方家山核电厂运行智能巡检技术分析与实践探索

方家山核电厂运行智能巡检技术分析与实践探索

张念龙

中核核电运行管理有限公司   浙江省 海盐县

1.智能巡检机器人应用现状

电力行业早期应用出现于欧美发达国家，其中，在1980年代日本已将移动式机器人应用于变电站、地下管道、汽轮机巡检、输配电线路检修等场景。

1.1智能巡检机器人相比人工巡检的优势

自动巡检机器人主要通过路径规划、自主导航定位、环境感知等技术实现巡检任务，它无需人工干预，就能为电厂提供设备故障、环境安全的判别和自动报警，帮助电厂更好地自动化管理，替代传统人工点检，显著增强远程协同工作能力，提升劳动效率，具有以下优势：

（1）便利性：传统的人工巡检因工作人员的不同而导致巡检效果各异，机器人基于更敏锐的动态感应，每次巡检定时、定点、定角度的程序化作业特点，且不受主观因素影响，不受作业强度、环境天气等因素影响。

（2）灵活性：在后端，管理人员可以随时布置巡检任务，可以一键划定巡检范围和巡检时长，巡检任务可根据时间、内容、路径等进行随意配置。

（3）多样性：智能巡检机器人通过搭载的高清图像机器视觉技术、红外成像测温技术、声音频谱分析技术、气体浓度测量、温湿度测量等监测手段，基于一站式后台，实现监测手段和工具的集成化和多样化。

1.2 电力智能巡检机器人主要设计

1.2.1图像识别

电力智能巡检机器人搭载高清可见光相机，拍摄设备图像，利用图像识别技术完成设备运行状态的自主识别与判断。

1.2.2红外热成像

电力巡检机器人搭载红外热成像仪，拍摄设备的红外图像，并自主获取设备实时温度。

1.2.3定位导航

目前移动巡检机器人采用的定位导航技术主要有磁导航技术、轨道导航技术、惯性导航技术、GPS导航技术、以及SLAM导航技术。

1.2.4局放检测

局部放电检测主要是对高压开关柜的绝缘介质问电气放电情况的检测。

1.2.5运动控制

目前轮式电力巡检机器人的运动机构通常为四轮结构，按运动控制方式不同，可分为主从驱动方式、四轮四驱方式、四轮八驱方式三种。

2.方家山电厂智能巡检应用探索

方家山核电厂正在开发一套可以替代人工完成500KV 开关站电气设备巡检的核电厂智能巡检系统。

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2.1项目实施目标

智能巡检系统能够自主对500kVGIS室、外门架区域、低压电气室、蓄电池室以及继电器室内设施、设备、环境进行巡检。

2.2机器人本体功能要求

轮式智能巡检机器人主要由运动控制模块、视频监视模块、环境监测模块、应急广播及声光告警模块等组成。

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2.2.1.1导航定位

（1） 机器人采用无轨导航方式。

（2） 机器人具有按照预先设定任务或路线自动行走和停止的功能。

（3）机器人具备动态巡检任务、路径规划功能。

（4）机器人具备便于使用的导航地图更新功能，当巡检环境发生变化，必要时可对导航地图进行局部调整，避免干扰导航定位。

2.2.1.2基本检测功能

（1） 可见光检测；

（2） 热成像检测；

（3） 拾音检测；

（4） 局放检测。

2.2.1.3防碰撞

机器人前端和后端均装备避障传感器，具备障碍物检测功能，在行走过程中如遇到障碍物应及时停止，指定时间内障碍物移除后应能恢复行走，指定时间障碍物未移除，应采取合理的避让策略。

