2021年第5期总第408
期
张永涛，徐潇，于倩倩
（国网河南省电力公司周口供电公司，河南周口466000）
变电站巡检机器人作为信息获取和运维的重要手段，逐渐走向变电站巡检行业的多种应用场合，实现更加复杂、多样的巡检任务。根据变电站巡检机器人运行工况的不同，有针对性地规划巡检路线，将有效提高巡检机器人的工作效率，有助于运维人员快速掌握设备的运行情况。
1巡检路线规划
1.1
协助应急处理
机器人巡检模式下，当无人值守变电站设备状态发生改变时，或获得系统告警信息后，运维人员可以在后台调用巡检机器人，快速到达指定设备间隔，及时查看设备状态并核实告警信息；当无人值守变电站发生事故时，运维人员可在后台指挥机器人深入事故现场，快速定位故障区域，实时读取现场数据[2]。
巡检路线规划时，以环境电子地图的中心点为坐标原点，建立主直角坐标系，借助巡检机器人在地图上的起点和终点，确定辅助坐标系的原点，建立辅助直角坐标系，最后，根据巡检机器人起点和终点的位置分布，判断它们在两个坐标系中的象限位置，获取交集作为搜索区域[3]。
在限定的搜索区域内，采用Dijkstra 算法寻起点到终点的最短路线。设起点为u 0，终点为v 0，已求
出最短路径节点的集合用S 表示，其余未确定最短路径节点的集合用T 表示。Dijkstra 算法的基本思想是：按照距离u 0由近及远的顺序，依次求得u 0到图中的各节点的最短路线和距离，直至终点v 0，算
法结束[4]。算法步骤如下：
初始条件下，集合S 中只包含起点u 0，集合T
中包含除起点外的其他节点，且T 中节点距离的定
义为起点u 0到该节点的长度；
从集合T 中选出距离最短的节点k ，并将节点k 加入到集合S 中，从集合T 中移除节点k ；
利用节点k 来更新T 中各个节点到起点u 0的距
离。节点k 作为中间节点，若T 中各节点距离缩短，则采用新的距离值，否则各节点保持原来的距离；
重复步骤（2）、步骤（3），直到终点v 0。协助应急处理时，变电站巡检机器人路线优化
流程如图1所示。
图1基于Dijkstra 算法的巡检路线优化流程图
DOI:10.dqh.2021.05.014
收稿日期：
mean shift
2021-03-06
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1.2
缺陷定点跟踪
对于受环境、电网负荷等影响，工作状态变化较大的动态缺陷，可以充分利用机器人属地化以及巡检频率高的优势，对缺陷进行跟踪记录[2]。
当变电站内存在缺陷的设备数量较多时，机器人巡检路线规划属于图论中的旅行商问题，研究人员通常采用遗传算法、模拟退火算法等对上述问题进行求解[3,5]。
画出变电站巡检机器人巡检道路拓扑图，采用图论中Dijkstra 算法，求解任意两节点之间的最短距离矩阵；
对缺陷设备进行编号，并求解任意两个缺陷设备之间的最短距离，构造最短距离矩阵。假设巡检道路上存在缺陷设备A 和B ，其位置如图2所示，缺陷A 邻近的节点为A1和A2，缺陷B 邻近的节点为B1和B2，不同缺陷设备的邻近节点两两组合，共有4种方案，综合考虑各缺陷设备到邻近节点之间的距离，最终得到两个缺陷设备之间的最短距离。
图2两个缺陷设备之间最短距离计算示意图
采用智能算法对缺陷设备的巡检顺序进行优化排序，得到近似最优巡检路线。
变电站巡检机器人缺陷定点跟踪路径规划流程如图3所示。
图3缺陷定点跟踪路径规划流程
1.2全站全巡
变电站巡检机器人携带可见光相机、红外热成
像仪对变电站开展例行巡视和全站红外测温。国家电网有限公司对变电站巡检周期的要求如下：一类变电站每2天至少巡检1次，二类变电站每3天至少巡检1次，三类变电站每周不少于1次[2]。
为了提高巡检机器人的作业效率，运维人员需要对机器人的巡检路线进行规划。画出变电站巡检机器人巡检道路拓扑图，对断头路进行简化处理。连通图中各节点关联边的个数称为该节点的度，度为奇数的节点称为奇点，度为偶数的节点称为偶点。当奇点的个数为0个时，机器人巡检路线可以“一笔画”，否则，需要对奇点进行配对，构造欧拉图。采用枚举法或奇偶点图上作业法对奇点进行配对优化，降低机器人重复行走距离[6,7]。
巡检道路拓扑图中各节点均为偶点时，采用Fleury 算法对变电站巡检机器人全站全巡路线进行规划设计。Fleury 算法的基本思路是：依次描画一条边，在描画过程的每一步，除非别无选择，否则不走回头路，不过独木桥。算法步骤如下[4]：（1）设G 为无向欧拉图，v 代表点，e 代表线，任取G 中一顶点v 0，令P 0=v 0；
（2）假设沿P i =v 0e 1v 1e i v i 走到顶点v i ，按下述方法从E (G )-{e 1,e 2,...,e i }中选e i +1：
（a ）e i +1与v i 相关联；
