CN101576600A - 自行走地下电缆故障检测智能仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自行走地下电缆故障检测智能仪，包括地下电缆热故障红外检测装置1、地下电缆局部放电紫外检测装置2、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置3，地下电缆自行走巡线机器人4和地下电缆故障预测系统5。本发明由于基于多传感器检测、多信息融合、移动式智能巡检方式而实现了综合智能化的对地下电缆故障的检测预报，自动化程度高，信息全面，直观、可靠，极大的减轻了人员的工作量和劳动强度。

Description

自行走地下电缆故障检测智能仪

技术领域

本发明涉及地下电缆故障检测装置，特别涉及一种自行走地下电缆故障检测智能仪。

背景技术

近二十年来，为了保障电力电缆的安全运行，对电力电缆绝缘状况的在线监测技术得到了长足的发展。国外，特别是欧美和日本等发达国家在检测方法和技术上处于领先地位，其研究开发的绝缘检测装置有较好的应用效果，长期的在线运行也提供了大量的监测结果，丰富了对电缆绝缘缺陷和老化的判据。本发明涉及的技术领域主要有地下电缆热故障检测、电缆局部放电检测、绝缘老化状态检测。目前国内外的技术状况如下：

1.地下电缆热故障检测

在地下电缆中，电缆中间接头是电力系统安全运行中的最薄弱环节，其运行温度是反映其运行状态的重要参数。为防止电缆中间接头温度异常，需要对地下电缆进行温度检测。目前通常采用的集散式温度监测系统存在着测量数据传输距离受限、检测装置供电困难，需进行大量现场施工，仅适宜对局域范围的应用。

2.电缆局部放电检测

现有的电缆线路局部放电检测技术所面临的主要问题是：在测定现场的环境存在电晕等较多干扰源的情况下，如何提高局部放电检测灵敏度。为解决这一难题，国外已开发高频局放(High Frequency Partial Discharge，HFPD)、超高频局放(Ultra-High Frequency Partial Discharge，VHFPD)新型检测仪。HFPD信号处理的频率范围为100～500MHz，适用于短电缆段和电缆附件。从荷兰等国家的实践可知，利用HFPD进行在线式局部放电检测能基本反映电缆线路绝缘的现场情况，但此类仪器对干扰信号的分辨能力依赖于干扰信号的频谱范围，因而有明显的局限性。

3.电缆绝缘老化检测

对电缆及其附件进行在线绝缘老化诊断的目的是判断其能否继续可靠运行或评估其残余寿命。诊断方法可分破坏性试验与非破坏性检测两大类。目前在电缆绝缘老化的检测技术领域，对于6kV级电缆的检测技术有“非在线式”和“在线式”。“非在线式”包括：残留电压法、反吸收电流法、直流泄漏电流法、电位衰减法(直流)，残留电荷、直流电压叠加法，交流损耗电流法(工频)，介损法(超低频)。“在线式”包括：直流成分、脉动法(工频)，直流电压叠加法(直流与工频)等。对于22kV级仅采用“非在线式”，引入了与6kV级不同的方法如直流偏压、局部放电、耐压法等。上述“非在线式”检测方法要求截取一段电缆来开展研究，对于地下电缆的检测是不现实的，而且也不能有效地判断现场的实际情况。“在线式”检测方法仍属于接触式检测，需要在电缆的芯线或者金属护层施加电压进行检测，也不适用于对地下管道电缆的在线检测。

综上所述，现有技术都是采用单一的检测手段，针对某种特定故障提出解决办法。在地下电缆现场环境中，由各种原因造成的故障现象可能非常复杂，往往会造成单一方法检测失败或判断不准确，迫切需要对电缆载流量、局部放电、介质特性以及周边环境状况进行综合检测，获得全面的电缆故障信息；同时，由于无法事先预知故障点位置，必须采用移动巡检方式实现全线检测功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术单一化局限，提供一种综合智能化的自行走地下电缆故障检测智能仪，它采用基于多传感器检测、多信息融合、移动式智能巡检方式实现地下电缆故障的检测预报。

