科技日報記者 陳曦 通訊員 張揚 潘冬冬
7月12日，在國網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、準確、快速地識別、檢測出大型變壓器內部碳痕、電樹枝放電等典型缺陷，并實時傳回清晰的畫面。
這就是國網天津市電力公司（簡稱“國網天津電力”）自主研發的全國首個變壓器智能內檢“機器魚”，它具備圖像自主識別、空間自主定位、三維路徑規劃、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部缺陷智能診斷與識別關鍵技術研究”項目通過了由國內變壓器行業專家組進行的性能測試見證和科技項目驗收。
(資料圖)
油浸變壓器人工巡檢復雜且危險
近幾年，隨著大數據、物聯網、人工智能等前沿科技的不斷滲透，各行各業都迎來了飛速發展，同時也面臨越來越大的供電需求。在供電系統中，變壓器擔負著電壓轉換和能量傳輸的重要作用。
根據采用的絕緣介質的不同，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，但當發生疑似缺陷時，變壓器檢查維修起來非常困難。”國網天津電科院變壓器專業負責人魏菊芳介紹，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、檢查準確性差和安全風險隱患高等三大難題，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，國網天津電力考慮用機器人替代人工完成這項復雜而又危險的工作。
“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’的設計。‘機器魚’可在水平面上360度原地旋轉，具有全方位巡航能力。它的水平巡航速度可達2米每分鐘，上浮下沉速度可達1.5米每分鐘，自主下潛深度懸停誤差控制在3厘米以內，還可根據設定的目標點，自主規劃巡檢路徑。”國網天津電科院研發人員劉力卿介紹。
“機器魚”可用于大型油浸式變壓器移位、變形、過熱、放電痕跡等內部狀態檢查，具備體積小、移動靈活的優點，可在不影響變壓器內部環境的基礎上，在變壓器內部對其狀態進行檢查，判斷變壓器內部是否存在異常，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，具有較大的經濟和社會效益。
打造智慧大腦讓“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，離不開國網天津電科院為這條魚打造的“智慧大腦”。
最初，這條“機器魚”遠沒現在這么聰明。在研制過程中，項目研發團隊遇到了缺陷圖像自主識別、定深懸停等技術難題。而解決這些難題對“機器魚”準確識別變壓器內部缺陷至關重要。
“當時國內并沒有研發先例可供借鑒，也沒有成熟的硬件平臺作為載體。”劉力卿回憶說，例如“機器魚”在變壓器內部檢查過程中，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，對準確識別目標缺陷造成不利影響。
另外，在巡檢變壓器的時候，通過人眼觀察識別缺陷，工作量巨大還可能遺漏某些目標缺陷。因此巡檢工作需要“機器魚”巡視范圍廣，視覺畫面變化快。為解決這一問題，項目研發團隊經過長時間探索，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缺陷自主識別方法，達到了良好效果。
“最終，我們應用了三維空間定位技術、姿態控制技術、全局路徑規劃技術以及圖像自主識別技術，解決了‘機器魚’在變壓器封閉空間內的無線定位、無線控制、無線圖像傳輸等難題，實現了在變壓器內部靈活、準確移動，快速確定變壓器內部狀態及故障位置。”劉力卿說。
接下來，國網天津電力將圍繞小型化、便捷化、智能化方向對變壓器“機器魚”進行迭代升級，優化“機器魚”物理結構，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，并選取天津試用區域變壓器進行重點推廣，提升變壓器運檢智能化水平，有力支撐新型電力系統建設。