2.2.1.4防跌落

机器人前端和后端均应装备防跌落检测装置，应具备防跌落检测功能，遇到可能出现跌落情形时应及时停止，并采取合理的避让策略。

2.2.2吊轨式智能巡检机器人

主要用于电力开关室、配电室、继保室等屏柜类设备区域， 实现屏柜表面巡检对象的采集及状态识别采用。

2.2.2.1基本检测功能

（1）可见光检测；

（2）热成像检测；

（3）拾音检测；

（4）环境检测。

2.3机器人管理后台功能

2.3.1巡检方式

支持全自主、遥控两种控制模式下的巡检。

2.3.2一键返航

不论智能巡检机器人处于何种巡检状态，只要操作人员通过管理后台或智能巡检系统上的特定功能键（按钮）启动一键返航功能。

2.3.3机器人控制

提供手动控制和自动控制两种控制方式，并能在两种控制模式间任意切换，切换应不影响导航功能。

2.3.4电子地图

提供二维电子地图功能，电子地图中应能显示设备信息、机器人的位置、路径及实时运行状态。

2.3.5机器人后台显示

可采集、存储巡检机器人传输的音频信息，并支持音频信息的录制、回放和可视化展示，展示内容包括声音波形、频域信息；可见光及热成像视频信息，并支持视频的播放、停止、抓图、录像、全屏显示等功能；驱动模块、电源模块、探测器模块等，以及机器人所处环境信息。

2.3.6数据采集及处理

实时、可靠地接收智能巡检机器人采集的图像、语音、数据等信息并进行处理。

2.3.7自动测温和分析

（1）自动在包含该设备的红外图像上标注出目标设备的区域，并自动对其温度进行分析。

（2）对采集到的三相设备温度进行温差分析，并进行自动判别和异常报警。

2.3.8仪表自动读取

对采集到的仪表设备图像进行分析，自动识别出仪表的读数，进行自动判别和异常报警。

2.3.9开关状态识别

对采集到的断路器、隔离开关、接地刀闸等设备图像进行分析，自动识别出断路器、隔离开关、接地刀闸的分合等状态，以及断路器的储能、液压油位等状态。

2.3.10 控制柜、配电柜指示状态识别

能够判断控制柜、配电柜指示灯状态，柜面切换开关状态，并根据预置的其他信息或条件判断是否报警。

2.3.11事项及查询

提供实时事项显示和历史事项查询功能，事项应根据报警级别、事项来源等分类显示。

2.3.12 巡检数据及查询

具备按照巡检时间、巡检任务、设备类型、设备名称等进行巡检数据的查询，查询结果应包含相应的可见光图像、热成像图像、设备声音等数据。

2.3.13远程数据访问

提供远程数据访问接口及数据访问协议。

2.4智能巡检前景展望

2.4.1目前智能巡检机器人存在的问题

（1）目前行业尚未有完善的认证体系和行业标准；

（2）目前巡检机器人的智能化程度不高，模式识别算法和综合诊断分析能力还有待提高，后台仍需工作人员进行人工分析；

（3）核电厂的厂房设备布置是按照传统模式布置，未考虑机器人巡检的需求，现场环境制约巡检机器人的使用场景。

2.4.2前景展望

（1）数据分析多维化

随着大数据处理技术的发展和智能巡检设备的普及，未来对巡检数据的分析将更加多维化。

（2）检测内容多样化

随着各类检测技术的发展和模块化、小型化制造工艺的进步，未来巡检机器人将能够搭载更多类型的传感器，获取多样化的设备状态信息。

（3）设备管理集中化

随着智慧电厂的构建，通过信息和5G等数字技术，核电厂各个厂房的通信网络建设不断推进，未来将形成以机器人等智能检测设备为节点的设备管控网络，打通各个孤岛化场景问的信息互联壁垒。

（4）带电操作自动化

随着自动化、智能化水平的发展，未来巡检机器人功能将由发现问题向解决问题转换，更深层次的减轻值班员的工作压力。

3.结论

通过巡检机器人，可以完成自主巡检，红外监控，24小时作业等任务，巡检得到的报表能及时反馈到工作人员手中，可以有效提升巡检效率，不仅具有人力巡检额度灵活性、智能性，同时降低人工成本的同时，提升了巡检的安全性，确保核电厂安全稳定运行，是智慧电厂巡检技术的发展方向。

参考文献

[1] 黄山，电力智能巡检机器人研究综述，电测与仪表，2020,Vol.57 No.2:26-38

[2] 胡聪旺，核电厂应用智能巡检技术的可行性分析，科技创新与应用，2021，28：152-154

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