CN102944745A - 750kV线路带电作业用绝缘子检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输电线路用电气元件性能的测试工具，特别是一种用于750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是它至少包括：构架，固定于构架上的行走机构、夹紧机构、检测机构、控制器与电源，计算机；控制器与计算机无线信号连接，电源与行走机构、夹紧机构、检测机构及控制器连接，控制器与行走机构、夹紧机构及检测机构连接。构架是由型材连接构成的刚性框架结构；作为检测器的机械载体，使用时跨越在相邻的三至四片绝缘子上。本发明能够实现实时在线带电检测330-750kV绝缘子，其行走机构是自动步进式机械装置，爬坡度能力强；本发明操作简单，使用方便，检测速度快；精确地检测出每一片绝缘子的电阻值，对低值或零值绝缘子自动报警。

Description

750kV线路带电作业用绝缘子检测器

技术领域

本发明涉及一种输电线路用电气元件性能的测试工具，特别是一种用于750kV线路带电作业用绝缘子检测器。

背景技术

绝缘子是架空输电线路的重要元件，它的作用是将带电导线与地有效地隔离开来，使它们保持各自的电位。在线路运行中，绝缘子长期承受高电压、机械荷载的作用和自然环境的变化的影响，使其逐步老化，导致绝缘子绝缘水平下降，威胁线路的安全运行。由于绝缘子性能劣化是以其电阻值下降的特点表现出来的，因此从电性能来说，无论其性能劣化的物理原因是什么，其本质表现是电阻的下降，因而绝缘子的电阻值是衡量绝缘子是否劣化、是否需要更换的根本指标。

目前国内外在现场对绝缘子老化的检测方法比较多，诸如，火花间隙检测杆、静电式检测器、多功能高电压测试仪等。这些方法各有利弊，也为解决生产中的实际问题起了积极的作用，特别适用于220kV及以下线路的绝缘子检测。由于上述方法都是通过绝缘杆间接进行检测，而超高压线路绝缘子悬挂长度较长，使用绝缘杆操作时，因为力距大操作困难，故这些方法不适用超高压输电线路。

随着红外技术的发展与应用，产生了利用绝缘子表面的热效应原理对绝缘子进行在线检测的方法，这种方法对涂有半导体釉的绝缘子非常有效。因为此类绝缘子在线带电运行时，正常绝缘子的表面泄漏电流较大，温升较高；而劣质绝缘子的表面温度比正常绝缘子低好几度，用红外热像仪易于识别。但对普通釉的瓷质绝缘子，其正常绝缘子的表面温度比劣质绝缘子的表面温度仅相差1℃左右，在复杂的气象条件和现场环境下测量极其困难。

以上检测方法各有利弊，并且都是进行定性检测，无法准确、定量的测出每一片绝缘子的电阻值，也无法识别已经漏电但尚未击穿的处于临界状态的绝缘子。750kV超高压输电线路是我国新建的高电压等级线路，西北地区相继架设了数千公里750kV输电线路，大量的瓷绝缘子和合成绝缘子挂网运行，由于绝缘子运行在强电场中，安装位置的特殊性和运行环境的苛刻性，对绝缘子检测提出了更高的要求。  

发明内容

本发明的目的是提供一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，该检测器能在输电线路带电情况下，定量测定每一片绝缘子的电阻值，从而准确、有效地完成绝缘子检测和评定工作。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是它至少包括：构架，固定于构架上的行走机构、夹紧机构、检测机构、控制器与电源，计算机；控制器与计算机无线信号连接，电源与行走机构、夹紧机构、检测机构及控制器连接，控制器与行走机构、夹紧机构及检测机构连接。

