寧夏電科院創(chuàng)新研發(fā)“GIS異物檢測及作業(yè)機器人”

　　1月5日，國網(wǎng)寧夏電力有限公司電力科學(xué)研究院電氣設(shè)備智能檢測技術(shù)攻關(guān)團隊在該院特種作業(yè)機器人攻關(guān)實驗室遠程操控作業(yè)機器人，在真型GIS設(shè)備內(nèi)開展異物造影檢測，完善異物造影圖譜庫。

　　在處置GIS設(shè)備故障的過程中，寧夏電科院電氣設(shè)備智能檢測技術(shù)攻關(guān)團隊運用多種機械化、數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，創(chuàng)新研發(fā)“GIS異物檢測及作業(yè)機器人”，實現(xiàn)了對異物的高效檢測及清理，支撐GIS設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

　　小異物大隱患，精準(zhǔn)“把脈”是關(guān)鍵

　　近年來，投入運行的GIS設(shè)備數(shù)量越來越多。一旦出現(xiàn)GIS設(shè)備組部件裝配工藝水平不高、運動部件相互摩擦等情況時，設(shè)備內(nèi)部可能產(chǎn)生金屬絲等異物，影響設(shè)備安全運行。

　　2015年11月，運維人員發(fā)現(xiàn)寧夏中衛(wèi)地區(qū)一座330千伏變電站的GIS設(shè)備內(nèi)部存在異物。由于微小異物不易檢查到、清理不徹底，該設(shè)備先后經(jīng)歷了三次解體和清理才恢復(fù)正常運行。針對這一情況，寧夏電科院電氣設(shè)備智能檢測技術(shù)攻關(guān)團隊負(fù)責(zé)人馬飛越帶領(lǐng)團隊成員前往該變電站收集設(shè)備內(nèi)部異物，了解運維人員處置異物的流程，并結(jié)合GIS設(shè)備內(nèi)部異物放電特性開展了一系列深入分析。

　　通過收集多例異物并開展成分分析，攻關(guān)團隊發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部異物基本種類包括金屬絲、絕緣漆皮、聚酯纖維、丁腈橡膠等。這些異物在GIS設(shè)備內(nèi)部會導(dǎo)致電場發(fā)生畸變，引發(fā)絕緣材料表面閃絡(luò)或間隙擊穿，造成設(shè)備故障。據(jù)統(tǒng)計，由異物導(dǎo)致的GIS設(shè)備故障占比超過50%。

　　人工檢查是查找GIS設(shè)備內(nèi)部異物的主要方式。團隊成員開展了多次模擬實驗，每一次都沒能發(fā)現(xiàn)全部的毫米級異物。用肉眼查找這類異物的難度較大，準(zhǔn)確率不到70%。團隊成員還發(fā)現(xiàn)人工檢查也有可能在設(shè)備內(nèi)部遺留異物，如工具掉落的碎屑。

　　為了解決這些問題，2016年，馬飛越帶領(lǐng)團隊成員走訪了寧夏地區(qū)多座變電站，對不同電壓等級和不同廠家生產(chǎn)的GIS設(shè)備的內(nèi)部檢測結(jié)果進行分析、匯總;與多家科研院所、高等院校合作，收集GIS設(shè)備廠家意見，結(jié)合其他行業(yè)類似問題處理方式，決定采用可視化機器人作業(yè)，探索GIS設(shè)備內(nèi)部異物處理新方案。

　　機器代替人工，精準(zhǔn)識別清理異物

　　在GIS設(shè)備內(nèi)部可視化機器人作業(yè)研究的基礎(chǔ)上，2018年，“GIS異物檢測及作業(yè)機器人”項目組正式成立。

　　“我們希望在設(shè)備不解體的情況下評估內(nèi)部異物危險度。如果看不到異物的話，我們能不能‘聽’到異物呢?通過不斷的努力，我們將聲振檢測技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合，提出了基于極限學(xué)習(xí)機的異物缺陷識別算法，在設(shè)備不解體的前提下，實現(xiàn)對內(nèi)部異物的危險度評估，打造了GIS設(shè)備異物缺陷聲振聯(lián)合檢測及評估系統(tǒng)。”馬飛越介紹。