为实现上述目的而采用的技术方案是这样的：即一种自行走地下电缆故障检测智能仪，其特征在于：由地下电缆热故障红外检测装置、地下电缆局部放电紫外检测装置、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置，地下电缆自行走巡线机器人和地下电缆故障预测系统构成；其中：

1)地下电缆热故障红外检测装置由红外热像仪和温度分析模块构成；地下电缆热故障红外检测装置采用红外热像仪得到地下电缆及附近环境的温度分布图像，通过非均匀校正与定标，获得电缆故障的区域温度分布特性；以地下电缆的正常温度场分布特征为依据，在实验基础上研究电缆的过流特征，对电缆接头等特殊位置实现定位并对其工作状态做出评估，同时对环境温度进行检测，判断临近区域是否存在影响电缆安全运行的热源隐患，提供地下电缆安全的环境状态；

2)地下电缆局部放电紫外检测装置由紫外检测仪和PD检测模块构成；地下电缆局部放电紫外检测装置应用紫外脉冲法通过测量电缆局部放电产生的紫外光强度来确定其绝缘状况，得到地下电缆局部放电产生紫外脉冲的频率、强度与绝缘老化、表面破损的对应关系，诊断电缆的损伤与故障原因；

3)地下电缆绝缘老化电场分布检测装置由FEF电极和介质检测模块构成；地下电缆绝缘老化电场分布检测装置检测电缆外层绝缘体的介质特性，分析电缆绝缘体的老化、含水情况以及由于电缆安装倾斜引起绝缘油流动造成分布不均的情况，使用介质检测方法校正湿度变化对局部放电检测方法的影响，同时使用传感器电极和专用电场处理芯片对地下电缆介质性能进行分析与评判，对其故障隐患进行预测；

4)地下电缆自行走巡线机器人由摄像头，视频压缩装置和机器人行走控制与位置记录模块及四轮小车构成；地下电缆自行走巡线机器人现场分析地下电缆的安装情况与表面材质特征，利用行进控制与驱动装置，产生各类行进障碍的解决措施，克服电缆转弯、接头、粗细不均、安装螺钉阻挡以及在管道中位置偏移等原因造成的行走困难，同时使用可见光摄像头，应用视频压缩技术实现数据压缩并传送给地面主机，结合后端用户的反馈信息实现自行走控制功能。

5)地下电缆故障预测系统由嵌入式控制系统和无线传输模块构成；

6)地下电缆热故障红外检测装置、地下电缆局部放电紫外检测装置、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置、摄像头及其视频压缩装置及机器人行走控制与位置记录模块和地下电缆故障预测系统安装在四轮小车中，所有传感器的传感头及摄像头向电缆线表面外露；四轮小车一对前轮和一对后轮的轮距略小于或等于电缆线直径，由前轮或/和后轮驱动。

本发明由于基于多传感器检测、多信息融合、移动式智能巡检方式而实现了综合智能化的对地下电缆故障的检测预报，自动化程度高，信息全面，直观、可靠，极大的减轻了人员的工作量和劳动强度。

附图说明

图1、自行走地下电缆故障检测智能仪示意图；

图2、自行走地下电缆故障检测智能仪结构框图；

图3、自行走地下电缆故障检测智能仪系统框图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步描述：

如图1所示，一种自行走地下电缆故障检测智能仪，其总体由地下电缆热故障红外检测装置1、地下电缆局部放电紫外检测装置2、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置3，地下电缆自行走巡线机器人4和地下电缆故障预测系统5构成；其中

