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电缆隧道故障检测多足机器人的应用

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：云帮助1 常布荣2 孙大伟3 张盛昱4 宋立辉5

[导读] 研究一种电缆隧道（小型沟道）多足机器人故障检测系统，研发机器人可携带的轻量化集成传感器对电缆本体及通道进行缺陷检测，运维人员在地面进行操作及监控；通过呼和浩特供电局的应用实践证明了本研究的适应性和可靠性。

云帮助1 常布荣2 孙大伟3 张盛昱4 宋立辉5
        （内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电局内蒙古自治区呼和浩特市 010050）
        摘要：研究一种电缆隧道（小型沟道）多足机器人故障检测系统，研发机器人可携带的轻量化集成传感器对电缆本体及通道进行缺陷检测，运维人员在地面进行操作及监控；通过呼和浩特供电局的应用实践证明了本研究的适应性和可靠性。
        0引言
           目前随着城市化和电力线路入地工程的展开，电缆隧道（沟道）运维方式已经很难满足配网线路的需求，靠人力巡检巡视不能够解决电缆本体及通道的故障检测问题，尤其是小型化的电缆沟道，狭小的空间运维人员很难顺利进入，根本无法正常巡检巡视，随着电缆故障的不断增加，急需要需求新的技术手段解决目前遇到的难点问题。
            呼和浩特供电局目前基本是早期的小型化沟道，经常出现塌方、积水、有毒有害气体等，给电缆沟道的运维造成了难题，现有的手段已经无法满足运维要求。经过技术查新及调研，我们提出了小型化、便携式多足机器人巡检系统的应用，由机器人代替运维人员进入电缆沟道，对电缆本体及通道进行环境检测、电缆故障及缺陷检测，为小型化的电缆沟道巡检巡视和故障检测提供了一种全新的手段。
        1多足机器人系统的设计
        经过对呼和浩特供电局电缆沟道现场调研，设计方案只有多足架构的机器人能够满足狭小电缆沟道的复杂运行情况，在跨越障碍物、涉水等方面需求，采用六足设计，每足三关节设计，每个关节2个自由度；最大爬行速度不小于1m/s，最大涉水深度小于25cm，最大连续运行时间不小于4hr。
        本研究采用了多频率融合技术，自建无费用、宽带、适应电缆隧道环境，目前已经研发成熟，投入呼和浩特供电局实际使用运行。设定传输距离不小于300米，双向传输速率大于800Mbps，可以满足不同的应用场景的需求；
        本研究的优势是不用附加设备即可监测，通过视频定位技术，可直接检测电缆蠕动数据，及时发现超出阈值情况，为电缆健康稳定运行提供新的技术手段；
        2地面控制站系统研发
        安装在机器人上面的前端摄像机/红外热成像仪等智能化传感器通过无线通信模块，把视频及语音信号传输给路由器装置，路由器经过桥接，转换为智能终端可以使用的无线热点，多台计算机或者智能终端可同时监控现场情况，也可以通过远程模块传输至远端进行监控等。
        3电缆本体及通道状态及缺陷检测方法
           研究一种电缆隧道机器人视频下的动态电缆蠕动的测量算法，本方法能够准确提取每一帧图像中的缓慢运动形变中电缆特征点，并根据计算机视觉的相关理论，较高精度的计算出时间与位移差的关系。本方法对摄相头的安装角度没有特殊的要求，本方法简单、易行、且有较高的准确度及实用价值。

        通过标幺化算法统一多参数数值，创建电缆状态监测多参数关联分析模型，通过权的设置和推理机，直接给出状态检修的相关结论，解决了在线监测系统长期以来的单个参数或者系统与综合监测的问题、监测参数与如何及时分析使用问题等，对于电缆线路的安全稳定运行具有十分重要的意义。
        及时发现火灾隐患并且进行激光精确测距故障点定位，为事故处理及抢修赢得时间，为供电可靠性的提高提供技术手段。
        3应用情况
        经过设计加工，装配调试，从功能使用角度实现了电缆及通道的机器人检测，运维人员可以在地面遥控机器人在电缆沟道进行巡检，整机装置考虑其使用环境的多变性，系统对其设备的功耗、防水、集成检测头等都做了适应性处理（见图4～5）。

        图4 样机测试--跨越障碍

        目前，此系统已应用于呼和浩特供电局的电缆沟道内的检测，对沟道进口非常狭小、环境差、气味大、地面滑、人员无法行走；沟道内地面有障碍物、桥架坍塌，内部积水，都可进行爬行巡检巡视。效果良好。
        4结论
        通过现场应用，本研究有效解决了电缆隧道日常巡检及紧急状态下的监控等技术难题。实现了预期目标，一是常规巡检，研制的机器人系统代替人进入隧道进行巡检，及时发现事故隐患；二是事故初始状态，利用机器人集成的激光测距，准确定位出火灾点或者破坏点位置；三是携带专业仪器设备提前发现事故隐患，处理于萌芽状态: 电缆隧道机器人可携带专业设备进行逐一巡查，不会漏掉一个点，全程可视频连接\红外热成像视频、录制存储、激光测距，便于事后办公室逐一检查比对，提前发现事故隐患。

        参考文献：
        【1】姜媛媛, 李振璧, 梁喆. 煤矿井下电缆隧道超温预警与故障定位系统[J]. 煤矿安全, 2009, v.40;No.v.40(9):80-82.
        【2】牛永超, 郭伟, 查富生. 基于CPG理论的六足机器人多足协调运动控制方法[J]. 制造业自动化, 2008, 30(11):56-59.
        【3】高兴强. 高压电缆及电缆隧道综合监控系统研究与应用[J]. 2016(23):105-105.
        【4】李胜国. 电力电缆及其管沟在线综合监控系统的研究[D]. 山东大学.