网电力科技公司新产品开发流程，”变电站设备巡检系统”项目开发分以下几个阶段进行: 1.1市场调研、编制可行性报告; 时间:2012年9月,2013年3月 1.2总体设计、硬件分部设计、软件设计;时间:20
22、12年10月,12月 1.3样机试制及系统调试;时间:2013年1月,2月 1.4检测检验;时间:2013年2月,3月 2(资源配置: 2.1研发人员由南京中凯光电公司技术总监、总工程师、变电运行及电力自动化工程师、软件工程师、硬件工程师、测试工程师等6人组成; 2.2相关科研单位机器人开发专责工程师; 2.3供电局生技、变电运行专责工程师协助配合; 2.4生产检测设备主要有:高压试验设备、场强仪、数字示波仪及测温仪等; 2.5设计费(含可行性研究)20万元;研发费(含样机试制)80万元。 七(市场预测分析及效益评估 7(1市场分析 全国范围内各供电局新建或经过自动化改造的无人值班(或少人值守
23、)的变电所不计其数，”变电站设备巡检系统”不仅适用于任何电压等级和容量的变电所，而且还适用于发电厂升压变电站、厂用配电室，也适用于广大用户的高压配电装置的巡视检测，由于适用范围十分广泛，因此市场潜力庞大，实用价值极高。 现按一个地(市)级供电局无人值班(或少人值守)变电所拥有量20个计算(220KV变电所2个、110KV变电所6个、35KV变电所12个)，每一个变电所配置一个机器人，电气结点温度监测点平均按每一个变电所以三百个点计，测算如下: 机器人:15万元 / 个20,300万元 等电位监测探头:(300元/只300)20=90000元20,180万元 主基站:3000元/个20,6万元
24、电缆:(4.5元/m2000)20=1.8万元 软件:10万20=200万元 安装调试费:2万20,40万元 合计:727.8万元(每个变电所所需费用37.2万元) 也就是说，一个220KV、110KV、35KV无人值班变电所实现机器人巡视检测和开关柜温度在线监测，所需费用为37.2万元(平均值)。对于地(市)级供电局20个无人值班变电所则需费用为727.8万元;目前浙江省10个地(市)级供电局，拥有的市场潜力为:372.8万元10 =3728万元;全省十个地(市)局以下的县供电局按每个地(市)局平均拥有5个计算，则就有372.8万50=1.864亿元的市场潜力;加上全省发电厂(按100座计，又有3.728亿元的市场潜力)，市场潜力总计约近六亿元。如果在全国各省市全面推广应用，全国市场潜力约有上千亿元人民币。本公司只要占领全国市场的1/10，就有佰亿元人民币左右的市场份额。 7(2经济评估 该产品开发成本约100万(电气设备温度检测和视频监控技术已具有成熟的成果产品)，生产成本低，而市场潜力巨大，因此经济效益显著。利润率一般在50%左右。它具有远大的开发前景。
