近日，在國網(wǎng)天津電科院高壓試驗大廳中，科研人員正在檢測一個像魚一樣的機器人的各項性能。這條“機器魚”在變壓器礦物絕緣油中，可以清晰、準(zhǔn)確、快速地識別、檢測出大型變壓器內(nèi)部碳痕、電樹枝放電等典型缺陷，并實時傳回清晰的畫面。

【資料圖】

這就是國網(wǎng)天津市電力公司（以下簡稱國網(wǎng)天津電力）自主研發(fā)的全國首個變壓器智能內(nèi)檢“機器魚”，它具備圖像自主識別、空間自主定位、三維路徑規(guī)劃、下潛深度懸停等功能。日前，“基于微型機器魚的大型變壓器內(nèi)部缺陷智能診斷與識別關(guān)鍵技術(shù)研究”項目通過了由國內(nèi)變壓器行業(yè)專家組進行的性能測試和科技項目驗收。

油浸變壓器人工巡檢麻煩且危險

近幾年，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等前沿科技的不斷滲透，各行各業(yè)都迎來了飛速發(fā)展，同時也面臨越來越大的供電需求。在供電系統(tǒng)中，變壓器擔(dān)負(fù)著電壓轉(zhuǎn)換和能量傳輸?shù)闹匾饔谩?/p>

根據(jù)采用的絕緣介質(zhì)的不同，可以分為油浸式變壓器、干式變壓器和氣體絕緣變壓器。其中油浸式變壓器主要由線圈、鐵心以及油箱構(gòu)成，線圈和鐵心都封閉在油箱里。油箱里充滿了礦物絕緣油，對線圈起到絕緣保護作用。

“礦物絕緣油起到絕緣、冷卻、滅弧的作用，能夠保護變壓器，但當(dāng)發(fā)生疑似缺陷時，油浸式變壓器檢查維修起來非常困難。”國網(wǎng)天津電科院變壓器專業(yè)負(fù)責(zé)人魏菊芳介紹，以往檢修人員通過外部電氣及油色譜分析試驗，很難判斷變壓器內(nèi)部異常及部位。通常需要采用人工鉆入變壓器本體或吊罩的方式進行檢查，存在著工作效率低、檢查準(zhǔn)確性差和安全風(fēng)險隱患高等三大難題，每次檢查需要耗費大量的人力和物力。

以一臺220千伏異常變壓器為例，放油檢查處理費用約30萬元，檢查大約需10天。

為了解決這一難題，國網(wǎng)天津電力考慮用機器人替代人工完成這項復(fù)雜而又危險的工作。

“考慮到機器人要在礦物絕緣油中工作，因此我們采用了‘機器魚’的設(shè)計?！畽C器魚’可在水平面上360度原地旋轉(zhuǎn)，具有全方位巡航能力。它的水平巡航速度可達(dá)2米每分鐘，上浮下沉速度可達(dá)1.5米每分鐘，自主下潛深度懸停誤差控制在3厘米以內(nèi)，還可根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)點，自主規(guī)劃巡檢路徑?！眹W(wǎng)天津電科院研發(fā)人員劉力卿介紹。

“機器魚”可用于大型油浸式變壓器移位、變形、過熱等內(nèi)部狀態(tài)檢查，具備體積小、移動靈活的優(yōu)點，可在不影響變壓器內(nèi)部環(huán)境的基礎(chǔ)上，在變壓器內(nèi)部對其狀態(tài)進行檢查，判斷變壓器內(nèi)部是否存在異常，有效提高變壓器檢修效率，大幅縮短變壓器停電檢修時間，降低檢修費用，具有較大的經(jīng)濟和社會效益。

智慧大腦讓“機器魚”耳聰目明

讓“機器魚”在油中靈活地“游動”，并且“耳聰目明”地對變壓器進行各種識別和檢測，離不開國網(wǎng)天津電科院為這條魚打造的“智慧大腦”。

最初，這條“機器魚”遠(yuǎn)沒現(xiàn)在這么“聰明”。在研制過程中，項目研發(fā)團隊遇到了缺陷圖像自主識別、定深懸停等技術(shù)難題。而解決這些難題對“機器魚”準(zhǔn)確識別變壓器內(nèi)部缺陷至關(guān)重要。

“當(dāng)時國內(nèi)并沒有研發(fā)先例可供借鑒，也沒有成熟的硬件平臺作為載體?！眲⒘η浠貞浾f，例如“機器魚”在變壓器內(nèi)部檢查過程中，會受到變壓器油清晰度、相機補光強度、“機器魚”移動和拍攝角度等影響，使傳輸出的圖像較為模糊，對準(zhǔn)確識別目標(biāo)缺陷造成不利影響。

另外，在巡檢變壓器的時候，需要“機器魚”巡視范圍廣，視覺畫面變化快。為解決這一問題，項目研發(fā)團隊經(jīng)過長時間探索，嘗試研究了多種圖像處理方法，最終確定了適用的圖像增強方法和目標(biāo)缺陷自主識別方法，達(dá)到了良好效果。

“最終，我們應(yīng)用了三維空間定位技術(shù)、姿態(tài)控制技術(shù)、全局路徑規(guī)劃技術(shù)以及圖像自主識別技術(shù)，解決了‘機器魚’在變壓器封閉空間內(nèi)的無線定位、無線控制、無線圖像傳輸?shù)入y題，使其能在變壓器內(nèi)部靈活、準(zhǔn)確移動，并快速確定變壓器內(nèi)部狀態(tài)及故障位置?！眲⒘η湔f。

接下來，國網(wǎng)天津電力將圍繞小型化、便捷化、智能化方向?qū)Α皺C器魚”進行迭代升級，優(yōu)化其物理結(jié)構(gòu)，完善圖像識別功能，提升典型缺陷自主識別能力，增強操控方式便捷性，并選取天津試用區(qū)域變壓器進行重點推廣，提升變壓器巡檢智能化水平，有力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

記者 陳 曦 通 訊 員 張 揚 潘冬冬