金 濤

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

伴隨著海上石油平臺(tái)開關(guān)間現(xiàn)在巡檢任務(wù)量大、平臺(tái)配備專業(yè)人員少的問題，并結(jié)合陸地現(xiàn)有巡檢機(jī)器人技術(shù)、應(yīng)用及其實(shí)現(xiàn)方式，來(lái)采取對(duì)海上平臺(tái)開關(guān)間進(jìn)行機(jī)器人的投放，來(lái)減少人員的輸出，將專業(yè)技術(shù)人員解放出來(lái)，調(diào)配到更需要的地方。

智能軌道式巡檢機(jī)器人的應(yīng)用本著新思想、新技術(shù)、新方法和標(biāo)準(zhǔn)化、簡(jiǎn)易化、國(guó)產(chǎn)化的前提，來(lái)實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)開關(guān)間的巡檢。軌道機(jī)器人的投入也將帶動(dòng)整個(gè)石油平臺(tái)向全智能化時(shí)代的邁進(jìn)。

1 海上石油平臺(tái)開關(guān)間巡檢現(xiàn)狀

海上石油平臺(tái)主要分為常駐平臺(tái)和無(wú)人值守平臺(tái)。常駐平臺(tái)開關(guān)間的巡檢為運(yùn)維人員每天不定時(shí)的巡檢，巡檢的內(nèi)容主要有以下幾點(diǎn)。

1）機(jī)械/數(shù)顯儀表數(shù)據(jù)抄錄。

2）開關(guān)/閥門狀態(tài)確認(rèn)。

3）指示燈狀態(tài)確認(rèn)。

4）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境例行巡視等。

5）定期進(jìn)行紅外測(cè)溫、局放檢測(cè)等電氣檢測(cè)內(nèi)容。

無(wú)人值守平臺(tái)開關(guān)間的巡檢為主平臺(tái)運(yùn)維人員定期坐船進(jìn)行巡檢，巡檢內(nèi)容與常駐平臺(tái)內(nèi)容相同。

伴隨著海上石油平臺(tái)的發(fā)展以及七年行動(dòng)計(jì)劃的實(shí)施，現(xiàn)海上石油平臺(tái)面臨著以下情況。

（1）海上平臺(tái)地域分布廣、數(shù)量多，每個(gè)平臺(tái)一般至少有一個(gè)開關(guān)間，平時(shí)主要依靠駐平臺(tái)人員進(jìn)行人工巡檢和中控室監(jiān)控，人員進(jìn)駐海上平臺(tái)極不方便。

（2）人工巡檢方式不能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，存在管理實(shí)時(shí)性差、維護(hù)作業(yè)需求反應(yīng)延遲的情況。

（3）受人員素質(zhì)及實(shí)際作業(yè)量的影響，在巡檢全面性、數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠性、數(shù)據(jù)管理的規(guī)范性上存在較大差異，且不能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在缺陷發(fā)展趨勢(shì)的及時(shí)分析。

（4）海上石油平臺(tái)地理分布廣泛、人工巡檢方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、人員需求量大，對(duì)運(yùn)維單位來(lái)說(shuō)運(yùn)維成本較高。

（5）有經(jīng)驗(yàn)老員工少，培訓(xùn)新員工所需時(shí)間太長(zhǎng)。

（6）大數(shù)據(jù)人工分析難度較大，填寫報(bào)表繁瑣且錄入信息量較大。

所以現(xiàn)在迫切希望可以用智能機(jī)器人代替人工來(lái)巡檢開關(guān)間，以及數(shù)據(jù)處理，減少技術(shù)人員的工作量，將技術(shù)人員分配到更加需要的地方去。

2 智能軌道式巡檢機(jī)器人在海洋石油平臺(tái)首次應(yīng)用情況

實(shí)際運(yùn)用可以得出，軌道巡檢機(jī)器人有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2）可以掛載各種傳感器配合工作。

3）不會(huì)出現(xiàn)漏檢、漏抄現(xiàn)象。

4）可以對(duì)有問題的地方后臺(tái)智能分析并生成報(bào)警。

5）有多種巡檢模式，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)配電室的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6）實(shí)時(shí)性好，檢測(cè)的數(shù)據(jù)可以隨時(shí)傳至后臺(tái)。

7）可以對(duì)細(xì)微的變化（如觸頭溫度、空氣濕度等）進(jìn)行分析。

8）后臺(tái)可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成報(bào)表，并和以前的數(shù)據(jù)作以對(duì)比。