1)地下电缆热故障红外检测装置1由红外热像仪11和温度分析模块12构成；地下电缆热故障红外检测技术采用红外热像仪得到地下电缆及附近环境的温度分布图像，通过非均匀校正与定标，获得电缆故障的区域温度分布特性。以地下电缆的正常温度场分布特征为依据，在实验基础上研究电缆的过流特征，对电缆接头等特殊位置实现定位并对其工作状态做出评估，同时对环境温度进行检测，判断临近区域是否存在影响电缆安全运行的热源隐患，提供地下电缆安全的环境状态。

2)地下电缆局部放电紫外检测装置2由紫外检测仪21和PD检测模块22构成；地下电缆局部放电紫外检测技术应用紫外脉冲法通过测量电缆局部放电产生的紫外光强度来确定其绝缘状况，得到地下电缆局部放电产生紫外脉冲的频率、强度与绝缘老化、表面破损的对应关系，诊断电缆的损伤与故障原因。

3)地下电缆绝缘老化电场分布检测装置3由FEF电极31和介质检测模块32构成；地下电缆绝缘老化电场分布检测技术检测电缆外层绝缘体的介质特性，分析电缆绝缘体的老化、含水情况以及由于电缆安装倾斜引起绝缘油流动造成分布不均的情况，使用介质检测方法校正湿度变化对局部放电检测方法的影响，同时使用传感器电极和专用电场处理芯片对地下电缆介质性能进行分析与评判，对其故障隐患进行预测。

4)地下电缆自行走巡线机器人4由摄像头41，视频压缩装置42和机器人行走控制与位置记录模块43构成；地下电缆自行走巡线机器人技术现场分析地下电缆的安装情况与表面材质特征，利用行进控制与驱动装置，产生各类行进障碍的解决措施，克服电缆转弯、接头、粗细不均、安装螺钉阻挡以及在管道中位置偏移等原因造成的行走困难，同时使用可见光摄像头，应用视频压缩技术实现数据压缩并传送给地面主机，结合后端用户的反馈信息实现自行走控制功能。

5)地下电缆故障预测系统5由嵌入式控制系统51和无线传输模块52构成。

6)地下电缆热故障红外检测装置1、地下电缆局部放电紫外检测装置2、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置3、摄像头41及其视频压缩装置42及机器人行走控制与位置记录模块43和地下电缆故障预测系统5安装在四轮小车44中，所有传感器的传感头及摄像头向电缆线A外露；四轮小车44一对前轮和一对后轮的轮距略小于或等于电缆线直径，由前轮或/和后轮驱动。

如图3所示，一种自行走地下电缆故障检测智能仪，其实现方案为：检测仪主控系统采用基于ARM10的嵌入式系统实现。主控系统包括行走控制、位置测定、传感器信息综合分析。系统中配置一个视频摄像机与照明光源，视频信号经过压缩后根据需要传到地面主机以便实现人工视觉监测，用于预判检测仪无法克服的行进障碍并发送人工控制信息。主控系统通过SPI总线与传感器所使用的微处理器交换信息，利用ARM10的DSP内核实现对视频信号的实时压缩，对各类信息编码，定义帧结构与协议规范，通过无线通信模块实现与地面主机的信息交互。

本发明采用红外热像仪获取温度场图像，针对电力电缆护层绝缘材料分析热传导规律，对电缆的线芯工作温度进行反演计算，在仿真实验基础上研究电缆过流、接触松动或接触不良、介质损耗增大等故障现象的热效应规律，研究热故障分析方法，同时也对环境温度进行检测。针对红外探测器的非均匀性和噪声影响，通过基于多点的非均匀校正算法和消噪方法获得更准确的绝对温度值，同时得到电缆沿线的相对温差以反映所蕴涵的故障特征信息。本发明中电力设备外绝缘放电紫外检测技术模块分为紫外球形探头、紫外检测仪及紫外脉冲分析处理系统几大部分。在行进小车上安装紫外球形头探测矩阵，当绝缘老化或者破坏时产生放电，发出的紫外光传输到紫外检测仪，经过数据处理模块分析及记录紫外脉冲的频率与幅度特性。通过数据的分析，判定电缆的绝缘劣化和表面破损状况。