　　實現(xiàn)異物危險度評估后，識別、清理異物是接下來要解決的問題。“我們受到了夜間戶外燈、影聯(lián)動變化的啟發(fā)——這些毫米級的異物難以直接發(fā)現(xiàn)，那就給它們制造一個能看見的影子，這樣一來，這些異物就無所遁形了!”團隊成員牛勃介紹。

　　在針對毫米級異物的光影測試中，團隊成員發(fā)現(xiàn)GIS設(shè)備內(nèi)部不同材質(zhì)異物在被不同波段光線照射時的光譜圖存在差異，于是采用紫外光、白光雙光源造影檢測技術(shù)，實現(xiàn)了GIS設(shè)備內(nèi)部常見異物識別。

　　如何提高異物清理質(zhì)效?“我們的思路是盡量規(guī)避以往處理方式的弊端：第一，整體實現(xiàn)人工替代;第二，提高清理質(zhì)量;第三，進行必要的人工作業(yè)時，保障人身安全。”牛勃說。

　　GIS設(shè)備內(nèi)部空間狹小，既要確保不影響內(nèi)部各組部件狀態(tài)，還要做到異物無死角清潔，人工操作使用的傳統(tǒng)機械臂無法滿足要求。對此，團隊成員展開了頭腦風(fēng)暴——從外置機器人到多個機器人組合，從全覆蓋清潔車到多功能機械球，方案一個個產(chǎn)生，又被一個個推翻。最終，攻關(guān)團隊與四川大學(xué)有關(guān)團隊合作，設(shè)計開發(fā)出由移動基體和柔性機械臂兩部分組成的模塊化異物作業(yè)機器人。

　　移動基體采用全向驅(qū)動的麥克納姆輪，與GIS設(shè)備腔體緊密貼合。柔性機械臂由3D打印的多節(jié)萬向關(guān)節(jié)組成，可實現(xiàn)機器人本體與柔性關(guān)節(jié)分離。同時，攻關(guān)團隊還將雙光源造影檢測、異物清理等功能以模塊化的方式集成在機器人上，實現(xiàn)一套設(shè)備即可完成GIS設(shè)備內(nèi)部隱患預(yù)警、異物檢測和清理。

　　強化源頭管控，助力設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督

　　2021年5月，寧夏重點能源基礎(chǔ)設(shè)施項目——妙嶺750千伏變電站復(fù)合式氣體絕緣組合電器進入投運前的安裝階段。為強化源頭管控，針對復(fù)合式氣體絕緣組合電器安裝特點，攻關(guān)團隊將GIS異物檢測及作業(yè)機器人應(yīng)用在組部件重點對接部位，利用雙光源造影檢測功能查找異物，并精準(zhǔn)清理了發(fā)現(xiàn)的毫米級異物。

　　“目前，該作業(yè)機器人已經(jīng)在多個超高壓、特高壓變電站工程中投入應(yīng)用。我們的項目成果還可為不同廠家設(shè)備出廠前的質(zhì)量監(jiān)督提供新的技術(shù)手段，減少設(shè)備內(nèi)部異物所引發(fā)的故障。”牛勃介紹。

　　“GIS異物檢測及作業(yè)機器人”項目成果彌補了GIS設(shè)備基建安裝、運維檢修等階段異物檢測方面存在的不足。項目成果解決了GIS設(shè)備內(nèi)部異物缺陷定性難、發(fā)現(xiàn)缺陷后異物難以識別及清理的問題，同時避免了運維人員進入設(shè)備時遭受有毒物質(zhì)侵害的風(fēng)險。

　　攻關(guān)團隊依托“GIS異物檢測及作業(yè)機器人”項目成果已獲得國家專利授權(quán)11項，發(fā)表論文12篇。該項目成果獲得中國安全生產(chǎn)協(xié)會第三屆安全科技進步獎二等獎、國家電網(wǎng)有限公司2022年職工技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)秀成果三等獎。（化汝）