過(guò)軌道機(jī)器人實(shí)際試點(diǎn)效果來(lái)看，智能巡檢機(jī)器人在海上作業(yè)平臺(tái)可以發(fā)揮出比人工更大的作用，在功能上比人工檢測(cè)的數(shù)據(jù)要多很多；在實(shí)時(shí)性上它可以做到24h 連續(xù)巡檢；在精確度上可以做到數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化。為持續(xù)開采設(shè)備正常使用提供了保障。投入智能巡檢機(jī)器人也為實(shí)現(xiàn)“七年行動(dòng)計(jì)劃”做出了貢獻(xiàn)，解決了人員不足，技術(shù)力量不足的困難。

3 海上智能軌道式巡檢機(jī)器人適應(yīng)性研究

針對(duì)海上特殊化性的環(huán)境，對(duì)智能軌道式巡檢機(jī)器人進(jìn)行特定的改進(jìn)。

3.1 軌道的防腐處理

軌道材質(zhì)為鋁合金材質(zhì)，在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了陽(yáng)極化處理，防護(hù)等級(jí)高于IP23。陽(yáng)極化處理在型材表面通過(guò)陽(yáng)極氧化工藝形成一層致密的氧化膜，克服鋁合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，延長(zhǎng)使用壽命（圖1）。

3.2 適合海上的定制化安裝方案

海上平臺(tái)空間相對(duì)狹小，同時(shí)存在一定的晃動(dòng)，為此，定制化的采用了2套方案，保證安裝精度和平穩(wěn)度。

一類吊架：豎直吊裝+斜撐即可，斜撐可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況間隔一個(gè)吊架安裝，轉(zhuǎn)彎處斜撐方向可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)確定（圖2）。

圖1 軌道拼接工藝

圖2 數(shù)值吊架+斜撐

二類吊架：豎直吊裝+斜撐+底部加強(qiáng)。豎直吊裝+斜撐+底部加強(qiáng)角鋼。如果現(xiàn)場(chǎng)軌道存在晃動(dòng)，可做支撐將加強(qiáng)角鋼固定在墻上。如圖3豎直吊裝+斜撐+底部

圖3 豎直吊裝+斜撐+底部 （單位：cm）

3.3 通信方案的選取及分析

由于現(xiàn)海上石油平臺(tái)設(shè)備在不斷增加，配電間內(nèi)有高壓和各種信號(hào)的干擾，以及海上配電間的密閉性，都可能對(duì)信號(hào)傳輸長(zhǎng)生影響。所以對(duì)此進(jìn)行電力載波和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性比對(duì)。

3.3.1 電力載波方式

電力載波通信即PLC，電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通信是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。系統(tǒng)連接如圖4所示。

圖4 電力載波通信

電力線載波通信具有以下特點(diǎn)。

（1）配電變壓器對(duì)電力載波信號(hào)有阻隔作用，所以電力載波信號(hào)只能在一個(gè)配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送。

（2）三相電力線間有很大信號(hào)損失，一般電力載波信號(hào)只能在單相電力線上傳輸。

（3）不同信號(hào)耦合方式使電力載波信號(hào)的損失不同，耦合方式有線-地耦合，線-中線耦合。線-地耦合方式與線-中線耦合方式相比，電力載波信號(hào)少損失十幾分貝，但線-地耦合方式不是所有地區(qū)的電力系統(tǒng)都適用。

但是電力線自身的脈沖干擾，加大了應(yīng)用難度。電力線對(duì)載波信號(hào)有高削減。當(dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，線路阻抗可達(dá)1Ω 以下，造成對(duì)載波信號(hào)的高削減。實(shí)踐中，當(dāng)電力線空載時(shí)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)載波信號(hào)可傳輸?shù)綆坠镆酝?，但?dāng)電力線上負(fù)荷很重時(shí)，只能傳輸幾十米。因此，需要進(jìn)一步提高載波信號(hào)功率來(lái)滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，但提高載波信號(hào)功率會(huì)增加產(chǎn)品的成本和體積，而且，單一提高載波信號(hào)功率往往并不是最有效的方法。

3.3.2 短距離無(wú)線方式

無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又多了一種通信方式的選擇。圖5為無(wú)線傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)圖。

圖5 無(wú)線傳輸系統(tǒng)架構(gòu)圖

按目前的無(wú)線通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，短距離無(wú)線抄表技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)通信方式的有效補(bǔ)充，因無(wú)線通信容易受到物體阻擋及其他無(wú)線干擾，其應(yīng)用范圍受到了大大的限制，在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法得到大面積的推廣，只能在特定環(huán)境下使用或者與其他通信方式相結(jié)合使用，目前使用最多的無(wú)線傳輸方式主要有小無(wú)線（350MHz 和430Hz）和2.4Gzigbee 無(wú)線技術(shù)，諸如WIFI 和3G 技術(shù)在抄表系統(tǒng)應(yīng)用中無(wú)法發(fā)揮其自身特點(diǎn)，一般不作為抄表系統(tǒng)的首選。短距離無(wú)線傳輸方式具有以下特點(diǎn)。

