配网电缆隧道智能巡检机器人的研究及应用.pdf

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1、CSG 2018.All Rights Reserved深圳龙岗供电局长沙理工大学深圳昱拓智能科技有限公司2023年6月CSG 2018.All Rights Reserved知识产权声明 南方电网公司拥有本作品的知识产权，未经南方电网公司书面许可，任何单位和个人不得擅自使用（包括但不限于复制、发行、转载、通过信息网络传播等），否则，南方电网公司将依法追究法律责任。Intellectual Property Rights Statement China Southern Power Grid is the owner of the intellectual property rights of

2、 this work.Any person or organization shall not utilize(including but not limited to reproduce,distribute,transmit or disseminate through the internet)without the prior written permission of the owner and will be held legally responsible otherwise by China Southern Power Grid.CSG 2018.All Rights Res

3、erved1、项目研究的必要性运行环境恶劣目前在大城市中电网公司配网线路大多走地下管道。然而地下管道环境恶劣（密封，空气不畅，温度高，潮湿，），且容易遭受各种损坏，如施工破坏，污水污泥倒灌，废旧机油等易燃物等造成火灾隐患。这不仅对配网管道线路造成极大的危害，运维人员难以入内，没有更有效手段发现电缆沟内的隐患。现有解决措施现有措施目前大部分撬开盖板人员爬进去进入，效率低下，容易造成缺氧获中毒等安全隐患；或者利用爬行机器人进入，但爬行机器人要求的环境较高，目前的电缆沟内电缆不规整，淤泥及其他杂物等较多，很难前进，很容易造成翻车，需要人员进入取回等弊端很难实现有效巡视。项目成果背景CSG 2018.

4、All Rights Reserved 配网隧道巡检机器人具有以下主要功能：1）机器人行驶及定位；2）视频采集与图像识别；3）隧道环境数据采集与分析；4）异常情况的报警。5）隧道环境无线通信；2、成果技术介绍配网隧道巡检机器人系统通过无线自线网（Mesh）网络通讯，其硬件组成主要包括无线通讯终端、动力组件(包括前后电机和驱动器)、主控板、云台系统（包括可见光、红外成像仪及局部放电检测模块）、工业显示彩屏、电池系统、传感器组件（包含温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、油烟传感器）、超声波避障等组成。2.1 配网电缆隧道巡检机器人功能介绍配网电缆隧道巡检机器人功能介绍CSG 2018.All R

5、ights Reserved2、成果技术介绍1、采用无线自组网(MESH)通信组件，巡检现场随时可组网工作；2、气体传感器(包括H2S、CO、O2、CH4)数据采集与处理；3、环境温湿度、烟雾、油烟检测；4、电机控制，通过CAN总线实现前后行走电机控制、云台电机控制；实现局放伸缩臂的控制（步进电机）；5、高清图像采集，视频流通过自组网通讯系统传输给后台；6、红外温度采集，温度数据流通过自组网通讯系统传输给后台；7、障碍物检测，超声波测距，前后两路超声波检测；8、显示屏指示功能，指示电池电量等信息，采用RS232通讯；9、局部放电检测功能，通过RS485通信；10、电缆隧道内部照明，机器人前后照

6、明控制；11、系统电池管理功能，读取电池电压、电流、剩余电量（SOC）等信息；2.2 配网电缆隧道巡检机器人硬件功能配网电缆隧道巡检机器人硬件功能CSG 2018.All Rights Reserved2、成果技术介绍2.3 配网电缆隧道巡检机器人功能模块配网电缆隧道巡检机器人功能模块CSG 2018.All Rights Reserved2、成果技术介绍2.4 配网电缆隧道巡检机器人通信方式配网电缆隧道巡检机器人通信方式无线MESH自组网示意图主控板模块组成框图CSG 2018.All Rights Reserved2、成果技术介绍2.5 配网电缆隧道巡检机器人软件功能配网电缆隧道巡检机器人

7、软件功能 配网隧道巡检机器人软件采用FreeRTOS为基础嵌入式操作系统，总体软件框架分为三层设计，包括设备驱动层，操作系统层，应用层。通过分层设计，达到“高内聚，低耦合”的软件设计效果。CSG 2018.All Rights Reserved2、成果技术介绍2.6 配网电缆隧道巡检机器人通信方式配网电缆隧道巡检机器人通信方式后台软件系统架构 机器人后台系统采用C/S架构，主要由以下4个子系统组成；其中，数据接入、数据缓存、应用服务(数据存储)为Server端，主要提供数据接入、处理、存储能力；应用服务、配置管理为Client端，主要提供数据展示、操作能力。1、数据接入：信令数据接入模块和音视

8、频数据接入模块；。2、数据缓存：实时数据库模块：3、应用服务：流服务模块、实时数据监控模块和历史数据存储/查询/分析模块4、配置管理：机器人配置模块、告警配置模块、巡检配置模块和地图配置模块5、其它：包括用户管理、电源管理、系统参数配置等。CSG 2018.All Rights Reserved2、成果技术介绍2.7网电缆隧道巡检机器人网电缆隧道巡检机器人运动方式运动方式CSG 2018.All Rights Reserved3、成果优势3.1 技术指标技术指标序号类型指标型号接口1H2S0100ppm；精度：3%SGA-400B-H2STTL2CO01000ppm；精度：3%SGA-400B

