CN101393246B - 用于电力变压器内部故障检测的微型机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于微型探测装置的一种运用于电力变压器内部故障检测的微型机器人。该机器人包括微型探测机器人器身和微型机器人外围数据处理系统；其特征在于，该机器人采用四个无刷电机驱动四个螺旋桨，四螺旋桨均匀布置在四个角，同时配有相关检测设备，测量变压器内部异常信息量，根据四个螺旋桨旋转状态的变化改变该机器人向左，向右，向上，向下，向前和向后的六自由度运行状态；该机器人能准确掌握六个方向运动姿势和速度变化，使该机器人能顺利通过变压器油道，并能以电磁波信息与外界进行通信。观察变压器的局部放电、火花放电、可观测部位的绕组变形等。总之，采用该微型机器人对变压器故障进行检测，检测过程简单且检测效果比较明显。
Description
技术领域
本发明属于微型探测装置，特别涉及一种用于电力变压器内部故障检测的微型机器人。
背景技术
目前国内和国外已经有很多科研机构和高校研究微型机器人，虽然有些国家研究成功了，但他们都是将微型机器人运用到军事领域，像运用到电力变压器(电抗器)故障探测方面，还没有见到文章报导。
目前对电力变压器(电抗器)进行故障探测，普遍利用加装在线检测装置，通过对电压、电流、声光、电磁波、气相色谱等表象得到结论，但得到的结论往往具有局限性和不确定性，且探测到的故障点位置确定比较困难；目前在线检测装置的误判率还达不到现场的要求，因而在线检测装置推广比较困难；在经济上，在线检测装置体积大，质量重，在运输过程中比较麻烦，且检测的费用很大。
该探测微型机器人主要是对变压器(电抗器)故障苗头进行检测，这样能有效防止故障的发生或恶化。目前随着电压等级的升高，电力变压器肩负着越来越大的重任，这意味着对变压器故障的识别要求更高，因此本发明能解决这些问题，对电力网正常运行具有重要意义；同时本发明是研究一种深入变压器内部进行故障检测的装置，该装置在质量和体积上能克服在线装置带来的缺点，给社会可以带来很大的直接经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电力变压器内部故障检测的微型机器人，该机器人包括微型探测机器人器身和微型机器人外围数据处理系统；采用四个直驱无刷电机驱动四个螺旋桨，四螺旋桨均匀布置在四个角，同时配有相关检测设备，测量变压器内部异常信息量，根据四个螺旋桨旋转状态的变化改变该机器人向左，向右，向上，向下，向前和向后的六自由度运行状态；该机器人能准确掌握六个方向运动姿势和速度变化，使该机器人能顺利通过变压器油道，并能以电磁波信息与外界进行通信。
所述的微型探测机器人器身由以下几个部分组成：微型机器人控制系统，超声波避碰系统，电路检测部分，微型摄像头和无线数据传输模块；
所述微型机器人外围数据处理系统包括配有数据采集卡、视频采集卡、LABVIEW软件的笔记本电脑、图像接收天线、数据接收和传输天线、滤波装置和电量转换装置。
所述微型机器人控制系统由X陀螺仪，X加速度计，Y陀螺仪，Y加速度计，Z陀螺仪，Z加速度计，四个直驱的无刷电机，四个螺旋桨和微型控制处理芯片组成，其中X、Y、Z三个陀螺仪分别掌握微型机器人在各自方向的稳态信息，X、Y、Z三个加速度计能测量微型机器人在各自方向的速度变化；四个直驱的无刷电机驱动四个螺旋桨，微型控制处理芯片能实时控制和协调各部件的正常工作。
所述超声波避碰系统由红外线传感器和超声波传感器构成，利用二者路径规划和导航技术实现探测机器人在变压器内部的避碰功能。
所述电路检测部分由微型红外光成像传感器，高指向红外温度传感器组成，微型红外光成像传感器确定机器人所在位置，观察变压器的局部放电、火花放电、及观测部位的绕组变形；高指向红外温度传感器检测变压器铁轭、分接开关及套管的可观测部位的局部温升。
所述微型摄像头，用于采集变压器内部绕组，变压器铁轭、分接开关和套管的可观测部位的图像，采集的图像信息直接送给无线传输模块。
