隨著電網規模的增大、電壓等級的提高，對供電安全可靠性要求也更加嚴格，變電站正常運行成為保障電力係統供電安全的重要環節[1-2]。目前中國電網主要采用人工巡檢作業方式，即采用人工巡視、手工記錄的模式對運行中的變電設備進行檢查。人工巡檢存在勞動強度大、工作效率低、巡檢質量不穩定等缺點，惡劣氣象條件對巡檢人員身體也存在危害[3-5]。近年來，采用機器人巡檢代替人工巡檢模式已成為變電站巡檢發展的熱點方向[6-8]。

國外較早開展變電站機器人研究工作。日本在20世紀80年代開始研製的變電站巡檢機器人使用可見光和紅外傳感器對變電站設備進行巡檢，實現對巡檢數據進行自動處理[9-10]。加拿大魁北克研製的變電站巡檢機器人，實現了遠程監控，可在後台對機器人進行實時控製和遠程操作[11]。巴西研製了在變電站高空行走軌道移動的熱點監測機器人，實現了變電設備異常發熱的紅外檢測[12]。

國內山東省電力公司於1999年最早開始變電站巡檢機器人研究，並於2004年研製成功第1台功能樣機，後在國家863項目支持下研製出變電站巡檢機器人[13]。2012年重慶電力公司在500 kV巴南變電站成功應用機器人進行自主巡檢作業。2014年浙江國自機器人公司研製的機器人在瑞安變電站投運。目前，中國在變電站機器人巡檢領域取得了長足進展，但在多傳感器綜合探測、四輪驅動移動平台、綜合導航和精確對準、故障精確診斷等技術方麵還存在瓶頸[14-15]。

基於上述關鍵技術難點，研發了一套變電站機器人智能巡檢係統。本文介紹巡檢係統總體設計方案和組成部分，論述巡檢係統各部分關鍵技術，說明變電站機器人巡檢工程實施細節和在220 kV清遠站和500 kV五邑站巡檢應用情況，分析巡檢應用存在的問題並提出解決措施。研發的變電站機器人智能巡檢係統在後續巡檢應用中能較好地完成巡檢任務，取得良好的巡檢效果，具有良好的推廣應用前景。

1 機器人巡檢係統總體設計

1.1 巡檢係統組成

機器人巡檢係統由機器人本體、充電係統、無線傳輸係統、本體監控後台及輔助設施組成。係統組成框圖如圖1所示。係統具有以下特點：(1)使用無軌導航方式，實現快速部署，可方便站間調配;(2)采用四輪獨立驅動，適應於各種複雜環境，提供高清晰度紅外及可見光視頻圖像，測溫精度達0.5 ℃;(3)采用基於激光雷達和慣導組合的精確地形匹配的導航方案，定位精度達到1 cm;(4)超聲防撞，提供高可靠性安全保障，可原地全方位運動，為巡檢提供更強的易用性。

1.2 機器人本體

機器人本體由外形結構部件、運動控製係統、供電係統、傳感器係統和導航係統組成。

1.2.1 外形結構部件

機器人外形結構設計以簡潔實用、硬朗可靠為基本原則，配合良好的平麵切割技術，兼顧重量、穩定性和防護等級要求;表麵采用噴塑和陽極氧化工藝處理，具有較強的防腐性能;機器人結構大量采用鋁合金材料，重量小於100 kg。

1.2.2 運動控製係統

機器人運動控製係統主要由運動控製器、電機驅動器、電機、減速器、車輪、超聲波避障模塊、手動遙控模塊、狀態指示燈等組成，如圖2所示。

運動控製係統主要實現與監控後台的通信以及對車體及雲台的控製功能，實時接收車體、雲台狀態信息並上傳，其工作流程如圖3所示。

為適應變電站戶外運行需求，機器人車體選用輪式四輪驅動，在運動控製中應用PID控製及PMSM矢量控製算法進行車體控製，實現轉速精確控製和轉矩快速響應，保證了控製算法的成熟性和穩定性。4輪獨立驅動及柔性匹配控製實現了零轉彎半徑，原地360°旋轉，現場路徑規劃靈活，環境適應能力強。驅動電機使用低磁阻大扭矩驅動電機，係統調速範圍寬、效率高、可靠性好，機器人最大運行速度可達1.1 m/s，可越過10 cm障礙物、爬坡能力達到25°。