1）在國內首次同時繫統研究介紹輸電和變電機器人智能巡檢技術；2）在國內首次繫統研究和介紹輸電線路機器人全自主巡檢技術，包括自動上下線技術；3）作者分別主持和參編寫了輸電線路和變電站機器人的產品和應用共4個電力行業機器人標準，本書吸收了標準成果。

《輸變電設備機器人智能巡檢技術》主要內容包括：輸變電設備巡檢模式及智能巡檢需求，輸電線路機器人巡檢繫統介紹，線路機器人視覺檢測定位技術、能耗預測技術、風載檢測及控制技術、全自主巡檢技術、軟件繫統設計與開發，變電站機器人巡檢繫統介紹，變電站機器人巡檢技術，輸變電機器人巡檢應用等。

《輸變電設備機器人智能巡檢技術》彭向陽，教授高工，全國高電壓和絕緣配合標準化技術委員會委員，全國電力架空線路標準化技術委員會委員，全國絕緣子標準化技術委員會委員，中國電機工程學會高會員，長期從事高電壓技術、輸電技術研究及專業技術工作，主要研究方向為輸電線路運行及故障診斷、輸變電設備智能高效巡維、電力繫統過電壓及絕緣配合、輸變電外絕緣及高電壓試驗技術等。榮獲中國電力科技進步一等獎、廣東省科技進步一等獎、南方電網公司科技進步一等獎等省部獎勵10餘項。主編及參編國家標準、電力行業標準20餘項，發表學術論文100餘篇。

前言
第 1 章 概述 1
1.1 電網巡檢模式簡介 1
1.2 輸變電設備對智能巡檢的需求 2
1.3 巡檢機器人技術發展現狀與趨勢 3
1.3.1 輸電線路巡檢機器人 3
1.3.2 變電站巡檢機器人 5
1.4 本書主要內容 6
第 2 章 架空輸電線路機器人巡檢方法 8
2.1 機器人巡檢問題分析 8
2.2 機器人行駛路徑的選擇 8
2.3 機器人巡檢模式 9
第 3 章 架空輸電線路機器人巡檢繫統 12
3.1 機器人巡檢繫統 12
3.2 機器人行駛路徑設計 13
3.2.1 穿越越障機器人 13
3.2.2 跨越越障機器人 17
3.3 機器人本體設備 18
3.3.1 穿越越障機器人 18
3.3.2 跨越越障機器人 24
3.4 地面監控基站 29
3.5 塔上充電裝置 30
3.6 自動上下線裝置 32
3.6.1 工作原理 32
3.6.2 裝置總體結構 33
3.6.3 裝置各部分組成 33
3.6.4 裝置安裝 36
3.6.5 試驗驗證 38
3.7 任務載荷繫統 40
3.7.1 任務載荷選型及集成 40
3.7.2 試驗驗證 45
第 4 章 輸電線路機器人視覺檢測定位技術 50
4.1 機器人視覺繫統及其伺服控制機構 50
4.2 常規和異形障礙物的視覺檢測定位 51
4.2.1 檢測思路 51
4.2.2 檢測方法 51
4.3 手眼視覺模型及控制設計 59
4.3.1 手眼視覺模型 59
4.3.2 伺服控制設計 60
4.3.3 機器人自主找線流程 60
4.3.4 試驗驗證與評估 62
第 5 章 輸電線路機器人能耗預測技術 64
5.1 機器人能耗預測方案 64
5.2 機器人鋰電池剩餘電量估計 64
5.2.1 負載電壓法 64
5.2.2 電池放電實驗 65
5.3 線路工況、 機器人構型及巡檢規劃 67
5.4 基於線路工況的能耗模型及續航預測 70
5.4.1 機器人靜態能耗 70
5.4.2 機器人動態能耗 70
5.4.3 機器人總能耗 75
5.4.4 續航裡程估計 75
5.4.5 能耗預測軟件 75
第 6 章 輸電線路機器人風載檢測及控制技術 76
6.1 風載荷及其對機器人姿態的影響 76
6.2 機器人姿態檢測與巡檢作業控制 77
6.3 風載試驗驗證 79
第 7 章 輸電線路機器人全自主巡檢技術 81
7.1 機器人自主定位 81
7.2 機器人自主巡檢 85
