无线电能传输技术在变电站巡检机器人中的应用

摘要：无线电能传输技术的快速发展为变电站巡检机器人的持续运行提供了可靠支撑，有效解决传统充电方式下的续航与安全瓶颈。本文围绕无线电能传输技术的原理优势、在变电站环境中的适应性设计以及其在巡检机器人应用中的路径构建展开系统探讨，进一步分析关键技术融合的可行性与优化方向，为实现智能化巡检的持续运行与系统高效协同提供技术依据，推动智能运维系统的全面升级。

关键词：无线电能传输；巡检机器人；智能变电站

一、无线电能传输技术应用背景与系统构建

（一）传统供电模式在巡检机器人中的应用局限

变电站巡检机器人广泛应用于电力系统的自动化巡检任务中，对供电方式的稳定性与持续性提出了严格要求。常见的传统供电模式主要包括电池更换、充电桩对接和轨道供电等方式，这些方式在长周期、高频率的运行场景中暴露出明显不足。电池更换频率高、人工成本大；接触式充电桩容易受环境污染和连接偏差影响，存在接触不良和充电效率低的问题；轨道供电方式虽然部分解决了移动供电难题，但轨道维护复杂、成本较高，不适用于多路径、多任务机器人巡检模式。

（二）无线电能传输技术的原理优势分析

无线电能传输技术作为一种非接触式供电方式，通过电磁耦合或电磁辐射方式将能量从发射端传输至接收端，避免了物理接触所引发的连接问题，具有高适配性、高安全性与高灵活性。磁共振耦合方式利用两个谐振器之间的耦合关系实现高效能量转移，适合中短距离高功率传输；而微波传输则更适合远距离功率密度较小的供电任务。这些技术在实现供电方式的空间解耦的同时，可动态调整传输参数匹配不同负载，提升机器人运行中的灵活性与续航能力。更重要的是，该技术在传输过程中不依赖金属触点，有效避免接触腐蚀、电弧放电及灰尘积聚等问题，对变电站中高温、高湿、高电压等恶劣环境具有天然适应性，是理想的智能运维能源解决方案。

（三）变电站无线供电系统的构成与布置逻辑

变电站环境复杂，设备密集，金属结构与强电磁干扰源众多，因此无线供电系统在部署时必须充分考虑设备间空间布局与电磁兼容性设计。系统主要由供电控制器、能量发射装置、接收耦合器和储能转换单元组成，发射端通常部署于巡检路径的关键节点、作业平台周边或巡检机器人休息区，通过网络控制系统实时调整供电频率和输出功率。接收端与机器人机体高度集成，保证机器人靠近供电区域即可获得能量补充而无需停机操作。整个系统在布置中需采用多频调制技术与金属屏蔽结构以抑制外界干扰，同时结合高频数据采集设备监测供电过程中的能量波动与信号稳定性，实现精准、安全、高效的智能能量管理，为机器人在复杂任务环境中提供持续而可靠的能源支持。

二、无线电能传输在巡检机器人中的集成应用机制

（一）动态供电模式下的机器人路径与能源匹配策略

巡检机器人的运行路径具有多变性与不确定性，在长时间运行过程中，能耗水平受任务类型、运行时间与路径复杂程度影响显著。采用无线电能传输技术，可构建基于路径预测与能量负载评估的动态供电机制，保障机器人在执行任务过程中不中断运行。系统通过高精度定位模块识别当前巡检区域与预设路径节点，分析其所处能量等级并预测接下来路径中的能量消耗，提前规划供电节点覆盖范围。多个发射源根据机器人位置实现动态信号切换和功率调整，使其在经过特定区域时自动进入充电状态而无需停顿。通过这种能量与任务实时匹配策略，确保每台机器人都能在巡检前、中、后阶段维持稳定电量水平，提升整体巡检连贯性、覆盖率与任务完成效率，优化智能运维体系的持续作业能力与可靠性指标。

（二）复杂电磁环境下的干扰抑制与信号优化设计

变电站作为强电系统集中区域，其内部存在大量高压电缆、变压器、开关设备等高频噪声源，这对无线电能传输系统的稳定性构成严峻挑战。为提升无线供电的抗干扰能力，系统需构建多维度电磁屏蔽与频率冗余设计体系。在信号路径方面通过环形磁屏蔽结构与吸波材料包覆关键部件，有效削弱外部电磁场干扰；在发射与接收之间引入谐振频率校准机制，根据不同频率段环境噪声动态调整传输频率和谐振耦合系数，避免共振点受干扰频段影响。采用数字信号处理模块对传输信号进行实时分析与滤波，识别并剔除高频干扰分量，确保能量传输过程中的波形稳定与电流连续性。结合自适应控制策略优化调制解调方式，提升系统在复杂场景下的响应速度与供电稳定性，真正实现变电站环境下的稳定可靠无线供电。

（三）无线供电模块的集成化布置与结构适配

变电站巡检机器人普遍需具备小体积、高机动性与环境适应能力，无线供电模块的集成设计需兼顾空间限制与功能完整性。在整体布置中，系统优先采用高集成度低功耗组件，如柔性接收线圈、微型转换芯片与扁平化储能模块，通过分层排布方式与机器人主板结构融合，保证供电模块既不影响整机重量分布，又能在狭窄空间中稳定运行。根据机器人运动姿态特点优化接收线圈方向与耦合距离设计，增强发射装置与接收模块之间的对准精度。在结构材料方面选用高导磁率绝缘材质提升能量转化效率，并设置热管理通道提升散热能力，避免高频激励下的系统发热问题影响运行安全。通过将供电系统深度嵌入至机器人结构内部，达到能源与运动系统同步集成的目的，全面提升能源利用效率与作业适应性，为全天候、多场景巡检任务提供有力支撑。

（四）基于传感协同的能量管理与调度机制

无线电能传输系统与巡检机器人的任务调度系统需实现高效协同，构建以传感数据为驱动的能量管理模型。机器人内部配备能量状态传感器与负载识别单元，实时采集运行过程中的电量变化、任务负载等级与路径复杂度数据，通过边缘计算模块进行本地处理与分析。在调度层面，系统基于云端平台整合多台机器人传感数据，构建能源分配图谱，实现动态能耗预测与充电优先级排序。当系统识别某一机器人将在短时间内进入高能耗状态且电量临界时，将自动调整其巡检路径至最近无线供电点，并暂时调整其他机器人的供电时段，以实现能量资源的最优分配。多台机器人间可基于协同调度策略进行能量使用协调，提升整体供电系统的承载能力与能源调度弹性，实现能耗—任务—路径三维要素协同调控，推动智能巡检从分散控制走向集中智能。

结束语：无线电能传输技术为变电站巡检机器人提供了全新的能源解决路径，不仅解决了传统供电方式存在的局限问题，还促进了智能化巡检系统运行效率与安全性能的显著提升。通过技术集成优化、环境适配强化与系统协同升级，无线供电将在未来电力运维中扮演更加关键的角色。持续深化技术创新与场景融合，将助力构建更加高效、绿色、安全的电力智能巡检生态体系。

参考文献：

[1]李文锋.变电站巡检机器人无线充电系统研究[J].高电压技术，2021，47（03）：11-14.

[2]王子强 ，邹捷.变电站巡检机器人无线充电系统耦合机构优化分析[J].电器与能效管理技术，2022，50（11）：23-28.

[3]任国毅.变电站巡检机器人无线电能传输系统的研究[J].技术创新应用，2022，12（18）：135-138.