（1）安裝施工方便，減少了施工布線的人工及材料投入，施工難度較低。

（2）維護(hù)方便，較少了對(duì)線路排查的工作量及難度。

（3）抗干擾性差，易受天氣和其他無(wú)線電影響。

（4）誤碼率高，傳輸頻繁時(shí)容易丟數(shù)據(jù)，無(wú)法滿足數(shù)據(jù)高實(shí)時(shí)性的要求。

（5）傳輸不穩(wěn)定，易受其他物體阻擋，距離無(wú)法控制，信號(hào)衰減眀顯，安裝位置有特定要求。

（6）傳輸速率較低，僅適用于低速率傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備之間使用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的一次性傳輸。

（7）需要外置天線，且天線的位置需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試安裝，損壞或變換位置后將嚴(yán)重影響通信效果。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性和實(shí)用性，電力載波應(yīng)用比無(wú)線傳輸更適用于海上石油平臺(tái)，更能保證數(shù)據(jù)的可靠性，所以此次采用電力載波的通信方式。

4 實(shí)施效果

4.1 對(duì)平臺(tái)電氣人員巡檢人員的解放，提升生產(chǎn)效率

海上平臺(tái)傳統(tǒng)巡檢通過(guò)人工方式，對(duì)設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行大致的評(píng)估判斷，主要通過(guò)看、觸、聽、嗅等方法實(shí)現(xiàn)。加之，人工巡檢不足之處舉不勝舉，勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、檢測(cè)質(zhì)量低、手段單一。智能化軌道巡檢機(jī)器人的運(yùn)用將大量重復(fù)的勞動(dòng)交給巡檢機(jī)器人，解放電氣操作人員的工作量，將電氣人員投入到更為精細(xì)化需要人力關(guān)注的地方，提高了人員效率，保證了工作質(zhì)量。

4.2 對(duì)平臺(tái)設(shè)備維護(hù)可靠性的提升

采用適合海洋平臺(tái)應(yīng)用的軌道式巡檢機(jī)器人，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的缺陷、電力參數(shù)波動(dòng)等異?，F(xiàn)象，自動(dòng)報(bào)警或進(jìn)行預(yù)先設(shè)置好的故障處理。它運(yùn)行靈活自由，極大地提高了設(shè)備供電的可靠性，設(shè)備可靠性的提升會(huì)給平臺(tái)增產(chǎn)提供有力的保障。

4.3 降低平臺(tái)成本

從長(zhǎng)期來(lái)看，降低了海上油氣田的開發(fā)工程投資和海上油氣田的全生命周期操作運(yùn)營(yíng)成本，延長(zhǎng)油氣經(jīng)濟(jì)年限。節(jié)約平臺(tái)的維修費(fèi)用，將緊急搶修轉(zhuǎn)變成預(yù)防性的維修，極大地降低了平臺(tái)的維修費(fèi)用。通過(guò)持續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的參數(shù)異常時(shí)，可以根據(jù)設(shè)備劣化的程度，制定預(yù)防性的維修策略，提前介入，避免設(shè)備突然關(guān)停對(duì)生產(chǎn)的影響。同時(shí)通過(guò)歷史數(shù)據(jù)的分析，避免過(guò)度的維修，從而綜合性地降低了平臺(tái)的設(shè)備維修費(fèi)用。

4.4 環(huán)保

可以降低人員登錄無(wú)人平臺(tái)巡檢的頻率，減少了海上生活垃圾和污水排放，減少環(huán)境污染。

5 結(jié)語(yǔ)

軌道巡檢機(jī)器人在陸地電網(wǎng)的使用剛剛興起，給國(guó)家電網(wǎng)帶來(lái)不小的收益?，F(xiàn)國(guó)家電網(wǎng)的日常巡檢任務(wù)已經(jīng)可以由機(jī)器人巡檢。經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行改造并且進(jìn)行特定的測(cè)試，結(jié)果完全滿足海上石油平臺(tái)的日常巡檢需求，在節(jié)約人力基礎(chǔ)上更是為平臺(tái)的安全生產(chǎn)提供了保障，提高了效率，也使海上石油平臺(tái)向智能化邁進(jìn)了一大步。