7.2.1 巡檢作業對像 85
7.2.2 巡檢作業內容 86
7.2.3 巡檢作業方法和流程 86
7.3 機器人自主越障 89
7.3.1 自主越障規劃 89
7.3.2 面向對像的控制繫統設計 90
7.4 機器人自主運行 93
7.5 機器人與地面基站自主交互 95
7.6 機器人自主故障診斷與復位 97
第 8 章 輸電線路機器人軟件繫統設計 100
8.1 軟件開發平臺 100
8.2 機器人本體軟件 102
8.3 人機交互平臺 104
8.3.1 機器人運動交互控制繫統 104
8.3.2 機器人視覺交互控制繫統 106
8.3.3 太陽能充電控制繫統 106
8.4 巡檢數據分析管理繫統 107
8.4.1 繫統結構 107
8.4.2 繫統設計 108
8.4.3 繫統實現 110
第 9 章 架空輸電線路機器人性能檢測 113
9.1 檢測目的 113
9.2 檢測對像 113
9.3 檢測項目與方案 114
9.3.1 電磁兼容性能試驗 116
9.3.2 氣候（ 環境） 防護性能試驗 119
9.3.3 風載試驗 121
9.3.4 淋雨試驗 122
9.3.5 整機振動試驗 122
9.3.6 運輸振動試驗 123
9.4 檢測結果與評價 124
9.4.1 檢測評價方法 124
9.4.2 檢測評價標準 126
9.4.3 檢測評價結果 127
第 10 章 架空輸電線路機器人巡檢應用 128
10.1 機器人巡檢繫統實用化要求 128
10.1.1 巡檢繫統組成及功能要求 128
10.1.2 機器人功能及性能要求 128
10.1.3 地面監控基站要求 130
10.1.4 巡檢數據管理繫統要求 130
10.1.5 自 動上下線裝置要求 131
10.1.6 塔上充電裝置要求 131
10.2 機器人巡檢應用技術規範 131
10.2.1 巡檢方式 131
10.2.2 巡檢作業要求 132
10.2.3 巡檢作業流程 134
10.3 示範應用情況 135
第 11 章 變電站機器人巡檢繫統 138
11.1 巡檢繫統組成 138
11.2 機器人本體 139
11.2.1 外形結構部件 139
11.2.2 運動控制繫統 139
11.2.3 供電繫統 142
11.2.4 傳感器繫統 143
11.2.5 導航繫統 146
11.3 充電繫統 146
11.4 無線傳輸繫統 147
11.5 本地監控後臺 147
11.5.1 硬件設計 148
11.5.2 軟件設計 148
11.6 環境適應性 153
第 12 章 變電站機器人智能巡檢技術 155
12.1 組合導航技術 155
12.1.1 技術原理 155
12.1.2 實現方法 155
12.2 基於特征地圖的定位技術 158
12.2.1 技術原理 158
12.2.2 實現方法 158
12.2.3 應用效果 161
12.3 紅外與數字地圖輔助導航 162
12.3.1 技術原理 162
12.3.2 實現方法 162
12.3.3 應用效果 164
12.4 基於立體視覺的機器人輔助定位 164
12.5 任務路徑規劃 166
12.5.1 技術原理 166
12.5.2 實現方法 166
12.5.3 應用效果 170
12.6 可見光檢測及模式識別 171
12.6.1 技術原理 171
12.6.2 實現方法 171
12.7 儀表定位 173
12.7.1 技術原理 173
12.7.2 實現方法 174
12.7.3 應用效果 177
12.8 紅外熱像檢測 178
12.8.1 技術原理 178
12.8.2 實現方法 178