构架是由型材连接构成的刚性框架结构；作为检测器的机械载体，使用时跨越在相邻的三至四片绝缘子上。

行走机构包括两组行走轮排，分别安装在构架上部两侧；每组行走轮排包括带轮架、同步带及数个带轮；带轮架固定于构架, 数个带轮安装于带轮架，同步带套挂于数个带轮构成皮带传动，每组行走轮排还包括行走驱动电机，行走驱动电机与一个带轮连接；同步带的背面（背面是与绝缘子瓷瓶外缘的接触面）设有绝缘胶皮；使用时行走轮排的长度跨越三片绝缘子，同步带背面的绝缘胶皮与每个绝缘子的瓷瓶外缘接触，通过摩擦力实现在绝缘子串上的实现行走。

夹紧机构包括两组锁紧轮排，分别安装在构架下端两侧；每组锁紧轮排包括减速器、齿板及若干个滚轮套件；每个滚轮套件包括连接架与滚轮，连接架一端通过铰链轴铰接在构架下端、另一端设有滚轮架，滚轮安装于滚轮架；减速器的末端齿轮与齿板啮合连接，齿板固定安装在铰链轴上；每组锁紧轮排还包括夹紧驱动电机，夹紧驱动电机与减速器连接。两组锁紧轮排滚轮径向延长线呈90-120°的开合夹角，锁紧轮排的长度至少跨越两片绝缘子；由夹紧驱动电机为锁紧轮排提供动力，通过齿轮系统使构架下端两侧的锁紧轮排实现开合，通过改变开合夹角的角度起到夹紧绝缘子的作用。

检测机构由测量臂、两根测量探针和电磁开关阀构成，电磁开关阀安装于测量臂，测量臂的前后两端分别安装两根量测探针，构架上设有支撑杆，测量臂活动铰接安装于支撑杆，两个测量探针之间的距离等于一个绝缘子的长度，

电磁开关阀与控制器的开关量输出与锁存电路电连接；两根测量探针的后端与控制器的信号采样电路连接，前端与相邻两个绝缘子的钢帽接触，当电磁开关阀得电工作时，采集绝缘子的漏电信息，测试漏电数据。

控制器包括智能控制单元CPU、高压逆变电路、信号采样电路、信号调理电路、模数转换电路、键盘、通信接口电路、直流电路、高压保护电路、显示驱动电路与显示器、存储器、数模转换电路、数字量输出与锁存电路、开关量输出与锁存电路与执行元件驱动电路；该控制器外壳为导磁良好的铁皮件制作，屏蔽强电磁场的干扰；高压逆变电路、信号采样电路、信号调理电路与模数转换电路依次连接，智能控制单元CPU与模数转换电路、键盘、通信接口电路、显示驱动电路与显示器、存储器、数模转换电路、数字量输出与锁存电路、开关量输出与锁存电路分别连接，数模转换电路与执行元件驱动电路连接；执行元件驱动电路与行走机构、夹紧机构的电机连接；控制器固定装在构架上。控制器还包括输出输入接插件、备用接口。 

电源固定在构架上，分别给行走机构、夹紧机构与检测机构的电机供电，并给控制器供电。

计算机内置无线通信模块，计算机的无线通信模块与控制器通信接口电路的通信模块之间无线通信，无线通信采用红外线传输，对控制器发出操作指令，实时接收、记录测量数据，并对这些数据进行分析处理、显示和记录测量结果；计算机置于地面上。

本发明绝缘子检测器还包括遥控器，遥控器内置无线通信模块，与控制器通信接口电路的通信模块和计算机的无线通信模块无线通信，无线通信采用红外线传输，传输操作指令，遥控器实现对控制器通信接口电路的通信模块与计算机的无线通信模块电源的接通与断开。 

本发明样机经过试用，证明本发明是定量定值检测绝缘子电阻值的工具，能够实现实时在线带电检测330-750kV 绝缘子，其行走机构是自动步进式机械装置，爬坡度能力强，具有自动校正姿态功能；本发明操作简单，使用方便，检测速度快；检测结果定量定值化，精确地检测出每一片绝缘子的电阻值，对低值或零值绝缘子自动报警，检测数据能实时记录、显示和存储，线路绝缘子的管理功能，可以进行数据回归和容差判断；本发明适用范围宽广，适用于检测各种电压等级、各种类型的线路悬式绝缘子。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是控制器的原理框图；

