近日，在国网天津电科院高压试验大厅中，科研人员正在检测一个像鱼一样的机器人的各项性能。这条“机器鱼”在变压器矿物绝缘油中，可以清晰、准确、快速地识别、检测出大型变压器内部碳痕、电树枝放电等典型缺陷，并实时传回清晰的画面。
这就是国网天津市电力公司（以下简称国网天津电力）自主研发的全国首个变压器智能内检“机器鱼”，它具备图像自主识别、空间自主定位、三维路径规划、下潜深度悬停等功能。日前，“基于微型机器鱼的大型变压器内部缺陷智能诊断与识别关键技术研究”项目通过了由国内变压器行业专家组进行的性能测试和科技项目验收。
油浸变压器人工巡检麻烦且危险
近几年，随着大数据、物联网、人工智能等前沿科技的不断渗透，各行各业都迎来了飞速发展，同时也面临越来越大的供电需求。在供电系统中，变压器担负着电压转换和能量传输的重要作用。
根据采用的绝缘介质的不同，可以分为油浸式变压器、干式变压器和气体绝缘变压器。其中油浸式变压器主要由线圈、铁心以及油箱构成，线圈和铁心都封闭在油箱里。油箱里充满了矿物绝缘油，对线圈起到绝缘保护作用。
“矿物绝缘油起到绝缘、冷却、灭弧的作用，能够保护变压器，但当发生疑似缺陷时，油浸式变压器检查维修起来非常困难。”国网天津电科院变压器专业负责人魏菊芳介绍，以往检修人员通过外部电气及油色谱分析试验，很难判断变压器内部异常及部位。通常需要采用人工钻入变压器本体或吊罩的方式进行检查，存在着工作效率低、检查准确性差和安全风险隐患高等三大难题，每次检查需要耗费大量的人力和物力。
以一台220千伏异常变压器为例，放油检查处理费用约30万元，检查大约需10天。
为了解决这一难题，国网天津电力考虑用机器人替代人工完成这项复杂而又危险的工作。
“考虑到机器人要在矿物绝缘油中工作，因此我们采用了‘机器鱼’的设计。‘机器鱼’可在水平面上360度原地旋转，具有全方位巡航能力。它的水平巡航速度可达2米每分钟，上浮下沉速度可达1.5米每分钟，自主下潜深度悬停误差控制在3厘米以内，还可根据设定的目标点，自主规划巡检路径。”国网天津电科院研发人员刘力卿介绍。
“机器鱼”可用于大型油浸式变压器移位、变形、过热等内部状态检查，具备体积小、移动灵活的优点，可在不影响变压器内部环境的基础上，在变压器内部对其状态进行检查，判断变压器内部是否存在异常，有效提高变压器检修效率，大幅缩短变压器停电检修时间，降低检修费用，具有较大的经济和社会效益。
智慧大脑让“机器鱼”耳聪目明
让“机器鱼”在油中灵活地“游动”，并且“耳聪目明”地对变压器进行各种识别和检测，离不开国网天津电科院为这条鱼打造的“智慧大脑”。
最初，这条“机器鱼”远没现在这么“聪明”。在研制过程中，项目研发团队遇到了缺陷图像自主识别、定深悬停等技术难题。而解决这些难题对“机器鱼”准确识别变压器内部缺陷至关重要。
“当时国内并没有研发先例可供借鉴，也没有成熟的硬件平台作为载体。”刘力卿回忆说，例如“机器鱼”在变压器内部检查过程中，会受到变压器油清晰度、相机补光强度、“机器鱼”移动和拍摄角度等影响，使传输出的图像较为模糊，对准确识别目标缺陷造成不利影响。
另外，在巡检变压器的时候，需要“机器鱼”巡视范围广，视觉画面变化快。为解决这一问题，项目研发团队经过长时间探索，尝试研究了多种图像处理方法，最终确定了适用的图像增强方法和目标缺陷自主识别方法，达到了良好效果。
“最终，我们应用了三维空间定位技术、姿态控制技术、全局路径规划技术以及图像自主识别技术，解决了‘机器鱼’在变压器封闭空间内的无线定位、无线控制、无线图像传输等难题，使其能在变压器内部灵活、准确移动，并快速确定变压器内部状态及故障位置。”刘力卿说。
接下来，国网天津电力将围绕小型化、便捷化、智能化方向对“机器鱼”进行迭代升级，优化其物理结构，完善图像识别功能，提升典型缺陷自主识别能力，增强操控方式便捷性，并选取天津试用区域变压器进行重点推广，提升变压器巡检智能化水平，有力支撑新型电力系统建设。
记者 陈 曦 通 讯 员 张 扬 潘冬冬
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