12.9 基於立體視覺和紅外熱像的設備提取 180
12.9.1 技術原理 180
12.9.2 實現方法 180
12.9.3 應用效果 183
12.10 聲音檢測及診斷 183
12.10.1 技術原理 183
12.10.2 實現方法 184
12.10.3 檢驗測試 186
12.11 機器人自動充電 188
12.11.1 技術原理 188
12.11.2 實現方法 188
12.12 充電房自動控制 189
12.12.1 自 動門控制 189
12.12.2 自 動充電控制 190
第 13 章 變電站機器人巡檢應用工程實施 191
13.1 現場勘查 191
13.2 任務規劃 191
13.3 設備安裝 191
13.4 巡檢準備工作 193
13.5 工程實施計劃 195
13.6 應用調試流程 195
第 14 章 變電站機器人巡檢應用實踐 196
14.1 紅外檢測電流致熱型發熱缺陷 196
14.1.1 單相絕對溫度測量 196
14.1.2 相間溫度對比測量 199
14.1.3 HGIS 站 SF 6 罐體測溫 200
14.2 可見光檢測開關分合閘狀態 201
14.2.1 刀閘開合狀態識別 201
14.2.2 開關分合狀態識別 202
14.3 可見光檢測表計讀數 203
14.3.1 SF 6 氣壓表 203
14.3.2 避雷器洩漏電流表 205
14.3.3 指針式避雷器計數器 206
14.3.4 數字式避雷器計數器 207
14.3.5 油位表 207
14.4 人工輔助診斷 209
14.4.1 紅外檢測電壓致熱型缺陷 209
14.4.2 可見光檢測設備外觀缺陷 209
14.5 音頻檢測設備異常振動或噪聲 214
14.6 巡檢應用中發現問題及改進 215
第 15 章 總結與展望 218
參考文獻 220

前 言

輸電線路和變電站是電力繫統的重要組成部分，輸變電設備安全可靠運行是保障社會生
產、生活優質供電的前提。輸變電設備巡檢工作尤其關鍵，它是提前發現設備缺陷和隱患，
預防電網故障的重要手段。我國地域遼闊，供電範圍及電網規模巨大，各地區地理氣候環境
差異較大，使電力巡檢任務繁重而艱巨。傳統人工巡檢存在工作量大、勞動效率低、巡檢質
量差、危險性高等缺點。近年來，無人機、機器人等智能巡檢技術的應用，為我國電網巡檢
作業提供了全新的發展前景。
目前，根據采用的巡檢工具或平臺不同，我國輸變電設備巡檢可分為人工巡檢、直升機
巡檢、無人機巡檢、機器人巡檢等多種巡檢作業模式。早期電力巡檢主要采用人工巡檢方式，
近年來直升機、無人機、機器人巡檢在輸電線路和變電站巡檢中得到越來越多的應用。其中，
變電站巡檢主要有人工巡檢和機器人巡檢，輸電線路巡檢主要有人工巡檢、直升機巡檢、無
人機巡檢、機器人巡檢等。
輸電線路巡檢方面，在人工巡檢基礎上，目前直升機、無人機巡檢發揮著越來越重要的
作用，但是直升機、無人機巡檢存在如下一些局限性：一是直升機巡檢存在人員安全問題，
國內直升機巡檢過程中多次發生人員傷亡事故；二是直升機巡檢同樣存在機上人員勞動強度
大、巡檢成本高等問題，並且巡檢周期長，短則半年一巡，長則一年一巡；三是直升機、無
人機巡檢需要提前申請空域，受到空域管制影響；四是直升機和大、中型無人機巡檢容易對
線路通道附近人們的生產、生活造成影響，大型無人機巡檢技術門檻相對較高；五是直升機
巡檢對城鎮和城市郊區線路、110kV 及以下低電壓等級線路的適用性差，小型無人機巡檢機
動靈活，但載荷能力小、續航時間短，巡檢距離和通信距離受限等。
相比之下，輸電線路機器人雖然巡檢速度不及直升機和無人機，但是可以長時間在線巡