图3本发明的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是图3的左视图；

图6是夹紧驱动电机、末端齿轮与齿板的关系图；

图7是行走机构与绝缘子的关系示意图。

图中：1—绝缘子，2—检测机构，3—行走机构，4—夹紧机构，5—构架，501—支撑杆，6—电源，7—控制器，701—智能控制单元CPU，702—高压逆变电路，703—信号采样电路，704—信号调理电路，705—模数转换电路，706—键盘，707—通信接口电路，708—直流电路，709—高压保护电路，710—显示驱动电路与显示器，711—存储器，712—开关量输出与锁存电路，713—执行元件驱动电路；714—输出输入接插件，715—备用接口，716—数字量输出与锁存电路，717—数模转换电路，8—计算机，9—无线通信模块，10—遥控器，11—行走轮排，1101—同步带，1102—带轮架， 1103—带轮，12—行走驱动电机，13—齿板，14—锁紧轮排，1401—滚轮套件，1402—连接架，1403—滚轮，1404—滚轮架，15—测量探针，16—行程开关，17—拨杆，18—水银泡校正器，19—铰链轴，20—夹紧驱动电机，21—测量臂，22—电磁开关阀，23—末端齿轮，α—两组锁紧轮排滚轮径向延长线的开合夹角。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。如图1所示： 一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器；包括构架5，固定于构架上的行走机构3、夹紧机构4、检测机构5、控制器7与电源6，计算机8；控制器7与计算机8无线信号连接，由控制器7对检测机构2、行走机构3、夹紧机构4发出操作和工作指令；电源6与行走机构3、夹紧机构4、检测机构5及控制器7连接，为检测机构2、行走机构3、夹紧机构4和控制器7供电，控制器7与行走机构3、夹紧机构4及检测机构5连接。

控制器7封装在金属盒中，金属盒固定安装在构架5上。

参见图3、图4与图5：构架5是由型材连接构成的刚性框架结构；作为检测器的机械载体，使用时跨越在相邻的三至四片绝缘子上；行走机构3包括两组行走轮排11，分别安装在构架5上部两侧；参见图7，每组行走轮排11包括带轮架1102、同步带1101及数个带轮1103；带轮架1102固定于构架5, 数个带轮1103安装于带轮架1102，同步带1101套挂于数个带轮1103构成皮带传动，每组行走轮排11还包括行走驱动电机12，行走驱动电机12与一个带轮1103连接；与行走驱动电机12相连接的带轮1103作为主动轮，其它带轮1103作为从动轮，在构架5上部两侧实现皮带传动；带轮1103为齿轮，同步带1101的正面，即与带轮1103的连接面为齿形带；同步带1101的背面有绝缘胶皮；使用时行走轮排11的长度跨越三至四片绝缘子1，同步带1101背面的绝缘胶皮与每个绝缘子1的瓷瓶外缘接触，通过摩擦力实现在绝缘子串上的实现行走。

参见图3、图5与图6：夹紧机构4包括两组锁紧轮排14，分别安装在构架5下端两侧；每组锁紧轮排14包括减速器、齿板13及若干个滚轮套件1401；每个滚轮套件1401包括连接架1402与滚轮1403，连接架1402一端通过铰链轴19铰接在构架5下端、另一端设有滚轮架1404，滚轮1403安装于滚轮架1404；减速器的末端齿轮23与齿板13啮合连接，齿板13固定安装在铰链轴19上；每组锁紧轮排14还包括夹紧驱动电机20，夹紧驱动电机20减速器连接。两组锁紧轮排滚轮径向延长线的开合夹角α呈90-120°，锁紧轮排14的长度至少跨越两片绝缘子1；由夹紧驱动电机20为锁紧轮排14提供动力，通过齿轮系统使构架5下端两侧的锁紧轮排14绕铰链轴19摆动实现开合，通过改变开合夹角α的角度起到夹紧绝缘子1的作用。