（b ）除非无别的边可供选择，否则e i +1不应该城市生活e站
是G i =G -{e 1,e 2,...,e i }中的桥。
（3）当步骤（2）不能再进行时，算法停止。
2机器人避障
在机器人巡检过程中，需要对外界不确定性环境进行感知，其中包括躲避站内人员、设备及其他障碍物。
机器人避障行为可分为停障和绕障两种方式[1]。停障是指当机器人探测到行进路线上一定距离内有障碍物阻挡时，机器人发出并执行减速制动指令，待障碍物清除后继续行进；绕障是指巡检机器人尝试直接绕过障碍物而继续行进的避障方式。
障碍物通常可分为静止障碍和移动障碍两种。躲避静止障碍可通过人工场势法来实现[8]
，在势场
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中障碍物对机器人产生斥力，距离越近，斥力越大；目标点对机器人产生引力，引力与斥力相反，距离越近，引力越小，当机器人到达目标点时引力为零。通过设置最小安全距离来计算斥力、引力和合力，从而实现机器人的自主避障。
白棉花 电影在移动情况下，常见的障碍物与机器人存在相遇和穿越行为。相遇行为是面对面的运动，即障碍物与机器人前进方向相反；穿越行为是垂直运动，即机器人前进的方向有障碍从面前穿越。躲避移动障碍可采用基于模糊逻辑理论的避障方法[9]，该避障方法是用Mandani 推理法得到一个精确的速度变化量，当障碍物与机器人之间存在一定距离时，机器人按照一定速率逐步减速到最低速度，待障碍消失或者距离大于安全距离时，机器人再逐步加速到正常值，继续完成巡检任务。
积雪苷3无线充电技术
现有变电站巡检机器人通常采用接触式方式进行充电，该充电方式对充电接口质量、机器人导航能力要求较高，需要建造单独的充电室[10]。变电站巡检机器人目前配置电池的充电时间为8h ，满电状态下只能连续工作6h 。在500kV 变电站，巡检机器人对全站设备完成1次巡检需要3天，满足不了实际要求[11]
。电池容量不足、充电速度慢制约着变电站巡检机器人巡检作业效率的提升。
应用于机器人领域的中功率无线充电技术为电磁感应式，利用初级线圈和次级线圈在空气中的耦合进行能量传输，充电功率为50～1000W [1]。机器人无线充电装置由发射端和接收端两大部分组成，发射端位于充电基座内，接收端安装在机器人底部，充电基座埋设于机器人巡检道路下，如图4所示。
当系统检测到巡检机器人电量不足时，就近选择无线充电基座，当机器人靠近充电基座时，开启充电模式，充电完成后继续开展巡检作业。
4结束语
本文主要研究了变电站巡检机器人在协助应急处理、缺陷定点跟踪、全站全巡时的巡检路线规划方法，并对巡检机器人避障策略进行了总结。巡检机器人续航能力不足制约着机器人路线规划以及作
业效率的提升，无线充电技术的发展将对变电站巡检机器人的应用产生深远影响。
巴氏小体参考文献
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EPTC 电力机器人专家工作委员会，陈曦，孙杨.变电站机器人巡检运维技术培训教材[M].北京：中国电力出版社,2020.[2]国网浙江省电力有限公司温州供电公司.变电站巡检机器人[M].北京：中国电力出版社,2019.
[3]陈瑶.变电站智能巡检机器人全局路径规划设计与实现[D].济南：山东大学,2015.
[4]
王海英，黄强，李传涛，等.图论算法及其MATLAB 实现[M].北京：北京航空航天大学出版社,2010.
[5]王锐，莫志超，彭向阳，等.基于遗传算法的变电站巡检机
器人任务路径规划方法研究[J].计算机测量与控制,2017,25(4):153-155.[6]张永涛，李博，张甲，等.基于图论的变电站巡检机器人全局路径规划[J].山东电力技术,2020,47(9):45-49.[7]张永涛，于倩倩，肖智彬，等.基于图论的变电站巡检机器人全局路径规划[J].浙江电力,2021,40(1):12-17.
[8]
杨海，高山峻，许文斌，等.电力巡检机器人自动避障与轨迹规划系统研究[J].自动化与仪表,2020,35(08):37-41.[9]
李敬业，高学山，高锐，等.人机共存环境下巡检机器人自主移动与避障方法[J].兵工自动化,2020,39(7):83-88.[10]岳增凯.变电站巡检机器人无线充电关键技术的研究[D].济南：山东大学,2019.
三个一切[11]
宋江华.变电站智能巡检机器人应用问题及解决方法[J].电力安全技术,2020,22(1):73-75.
作者简介
张永涛（1993—）男，主要从事变电二次设备检修工作。
（责任编辑：
张峰亮）
图4
巡检机器人无线充电示意图
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