化凤岗
山东广域科技有限责任公司 山东东营 257081
近年来,随着生产规模的不断扩大,油田运维人员紧缺问题日益突出,智能化、自动化巡检在油田变电站、油气站库安全生产、日常运维中显得尤为重要。随着动力传输的增加,巡检机器人得到了广泛应用。巡检机器人可以实现全天24 h无人值守,在特殊环境下仍能正常工作,巡检数据准确,能够实现巡检工作的自动化。通过自动化巡检,减小日常设备运维的工作量,进而减少对用工的需求,是缓解运维人员紧缺的一种有效措施。智能巡检机器人不仅可以提高巡检效率,而且能够及时发现潜在安全隐患和通信设备运行故障,为通信系统的安全、稳定运行奠定基础。笔者对智能巡检机器人在油田站库运维中的应用进行介绍。
根据不同的功能类型,智能巡检机器人分为轮式机器人、挂式轨道式机器人、固定点机器人等。智能巡检机器人主要由机器人本体、防爆无线基站、自主充电装置、远程控制站、激光导航装置等组成。
2.1 机器人本体
机器人本体如图1所示。轮式运动底盘采用四轮驱动,每个驱动轮配备功率为400 W的电机,由此,机器人本体具备一定的爬坡越障能力。试验机在2018年站场应用中,已具备20°爬坡能力。机器人本体搭载用于定位与避障的传感器,能够适应站场的各种复杂环境。常用轮式智能巡检机器人的参数见表1。
2.2 无线基站
高性能无线基站采用防爆设计,与主控室间通过光纤连接,实现机器人数据与远程工作站之间实时监控和分析等功能。单台无线基站覆盖区域可达方圆3 km,满足大范围场地无线覆盖的需求。
2.3 自主充电装置
考虑防爆及安全性,自主充电装置均设置在工艺区外。自主充电装置由充电桩、防爆充电控制箱组成,两者之间由电缆连接。在安全区,自主充电装置可以完成自动充电。在防爆区,可以进行手动应急充电。自动充电接触部位采用电气闭锁技术,不充电时或故障状态下,触点严禁带电。
图1 机器人本体
表1 常用轮式智能巡检机器人参数
2.4 远程控制站
利用智能巡检机器人软件平台实现对机器人本体的远程控制。软件平台安装于站控室内,站场人员可以实时查看机器人本体的行走及充电情况。软件平台还能直观反映机器人本体采集的视频信息及各种参数。
以智能巡检机器人为核心,整合机器人技术、设备非接触检测技术、多传感器融合技术、模式识别技术、导航定位技术、物联网技术,采用自主或遥控方式对变电站室外设备进行可见光、红外、声、局部放电等的检测。
3.1 可见光检测
智能巡检机器人具备机器视觉功能。经图像预处理和滤波技术,消除室外环境雨雪、光照等对设备图像清晰度的影响,通过设备图像精确匹配和模式识别技术,能够进行设备外观状态的自动识别。
3.2 红外测温
智能巡检机器人可以在视野中基于可见设备的温度执行红外扫描,记录温度数据,进行加热诊断,实现对设备热缺陷的判别和自动报警,同时识别与设备操作相关的隐藏风险。另一方面,智能巡检机器人可以对检查发现的故障进行汇报,避免设备出现更严重的问题。
3.3 局部放电检测
智能巡检机器人具有紫外检测功能,可以使运维人员直观形象地观察到发生放电的设备,以及具体放电情况。通过观察电晕产生的位置、形状、强度等,可以准确定位放电点,并判断运行设备的健康程度。
3.4 噪声检测
在智能巡检机器人巡检过程中,通过拾声器采集设备运行中发出的声音,对声音的时域和频域进行分析,提取特征,进而实现声信号分析。智能巡检机器人主要有声波形展示、声特征展示、故障报警等功能,当监测到声信号异常时,可以发出预警信息,警示站内工作人员,避免事故发生。
4.1 日常巡检
智能巡检机器人集日常巡检、设备监控、环境监测、火灾预警、故障预警和报警、数据采集和传输于一体,实时向控制中心传输巡检数据,并接收控制中心发出的巡检指令。智能巡检机器人具有设计简单、维护方便、操作灵活、智能充电等特点,能够满足巡检、数据采集、数据存储、数据分析、数据传输等要求。
日常巡检是智能巡检机器人在油田站库日常运维工作中最常见的应用模式。智能巡检机器人应用高清摄像机、拾声器等多种检测设备,按照设定路线对设备外观、噪声、状态等常规巡检内容进行巡视,并将巡检数据自动保存至系统后台,生成巡检分析报告。智能巡检机器人日常巡检不受各类主客观因素影响,数据记录可靠性高,存储安全,可追溯。智能巡检机器人对油田站库内设备巡检如图2所示。
图2 智能巡检机器人对油田站库内设备巡检
在大风、雾、雪、冰雹、雷雨等恶劣天气条件下,运行人员选择部分设备进行巡检,系统自动生成最佳巡检路线,并执行定点任务,以实现对设备的巡检、监测与数据呈现,有效降低运维人员的安全风险。智能巡检机器人雪天巡检如图3所示。
4.2 缺陷追踪
智能巡检机器人具有缺陷跟踪功能。在油田生产现场,有众多高精尖设备,有些设备对油田生产运行有决定性作用。针对这些关键设备,必须重点监视运行状态。运行人员可以通过人工遥控巡检的方式对智能巡检机器人进行实时遥控,对关键设备的状态进行实时锁定与监测。在巡检过程中如发现设备、环境状态存在异常,向运维人员报警,运维人员可以在第一时间到达设备现场,及时对设备进行现场查看,并核实报警信息,迅速制订响应策略。
图3 智能巡检机器人雪天巡检
智能巡检机器人具有巡检方式多样化特点,具备巡检数据智能分析诊断、巡检报告自动生成等功能。将智能巡检机器人应用于油田站库运维,对电力表计、开关指示灯、一次设备、二次设备进行巡检,可以在油田站库生产运行中起重要作用。
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