所述无线数据传输模块由内置天线，模数转换单元，数据串行口通信电路，构成，该部分功能是将微型摄像头采集到的图像信息和各个传感器采集到的信息量进行模数转换后，再通过串行口通信电路并转化为电磁波，传出变压器器身，这样便于微型机器人外围数据处理系统中的天线接收。
本发明的有益效果是该机器人能自主浮游在变压器绕组外与油箱间的空隙中，能自主绕过障碍物，避免碰撞；并确定绕组内部放电点；能检测变压器铁轭、分接开关及套管等可观测部位的局部温升；能对线圈表面、套管尾部、分接开关、铁轭穿心螺栓等部位的放电、过热、变形、异物等故障信息进行检测，观察变压器的局部放电、火花放电、可观测部位的绕组变形等。总之，采用该微型机器人对变压器故障进行检测，检测过程简单且检测效果比较明显。
附图说明
图1为本发明的微型机器人器身结构说明图；
图2为本发明的微型机器人外围数据处理系统图；
图3为本发明的微型机器人器身正面图；
图4为本发明的微型机器人器身左视图；
图5为本发明微型红外摄像系统。
具体实施方式
本发明提供一种用于电力变压器内部故障检测的微型机器人。下面结合附图对本发明予以进一步说明。
参照图1-5，其中，图1是整个发明的微型机器人器身结构说明图，主要由四个螺旋桨，包括X、Y、Z三个陀螺仪和X、Y、Z三个加速度计的XYZ三板和四个直驱的无刷电机，微型机器人控制系统，微型红外摄像系统组成。
图1中，四个直驱的无刷电机1分别安装在水平X板的四个角的位置上，无刷电机1的转动轴上固定具有三旋翼的螺旋桨，无刷电机1分别驱动控制四个螺旋桨工作，微型机器人在运动过程中，根据四个螺旋桨不同的旋转速度，实现该机器人不同方位的运动：当四个螺旋桨以同一速度旋转时，该机器人呈直线上升运动；当其中两个螺旋桨静止，两个螺旋桨运动时，则该机器人往两个运动的螺旋桨侧运动；当四螺旋桨中的一个静止，而另外三个螺旋桨运动时，机器人向着静止螺旋桨相反方向运动，当四螺旋桨都静止时，该机器人在地球引力的作用下，呈垂直向下运动。
微型探测机器人控制系统主要由微型控制处理芯片，模数转换芯片，电量转换单元和质量轻的微型传感器构成。微型控制处理芯片采用AT89系列单片机，其质量和体积都比较小，且有足够的I/O口。传感器包括微型红外光成像传感器6，高指向的红外温度传感器7和超声波传感器9。传感器测量到的电压、电流、声光、电磁波信息量，这些量都是模拟量，需经过模数转化芯片ADS8327E，才能进入微型控制处理芯片。当微型控制处理芯片处理完后，输出数据信息通过数据的串行口和电量转换单元，数字信息量转化为模拟量后并以电磁波信号传出变压器器身。在地面上，配有相对应的上行接收天线11，上行天线11接收到电磁波信息后，电磁波信号经过滤波装置滤除干扰波，随后被感应的电磁波信号成为电量信号，并经电量转换装置15转换为数字电压量，输入具有数据采集卡的电脑中，同时运用LABVIEW软件编制相关程序，这样就可以看到变压器内部图像和故障信息；该装置同时还配有下行天线12，由于工作人员要能顺利控制机器人在变压器内的运行和工作过程，工作人员又可以运用LABVIEW软件编制控制机器人运行的程序，该程序通过数据采集卡传输至电量转换装置，电量转换装置将数字电量信息转化成模拟信息量后，并以电磁波通过下行天线12发出，当该电磁波传输到变压器内时，被微型机器人器身内的内置天线接收，经感应线圈和微型机器人内部电量转换单元，电磁波信号转换成了微型控制处理芯片能识别的数字电量，这样微控制处理芯片能顺利识别信息并能根据该信息驱动无刷电机1，从而控制螺旋桨的运动状态，达到控制微型机器人运动的要求。
以上微型探测机器人控制系统安装在X板2上，并且Y板5和Z板4安装在X板2上，三板分别成90度夹角。X板2上还装有X陀螺仪3，X加速度计8，这样机器人能准确掌握在X方向上运行的速度变化和姿态，锂电池10提供无刷电机1和微型控制处理芯片的能源。
图2为机器人正视图，在Y板5上安装有Y陀螺仪18，Y加速度计17，陀螺仪能很好控制机器人在Y方向的姿态，加速度计能准确测量Y方向上的运行速度变化。
图3为机器人左视图，在Z板4上配置有Z陀螺仪15和Z加速度计16，陀螺仪和加速度计可以准确掌握Z方向的机器人姿态和速度变化；该板上还包括微型红外摄像系统。