参见图4与图5：检测机构2由测量臂21、两根测量探针15和电磁开关阀22构成，电磁开关阀22安装于测量臂21，测量臂21的前后两端分别安装两根测量探针15，构架5上设有支撑杆501，测量臂21活动铰接安装于支撑杆501，两个测量探针15之间的距离等于一个绝缘子1的长度，电磁开关阀22与控制器7的开关量输出与锁存电路712电连接；两根测量探针15的后端与控制器7的信号采样电路703连接，前端与相邻两个绝缘子1的钢帽接触。当电磁开关阀22得电工作时，采集绝缘子1的漏电信息，测试绝缘子1的漏电数据；当电磁阀失电时，测量探针15弹起脱离绝缘子1。在检测期间，测量探针15不能移动，以避免摩擦对信号产生干扰。

图2所示为控制器的原理框图；控制器7包括智能控制单元CPU701、高压逆变电路702、信号采样电路703、信号调理电路704、模数转换电路705、键盘706、通信接口电路707、直流电路708、高压保护电路709、显示驱动电路与显示器710、存储器711、数模转换电路717、数字量输出与锁存电路716、开关量输出与锁存电路712、执行元件驱动电路713；控制器7的外壳为导磁良好的铁皮件制作，屏蔽强电磁场的干扰；高压逆变电路702、信号采样电路703、信号调理电路704与模数转换电路705依次连接，智能控制单元CPU701与模数转换电路705、键盘706、通信接口电路707、显示驱动电路与显示器710、存储器711、数模转换电路717、数字量输出与锁存电路716、开关量输出与锁存电路712分别连接，数模转换电路717与执行元件驱动电路713连接；执行元件驱动电路713与行走驱动电机12、夹紧驱动电机20连接。控制器7还包括与智能控制单元CPU701连接的输出输入接插件714、备用接口715。 

智能控制单元CPU701是控制器7的核心部件，控制器7其它主要部分电路的功能如下：

直流电路708：为控制器7工作提供电源，由蓄电池提供，由于在高空作业，需要体积小和重量轻，蓄电池选用20Ah12V铅酸蓄电池；然后采用DC-DC变换电路，将其变换为控制电路需要的＋3V、＋5V、-5V、－12V，连同蓄电池本身的＋12V共5种电源。 

高压逆变电路702：主要是产生检测需要的高压脉冲，需要将直流12V电源逆变为50Hz的交流电，再通过变压器升压到3000V,再整流为直流，然后由计算机8对线路的交流电进行过零检测，确定高压脉冲的加载时间，在绝缘子1上的电压低于3000V的时间区间，通过对晶闸管(可控硅)的通断控制，产生高压脉冲，加载到检测回路，从而在检测机构上得到相应的脉冲电流和脉冲信号电压。

高压保护电路709：控制器7有两套高压保护电路，一套用于隔离绝缘子1上的高压(离输电线最近的绝缘子上分担的电压最高，可达3万伏以上)，使其不至于窜入到控制检测电路，以保护控制器；另一套用于保护可控硅。

信号采样电路703：将从绝缘子采集的高频脉冲交流信号，转换为直流信号，以便于校正与标定。对电路的设计要求是，输入阻抗高，输出阻抗低。且尽可能减少电路的响应时间，以便后续电路快速测量。同时考虑，有效值与均值，基波与谐波的关系，最大可能地削弱谐波的干扰。

信号调理电路704：信号采样电路703输出的信号给予整流，目的是进一步提高信号的准确性及抗扰能力；并为模数转换电路705提供合适的输入电压。

显示驱动电路：输出驱动电路主要是通过多个MOSFAT管的顺次通断，控制步进电机行进和暂停，以便准确检测。

通信接口电路707：通信接口电路707包括通信模块；采用红外通信，在电光转换电路中采用V/L电光技术，保证前后严格绝缘，有很好的安全性，同时又能准确地传递信号；它具有抗干扰能力强、价格低、调试容易等特点。