本发明以电极、电场传感器芯片和微处理器构成电场测量系统，电场传感器芯片采用MC33794，其支持9个电场传感器电极，通过发射120kHz的超声波，测量布置在物体周围的9个电极上的空间分布电容的微小变化来得到电缆周围的电场信息。通过介质变化对电场分布的影响规律，分析介质受潮或进水、含油量异常和绝缘老化对电场分布规律的影响，寻求快速求解方法，实现对地下电缆介质异常状态的检测与评估。

本发明采用Adaboost方法将若干基于不同特征的普通判决器组成强分类器，研究递进过程中的权系数修正方法，实现系统的可靠性、精密性。根据从不同检测模块得到的信息对各种故障影响力的大小自适应修正误差权值，实现各种故障预测模型的融合。

Claims (1)

1、一种自行走地下电缆故障检测智能仪，其特征在于：由地下电缆热故障红外检测装置(1)、地下电缆局部放电紫外检测装置(2)、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置(3)，地下电缆自行走巡线机器人(4)和地下电缆故障预测系统(5)构成；其中：

1)地下电缆热故障红外检测装置(1)由红外热像仪(11)和温度分析模块(12)构成；地下电缆热故障红外检测装置(1)采用红外热像仪得到地下电缆及附近环境的温度分布图像，通过非均匀校正与定标，获得电缆故障的区域温度分布特性；以地下电缆的正常温度场分布特征为依据，在实验基础上研究电缆的过流特征，对电缆接头等特殊位置实现定位并对其工作状态做出评估，同时对环境温度进行检测，判断临近区域是否存在影响电缆安全运行的热源隐患，提供地下电缆安全的环境状态；

2)地下电缆局部放电紫外检测装置(2)由紫外检测仪(21)和PD检测模块(22)构成；地下电缆局部放电紫外检测装置(2)应用紫外脉冲法通过测量电缆局部放电产生的紫外光强度来确定其绝缘状况，得到地下电缆局部放电产生紫外脉冲的频率、强度与绝缘老化、表面破损的对应关系，诊断电缆的损伤与故障原因；

3)地下电缆绝缘老化电场分布检测装置(3)由FEF电极(31)和介质检测模块(32)构成；地下电缆绝缘老化电场分布检测装置(3)检测电缆外层绝缘体的介质特性，分析电缆绝缘体的老化、含水情况以及由于电缆安装倾斜引起绝缘油流动造成分布不均的情况，使用介质检测方法校正湿度变化对局部放电检测方法的影响，同时使用传感器电极和专用电场处理芯片对地下电缆介质性能进行分析与评判，对其故障隐患进行预测；

4)地下电缆自行走巡线机器人(4)由摄像头(41)，视频压缩装置(42)和机器人行走控制与位置记录模块(43)及四轮小车(44)构成；地下电缆自行走巡线机器人(4)现场分析地下电缆的安装情况与表面材质特征，利用行进控制与驱动装置，产生各类行进障碍的解决措施，克服电缆转弯、接头、粗细不均、安装螺钉阻挡以及在管道中位置偏移等原因造成的行走困难，同时使用可见光摄像头，应用视频压缩技术实现数据压缩并传送给地面主机，结合后端用户的反馈信息实现自行走控制功能。

5)地下电缆故障预测系统(5)由嵌入式控制系统(51)和无线传输模块(52)构成；

6)地下电缆热故障红外检测装置(1)、地下电缆局部放电紫外检测装置(2)、地下电缆绝缘老化电场分布检测装置(3)、摄像头(41)及其视频压缩装置(42)及机器人行走控制与位置记录模块(43)和地下电缆故障预测系统(5)安装在四轮小车(44)中，所有传感器的传感头及摄像头向电缆线(A)外露；四轮小车(44)一对前轮和一对后轮的轮距略小于或等于电缆线直径，由前轮或/和后轮驱动

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