檢、多次重復巡檢，近距離巡檢效果好，自動化程度高，且能適應跨越大範圍林區、大面積
水域及其他復雜地理環境和交叉跨越環境，具有全自主巡檢、無巡檢盲區、巡檢周期短、巡
檢費用低等顯著優勢，是輸電線路智能巡檢技術的重要發展方向。
變電站巡檢方面，隨著電網規模增加和智能化程度提高，變電站運行控制和管理逐步向
集約管控和智能化方向發展，智能變電站、無人值守變電站越來越多。調控部門可以運用多
種自動化設備對無人變電站進行遙信、遙測、遙控和遙調，基本實現了變電主設備運行監視
和遠程操作。顯然，基於人工巡檢的變電站一次設備運維模式已不能適應變電站集控管理和
智能運維需求，在巡檢效率、巡檢頻次、重要設備重點監控方面提升空間較小，不能保證大量新投產變電站新技術、新設備及新環境的巡檢新需求。
相對於輸變電設備人工巡檢和直升機、無人機巡檢，機器人巡檢提供了一種新的巡檢模
式，與其他巡檢模式具有互補性，並且智能化程度、經濟性、安全性和繫統可靠性均較好。
隨著人工智能和機器人技術的發展，機器人智能巡檢技術必將在電網輸變電設備巡檢領域得
到快速和廣泛的應用。
目前，變電站機器人已在我國電網得到規模應用，但應用效果和作用有待提高，需要進
一步積累機器人運行和巡檢經驗；架空輸電線路和電纜隧道機器人已在電網實現初步應用，
但尚未開展規模化巡檢。總體上來說，一些實用化巡檢技術制約著電力巡檢機器人的推廣應
用，急需要進行重點突破，如輸電線路機器人全程全自主巡檢技術、自動上下線技術、復雜
環境下長期在線運行技術、機器人檔中故障帶電救援技術，以及輸電線路和變電站機器人多
傳感器融合檢測和智能診斷技術等。
針對上述存在的電力機器人實用化巡檢問題，2013年以來，廣東電網公司電力科學研究
院聯合國內相關高校和研發單位，連續開展了輸電線路和變電站機器人智能巡檢實用化技術
研究和應用，繫統研發了架空輸電線路機器人全程全自主巡檢技術，實現機器人巡檢作業自
主定位、自主巡檢、自主越障、自主運行、自主交互及自主故障檢測與復位，機器人在通信
中斷和完全失去監控條件下可在線路上長時間安全運行；研發了穿越式、跨越式兩種越障形
式的架空線路巡檢機器人，首次實現基於可見光和紅外（或激光）檢測的多任務載荷集成應
用，首次實現機器人自動上下線巡檢作業，建立輸電線路機器人巡檢作業模式和檔中故障緊
急救援模式，完成了機器人行駛路徑和配套金具開發；研發了變電站機器人巡檢繫統，基於
四輪獨立驅動、柔性匹配控制和無軌組合導航、立體視覺輔助定位等技術優化機器人運動、
操控和定位性能，基於可見光模式識別、儀表定位和紅外、音頻檢測技術實現設備缺陷和異
常狀態的診斷告警；與國內相關單位一起，建立了輸電線路和變電站機器人巡檢繫統產品技
術條件和巡檢技術規範，為機器人智能巡檢推廣應用奠定了基礎。
本書瞄準我國電網轉型升級和智能運維技術需求，針對人工巡檢和直升機、無人機巡檢
存在的局限性，基於解決現有電力機器人巡檢實用化問題，全面著述了輸變電設備機器人智
能巡檢技術、巡檢繫統和巡檢技術規範，在此基礎上介紹了開展輸電線路和變電站機器人全
自主巡檢應用的情況。希望本書工作及內容對推動我國電網機器人智能巡檢技術研究和應
用、提高我國電網輸變電設備安全運行水平具有一定的借鋻作用。
王柯、錢金菊、易琳、樊飛、嶽衛兵等同志在編寫本書的過程中提供了熱情的幫助和支
持，在此一並致以衷心的感謝。
本書可供從事電力繫統輸變電設備運行維護、人工智能及機器人研發和試驗檢測領域工
程技術人員，以及相關科研院所、生產制造單位的專業技術人員和管理人員使用，也可作為
高等學校相關專業學生的參考用書。
由於編者的水平、時間以及本書的篇幅有限，書中難免存在疏漏和不足之處，懇請讀者
批評指正。

編 者
2019年2月