键盘、显示器：键盘主要任务是输入线路名称、杆号、相线号、绝缘子串号；显示器显示当前检测数据的目标属性；

抗干扰设计：由于本装置工作于高电压、强电场环境，因此抗干扰设计至关重要，如果没有良好的抗干扰措施，电路将无法工作，或者即使勉强工作，其采集的数据也偏差很大，因此本设计特别重视抗干扰设计，控制器7外壳为导磁良好的铁皮件制作，电路核心部分和信号处理部分均采用双层导磁铁皮封装，以最大限度的屏蔽强电磁场的干扰，保证电路可靠的工作。

计算机8置于地面上，计算机8安装无线通信模块9，无线通信模块9与控制器7的通信接口电路707的通信模块之间实现无线通信，无线通信采用红外线传输，对控制器7发出操作指令，实时接收、记录测量数据，并对这些数据进行分析处理，显示和记录测量结果。

绝缘子检测器还包括遥控器10，遥控器10与控制器7和计算机8之间实现无线通信；遥控器10内置无线通信模块，与控制器7的通信接口电路707的通信模块和计算机8的无线通信模块9信号连接，实现无线通信，无线通信采用红外线传输，传输操作指令，遥控器实现对控制器通信接口电路的通信模块与计算机的无线通信模块电源的接通与断开。 

参见图3：构架5的水平架安装有水银泡校正器18，水银泡校正器18与控制器7的执行元件驱动电路713电连接；当出现倾斜，及时调整行走驱动电机12的速度进而调整两侧行走机构的速度进行平衡。

参见图4：绝缘子检测器还包括独立的拨杆17，拨杆17安装在绝缘子1上，

在构架5上安装行程开关16，行程开关16与控制器7的执行元件驱动电路713电连接，当绝缘子检测器运动到前方行程开关碰到提前在绝缘子1上安装的返回拨杆17时，执行元件驱动电路713发出指令，行走机构3自动返回。

工作时，行走机构3的两组行走轮排11骑行在绝缘子串上，人站在地面上用遥控器10或者直接在计算机8的键盘上输入指令，对控制器7发出无线控制信号指令，由控制器按照预设的程序发出响应的执行命令，驱动各工作机构工作，检测机构2沿绝缘子1轴线方向步进，到达每个绝缘子测量的最佳规定位置时暂停，两只检测探针15伸入绝缘子前后的连接钢帽处，在力的作用下紧贴钢帽，测试漏电电流和电压，对绝缘子的漏电电压进行检测并把获得结果输送到控制器存储，控制器实时把数据无线发送到计算机8，计算机对所测得的数据进行分析计算，实时得出每一片绝缘子的电阻值，根据预设的安全电阻指标，判断绝缘子的优劣。检测时，检测探针上的脉冲高电压(3000V)作用于绝缘子，会产生微安级的脉冲电流，该电流的大小取决于绝缘子的电阻值，对该电流采样，进行A/D转换和数值分析，即可获得绝缘子的电阻值，并对每个绝缘子每次的测量电阻值进行对比分析，显示其劣化的过程及劣化程度，以便专业人员分析，寻找线路绝缘子劣化的普遍性原因，研究对策，延缓劣化，保证系统可靠的工作。

Claims (10)

1.一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是至少包括：构架（5），固定于构架上的行走机构（3）、夹紧机构（4）、检测机构（5）、控制器（7）与电源（6），计算机（8）；控制器（7）与计算机（8）无线信号连接，电源（6）与行走机构（3）、夹紧机构（4）、检测机构（5）及控制器（7）连接，控制器（7）与行走机构（3）、夹紧机构（4）及检测机构（5）连接。