图4为微型红外摄像系统工作过程图。微型红外摄像系统由为微型红外摄像头19，摄像传输模块20及天线13组成。微型红外摄像头19拍摄下变压器内部图像，拍摄面积比较大，且像素比较大，拍摄的图像信息通过摄像传输模块20转换成电量信息信号，随后电量信息通过数据串行口和电量装换单元，变换成电磁波从天线发出。在地面上，配有相对应的接受天线13接收电磁波信号，当13天线接收到该频率的电磁波时，电磁波通过滤波装置14，顺利进入电量转换装置，电磁波信号转换成计算机可以辨认的电压或电流信号，然后被视频采集卡识别，最终在安装有相关软件的电脑上显示图象(如图5所示)。
Claims (6)
1.一种电力变压器内部故障探测微型机器人，该机器人包括由微型机器人控制系统，超声波避碰系统，电路检测部分，微型摄像头和无线数据传输模块组成的微型机器人器身，包括配有数据采集卡、视频采集卡、LABVIEW软件的笔记本电脑、图像接收天线、数据接收和传输天线、滤波装置和电量转换装置构成的微型机器人外围数据处理系统；其特征在于，该机器人采用四个无刷电机驱动四个螺旋桨，四螺旋桨均匀布置在四个角，同时配有相关检测设备，测量变压器内部异常信息量，四个无刷电机分别安装在水平X板的四个角的位置上，无刷电机的转动轴上固定具有三旋翼的螺旋桨，无刷电机分别驱动控制四个螺旋桨工作，微型机器人在运动过程中，根据四个螺旋桨不同的旋转速度，实现该机器人不同方位的运动：当四个螺旋桨以同一速度旋转时，该机器人呈直线上升运动；当其中两个螺旋桨静止，两个螺旋桨运动时，则该机器人往两个运动的螺旋桨侧运动；当四螺旋桨中的一个静止，而另外三个螺旋桨运动时，机器人向着静止螺旋桨相反方向运动，当四螺旋桨都静止时，该机器人在地球引力的作用下，呈垂直向下运动；微型机器人控制系统安装在X板上，并且Y板和Z板安装在X板上，三板分别成90度夹角；X板上还装有X陀螺仪，X加速度计，这样机器人能准确掌握在X方向上运行的速度变化和姿态，锂电池提供无刷电机和微型机器人控制系统中的微型控制处理芯片的能源；
上述四个螺旋桨旋转状态的变化改变该机器人向左，向右，向上，向下，向前和向后的六自由度运行状态；该机器人能准确掌握六个方向运动姿势和速度变化，使该机器人能顺利通过变压器油道，并能以电磁波信息与外界进行通信。
2.根据权利要求1所述电力变压器内部故障探测微型机器人，其特征在于，所述微型机器人控制系统由X陀螺仪，X加速度计，Y陀螺仪，Y加速度计，Z陀螺仪，Z加速度计，四个直驱的无刷电机，四个螺旋桨和微型控制处理芯片组成，其中X、Y、Z三个陀螺仪分别掌握微型机器人在各自方向的稳态信息，X、Y、Z三个加速度计能测量微型机器人在各自方向的速度变化；四个直驱的无刷电机驱动四个螺旋桨，微型控制处理芯片能实时控制和协调各部件的正常工作。
3.根据权利要求1所述电力变压器内部故障探测微型机器人，其特征在于，所述超声波避碰系统包括由红外线传感器和超声波传感器构成，利用二者路径规划和导航技术实现探测机器人在变压器内部的避碰功能。
4.根据权利要求1所述电力变压器内部故障探测微型机器人，其特征在于，所述电路检测部分由微型红外光成像传感器，高指向红外温度传感器组成，微型红外光成像传感器确定机器人所在位置，观察变压器的局部放电、火花放电、及观测部位的绕组变形；高指向红外温度传感器检测变压器铁轭、分接开关及套管的可观测部位的局部温升。
5.根据权利要求1所述电力变压器内部故障探测微型机器人，其特征在于，所述微型摄像头，用于采集变压器内部绕组，变压器铁轭、分接开关和套管的可观测部位的图像，采集的图像信息直接送给无线数据传输模块。
6.根据权利要求1所述电力变压器内部故障探测微型机器人，其特征在于，所述无线数据传输模块由内置天线，模数转换单元和数据串行口通信电路构成，该部分功能是将微型摄像头采集到的图像信息和各个传感器采集到的信息量进行模数转换后，再通过串行口通信电路并转化为电磁波信息，传出变压器器身，这样便于微型机器人外围数据处理系统中的天线接收。
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