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研究院電氣設備智能檢測技術攻關團隊在該院特種作業(yè)機器人攻關實驗室遠程操控作業(yè)機器人，在真型GIS設備內(nèi)開展異物造影檢測，完善異物造影圖譜庫。

　　在處置GIS設備故障的過程中，寧夏電科院電氣設備智能檢測技術攻關團隊運用多種機械化、數(shù)字化、智能化技術手段，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設備安全穩(wěn)定運行。

　　小異物大隱患，精準“把脈”是關鍵

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

　　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，該設備先后經(jīng)歷了三次解體和清理才恢復正常運行。針對這一情況，寧夏電科院電氣設備智能檢測技術攻關團隊負責人馬飛越帶領團隊成員前往該變電站收集設備內(nèi)部異物，了解運維人員處置異物的流程，并結合GIS設備內(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，攻關團隊發(fā)現(xiàn)GIS設備內(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設備內(nèi)部會導致電場發(fā)生畸變，引發(fā)絕緣材料表面閃絡或間隙擊穿，造成設備故障。據(jù)統(tǒng)計，由異物導致的GIS設備故障占比超過50%。

　　人工檢查是查找GIS設備內(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，準確率不到70%。團隊成員還發(fā)現(xiàn)人工檢查也有可能在設備內(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設備的內(nèi)部檢測結果進行分析、匯總;與多家科研院所、高等院校合作，收集GIS設備廠家意見，結合其他行業(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設備內(nèi)部異物處理新方案。

　　機器代替人工，精準識別清理異物

　　在GIS設備內(nèi)部可視化機器人作業(yè)研究的基礎上，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和人工智能技術相結合，提出了基于極限學習機的異物缺陷識別算法，在設備不解體的前提下，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設備內(nèi)部不同材質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，實現(xiàn)了GIS設備內(nèi)部常見異物識別。

　　如何提高異物清理質效?“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，攻關團隊與四川大學有關團隊合作，設計開發(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動的麥克納姆輪，與GIS設備腔體緊密貼合。柔性機械臂由3D打印的多節(jié)萬向關節(jié)組成，可實現(xiàn)機器人本體與柔性關節(jié)分離。同時，攻關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)一套設備即可完成GIS設備內(nèi)部隱患預警、異物檢測和清理。

　　強化源頭管控，助力設備質量監(jiān)督

　　2021年5月，寧夏重點能源基礎設施項目——妙嶺750千伏變電站復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，針對復合式氣體絕緣組合電器安裝特點，攻關團隊將GIS異物檢測及作業(yè)機器人應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用。我們的項目成果還可為不同廠家設備出廠前的質量監(jiān)督提供新的技術手段，減少設備內(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備時遭受有毒物質侵害的風險。

　　攻關團隊依托“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年職工技術創(chuàng)新優(yōu)秀成果三等獎。（化汝）