2.如权利要求1所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：构架（5）是由型材连接构成的刚性框架结构；行走机构（3）包括两组行走轮排（11），分别安装在构架（5）上部两侧；每组行走轮排（11）包括带轮架（1102）、同步带（1101）及数个带轮（1103）；带轮架（1102）固定于构架5, 数个带轮（1103）安装于带轮架（1102），同步带（1101）套挂于数个带轮（1103）构成皮带传动，每组行走轮排（11）还包括行走驱动电机（12），行走驱动电机（12）与一个带轮（1103）连接；带轮（1103）为齿轮，同步带（1101）的正面为齿形带；同步带（1101）的背面有绝缘胶皮；行走轮排11的长度跨越三片绝缘子（1），同步带（1101）背面的绝缘胶皮与每个绝缘子（1）的瓷瓶外缘接触。

3.如权利要求2所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：夹紧机构（4）包括两组锁紧轮排（14），分别安装在构架（5）下端两侧；每组锁紧轮排（14）包括减速器、齿板（13）及若干个滚轮套件（1401）；每个滚轮套件（1401）包括连接架（1402）与滚轮（1403），连接架（1402）一端通过铰链轴（19）铰接在构架（5）下端、另一端设有滚轮架（1404），滚轮（1403）安装于滚轮架（1404）；减速器的末端齿轮（23）与齿板（13）啮合连接，齿板（13）固定安装在铰链轴（19）上；每组锁紧轮排（14）还包括夹紧驱动电机（20），夹紧驱动电机（20）与减速器连接；两组锁紧轮排滚轮径向延长线的开合夹角（α）呈90-120°，锁紧轮排（14）的长度至少跨越两片绝缘子（1）。

4.如权利要求3所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：检测机构（2）由测量臂（21）、两根测量探针（15）和电磁开关阀（22）构成，电磁开关阀（22）安装于测量臂（21），测量臂（21）的前后两端分别安装两根测量探针（15），构架（5）上设有支撑杆（501），测量臂（21）活动铰接安装于支撑杆（501），两个测量探针（15）之间的距离等于一个绝缘子（1）的长度，电磁开关阀（22）与控制器（7）的开关量输出与锁存电路电连接；两根测量探针（15）的后端与控制器的信号采样电路连接，前端与相邻两个绝缘子（1）的钢帽接触。

5.如权利要求4所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：控制器7包括智能控制单元CPU（701）、高压逆变电路（702）、信号采样电路（703）、信号调理电路（704）、模数转换电路（705）、键盘（706）、通信接口电路（707）、直流电路（708）、高压保护电路（709）、显示驱动电路与显示器（710）、存储器（711）、数模转换电路（717）、数字量输出与锁存电路（716）、开关量输出与锁存电路（712）、执行元件驱动电路（713）；高压逆变电路（702）、信号采样电路（703）、信号调理电路（704）与模数转换电路（705）依次连接，智能控制单元CPU（701）与模数转换电路（705）、键盘（706）、通信接口电路（707）、显示驱动电路与显示器（710）、存储器（711）、数模转换电路（717）、数字量输出与锁存电路（716）、开关量输出与锁存电路（712）分别连接，数模转换电路（717）与执行元件驱动电路（713）连接；执行元件驱动电路（713）与行走驱动电机（12）、夹紧驱动电机（20）连接。

6.如权利要求5所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：计算机（8）安装无线通信模块（9），无线通信模块（9）与通信接口电路（707）的通信模块之间实现无线通信。

7.如权利要求6所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：绝缘子检测器还包括遥控器（10），遥控器（10）与控制器（7）和计算机（8）之间实现无线通信。

8.如权利要求7所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：构架（5）的水平架安装有水银泡校正器（18），水银泡校正器（18）与控制器（7）的执行元件驱动电路（713）电连接。

9.如权利要求1至8任意一项所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：绝缘子检测器还包括独立的拨杆（17），拨杆（17）安装在绝缘子（1）上，在构架（5）上安装行程开关（16）。

10.如权利要求9所述的一种750kV线路带电作业用绝缘子检测器，其特征是：构架（5）是由型材连接构成的刚性框架结构；控制器（7）封装在金属盒中，金属盒固定安装在构架（5）上。

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