[00336810]GIS腔体外双光源造影检测装置

项目简介：

本项目通过对变电站的研究以及对现有GIS设备的检测方法的分析，现有检测方法共有两种，即局部放电和X射线，两种方法均有不足之处。局部放电检测GIS设备容易造成GIS设备的绝缘劣化从而降低GIS设备的电气绝缘性能，而使用X射线检测GIS设备则会因为X射线存在对GIS设备的体积要求而出现很难检测较小缺陷的现象。为解决以上方法的缺陷，本项目对GIS腔体外双光源造影检测设备的设计以及GIS腔体内检测机器人的设计分别进行了研究，GIS腔体外双光源造影检测设备可直接在外部对GIS腔体内部进行异物检测，同时GIS腔体内检测机器人可携带柔性机械臂模块或异物清理模块进入GIS腔体内部作业。

项目核心创新点：

（1）可拆卸式模块化设计

本项目针对机器人在进行GIS腔体正常作业时可实现多种功能的需求，设计了不同功能的可拆卸式模块来配合完成机器人的正常作业。可拆卸式模块主要包括柔性机械臂模块、异物清理模块。机器人可利用不同的模块来实现不同功能，也可利用这些模块相互配合来实现正常作业。可拆卸式模块化设计使得整个机器人设计更加简洁，同时方便操作人员进行作业操作和模块更换，具有更强的灵活性与更优越的功能性。

（2）机器人典型障碍跨越

GIS腔体内检测机器人在腔体内运动时会遇见GIS设备底孔这一典型障碍，为避免机器人从底孔内滑落或碰擦造成损伤，当运动到底孔处时，机器人的可变形机构将车轮变形90°，整体状态由直行变为侧行，随后操控机器人侧行爬壁至腔体壁40~50°再变回直行状态前行跨越底孔。

（3）机器人自动检测、吸附异物

将搭载异物清理模块的GIS腔体内检测机器人投放进入GIS腔体内部后，可开启自动检测、吸附异物模式。开启异物检测算法后，若机器人摄像头视野范围内有一定数量的异物被检测出来，那么机器人将会开启异物清理模块吸附异物，同时将车身变形，以利于侧行模式下对异物进行左右扫动清理，直到摄像头视野范围内被检测出来的异物减少，机器人方可关闭异物清理模块并返回正常行进模式。

（4）双光源造影检测系统整体机构研究与设计

为实现对腔体内壁的无死角检测，相比于不灵活的传统刚性机械臂，设计了线驱动型双关节柔性机械臂，同时根据实际的几何建模，对机械臂的运动学仿真、映射关系以及控制算法做了相关研究，并通过将算法集成到机器人系统内部，达到对柔性臂的精准控制。双关节柔性机械臂可调节一、二关节的弯曲旋转姿态角度来较为准确地对各个方位进行视觉检测。

（5）智能异物检测算法设计

在GIS腔体内部，环境昏暗无光，对超声波、电磁波以及光学法异物识别做了实际测试，根据实际的测试发现，通过对机器人前部加入紫外光光源和白光光源辅助异物识别算法对腔体内部微小异物进行识别，能达到非常好的异物识别效果。此外，通过双目摄像头结合单目视觉，可对异物到小车的相对距离进行定位。

项目详细用途：

本项目完成后，可大大提高GIS设备内部检测维护的效率和效益，其主要作用表现在：

1) 本项目研究开发的GIS设备组部件安装双光源造影装置以及搭载双光源的GIS腔体巡检机器人，可实现罐体外和罐体内对GIS设备组部件进行造影服务，造影结果按照变电站-间隔名方式造影留底，同时出具变电站双光源造影监督报告，确保设备内部状态正常；

2) 本项目成果在实现GIS腔体内部异物情况可视化的同时，解决了GIS设备内部智能检查清理机器人单一光源不易发现部分异物颗粒的问题，避免了机器人需要人工经验干预判别异物的难题，提高了GIS设备内部异物检查的效率；

3) 本项目成果能有效解决机器人在GIS设备腔体内复杂环境内跨越支撑绝缘体、导体、开关等障碍，实现无障碍运行，同时能避免在GIS内部运行时造成二次破坏，从而帮助检修人员及时了解GIS设备腔体内部的情况，有效判断GIS故障类型及故障位置并进行处置；

4) 本项目成果可以适应宁夏电网363kV及以上电压等级GIS新建或扩建工程GIS设备，能够在一定程度上利用机器人直接解决由于腔内异物所引起的GIS系统故障问题，从而避免了不必要的设备拆解，省时省力，稳定高效。将尽可能减小GIS设备检修中的人工直接进入腔体环节，在极大程度上避免了二氧化硫、硫化氢等有毒气体和粉末对人员健康带来潜在风险；

5) 本项目充分利用智能图像处理技术和基于机器视觉的异物智能清理技术，为进入GIS腔内的小型化智能机器人进一步赋能，在机器人可在GIS内部复杂环境中无障碍运行的基础上，实现腔体内小目标自动检测识别且达到较高的识别准确率，实现腔体内部异物自动清理；

本项目将针对传统人工GIS设备故障检修需要进行设备拆解，检修过程复杂，效率低下等问题以及现有GIS设备检测手段的诸多不足或应用侧重点的不同，研制GIS设备组部件安装双光源造影装置以及搭载双光源的GIS腔体巡检机器人，双光源造影装置可于罐体外直接拍摄腔体内异物设备，机器人可装载双光源造影单元和作业设备进入GIS腔体内部，利用智能控制、图像识别、机器学习等技术，实现GIS腔体自动检测以及腔体内异物智能清理，为GIS设备检修提供一种智能化手段，从而提高GIS设备检修效率，保证GIS设备安全稳定运行。

预期效益说明：

该项目的研发有很高的经济效益和社会效益。首先，不必到现场就可以了解电气设备的运行状态，可以节省大量的人力、物力，提高了电网检修效率，因而直接和间接地产生良好的经济效益，在项目实施后可以在全省电网乃至国家电网系统内进行推广应用，具有很好的投入产出比。目前各电网大量早期电气设备已落后，并逐步进入后期更新改造，因而为该项目实施推广奠定了良好的基础。

其次，该项目的实施对于加快电力电网运行管理现代化有积极的意义，对于变电站自动化管理、无人值守管理、远程管理具有重大现实意义。

该项目实施后，可对GIS设备的管道进行在线监测，在线下达本套设备的操作指令，实现对设备的远程监控。在发生故障前采取相应的预防措施，避免故障进一步的恶化及事故的发生，还可以大量减少人工、定检的费用，减少以往的停电时间、工作量，减少拆线检修以及老旧的工作程序带来的不安全因素，节约人力、物力、财力，达到增产、增效、安全的目的，提高电能质量以及供电的可靠性，从而获得良好的经济效益和社会效益。

更重要的是，该项目的实施具有很好的推广性，在很多具有类似场合的环境中都能使用，同时，该项目改善了管道机器人结构简单、功能单一的不足，有效地弥补其在功能结构方面的缺陷。