9、-COTTL3O2030%Vol；精度：3%FSSGA-400B-O2TTL4CH40100%lel；精度：3%SGA-400B-CH4TTL5烟雾02000ppm；精度：5%SS5100电压输出6温度-40 +85；精度：0.5 IIC7湿度0100RH；精度：2RH IIC8油烟0100ppm；精度：10%FS油烟检测变送器RS485CSG 2018.All Rights Reserved3、成果优势3.1 技术指标技术指标型号08BY-0520-50备注电压5.0V/DC 驱动方式2-2 空载牵入频率800pps min 空载牵出频率1000pps min 牵出扭矩2.0gcm减速比1：

10、50绝缘等级E级 使用工作范围-10+60 存储温度范围-20+80云台电机驱动器规格参数表CSG 2018.All Rights Reserved3、成果优势3.2 指标对比指标对比比较项目比较项目本项目达到的技术指标本项目达到的技术指标国内外最先进技术指标国内外最先进技术指标电缆沟道巡检机器人的技术 采用吊轨索道式、自由滚动式、行架进行式多种运行方式，在复杂条件积水淤泥等运行环境下机器人巡检通过率达99%；设计的轨道架设简单方便，运行快捷通畅；机器人体积小，重量轻，携带便携，能在直径30cm的狭小空间中开展作业。能实现精准且快速对电缆运行数据一体化采集、传输、存储、分析。本成果实现将吊索式

11、及环形主体滚动技术集成在电缆沟巡检机器人中应用的技术，在已见报道的文献中，未见有体现。目前研究的电缆沟巡检机器人运行方式基本配合底座系统或者升降平台等开展作业，不适合复杂空间运用，通过率在70%，巡检速度也较慢。CSG 2018.All Rights Reserved3、成果优势3.3 成果鉴定及测试报告成果鉴定及测试报告CSG 2018.All Rights Reserved4、成果应用介绍4.1 应用场景应用场景 主要应用于的二类应用场景：日常巡检和紧急抢修。1、日常巡检：由电缆隧道井口进入，在隧道内行走，实时开展视觉巡查、温湿度测量、气体检测、红外热成像等巡检工作，所感知的电缆沟内信息将

12、传输至地面基站用于判断日常运行状态。2、紧急抢修：在出现意外事故，迫切需要人员下井抢修时，首先利用机器人快速了解电缆隧道内的温湿度、有害气体浓度、发热点位置等状态信息，以便紧急检修时保障人员安全，提高抢修效率。CSG 2018.All Rights Reserved4、成果应用介绍4.2 功能示例功能示例CSG 2018.All Rights Reserved4、成果应用介绍4.3 应用示例应用示例CSG 2018.All Rights Reserved4、成果应用介绍4.3 应用示例应用示例CSG 2018.All Rights Reserved4、成果应用介绍4.4 应用示例应用示例CSG

13、 2018.All Rights Reserved4、成果应用介绍4.5 经济效益分析经济效益分析 2021年6月起推广吊索式及环形主体滚动技术集成在电缆沟巡检机器人50多台，代替人员巡检120次，发现电缆沟内淤积、电缆沟道内杂物堆积、榕树气根破环等缺陷10多次。按照电缆线路运行规程，电缆线路正常巡视周期为1次/季度，深圳供电局范围内电缆沟道长度3320kM（可按照索道供给机器人正常运行），1台机器人运行速度每天可以按照7.5kM/天*2人，人工巡视电缆沟1kM/天*2人（经验值），预计节约人工支出=1320kM*4次/年*（7.5kM/天*2人-1kM/天*2人）=68640人天。节约人工成

14、本=68640人天*510元/天=3500.64万元，整体运行1.5年，合计=1.5年*3500.64=5250.96万元。CSG 2018.All Rights Reserved5、推广前景5.1 成果推广目录成果推广目录CSG 2018.All Rights Reserved5、推广前景5.2 成果标准展望成果标准展望 目前，国家大力发展新型电力系统智能配电建设，全国共有配网电缆沟道3万多公里，配网电缆沟道不像主网隧道的运行环境那么好，配网沟道存在：积水、淤泥、电缆支架断裂、电缆超容堆积等状况难以满足轮式、履带式智能巡检机器人的运行要求，时常出现运行不畅、障碍搁置、翻滚、水浸破坏等现象发生

15、，致使不能完全全面推广。高电缆化率的大型城市上海、北京、深圳、广州、佛山、东莞、西安、杭州等已经逐步推广电缆沟道智能巡检机器人巡线。根据中华人民共和国电力行业标准电力电缆线路运行规程规定，每3个月需对运行电缆线路进行1次定期巡视。CSG 2018.All Rights Reserved5、推广前景5.3 成果标准展望成果标准展望 广泛应用场景-新型电力系统智能配电巡检机器人应用到城市电网配网电缆沟道上，减少配网运维人员工作量，全国应用量上20万套左右，产值上100亿元以上。成果兼容性极强，已经运行的配网电缆沟道的可以在一次设备不停电的情况下实施加上吊索改造。扩展应用场景：电缆沟道紧急布线、城市排污沟到巡检等。标准立项为配网电缆运维、生产厂家、试验、检测提供一个指导。CSG 2018.All Rights Reserved谢 谢！THANK YOU！