CN104391506A - 变电站导轨式巡检机器人 - Google Patents

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缪希仁
苏尚流
林苏斌
李友增
张碧慧
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Abstract

本发明公开了一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括一设置于变电站内的导轨;一在所述导轨上行走的移动小车;所述的移动小车上设置有:中央控制模块以及与其连接的云台、电机驱动模块、定位模块、设备信息采集模块、通信模块、远程遥控模块以及故障报警模块;所述设备信息采集模块用以获取被检测设备的信息;所述的通信模块用以接收数据以及与上位机联系;所述的云台上设置有一摄像机,用以采集变电站内的现场图像信息;所述的中央控制模块用以对移动小车及云台的驱动、数据处理以及通讯进行控制。本发明具有不间断供电、满足变电站各类设备非接触式状态监测的需要、全方位监测电力设备、运行稳定可靠、导轨维修成本低的优点。

Description

变电站导轨式巡检机器人
技术领域
[0001] 本发明专利涉及移动机器人领域,特别涉及一种变电站导轨式巡检机器人。
背景技术
[0002] 传统的变电站通常采用人工巡检方式或者固定摄像头以及各种传感器进行检测。
[0003] 人工现场就地巡视就是变电站运行人员在现场进行设备巡视,对运行设备进行感观的简单的定性判断,主要通过看、触、听、嗅等去实现的。通过看可以检查设备有无渗漏情况,检查设备参数是否正常,夜间闭灯检查设备的发光和电晕现象,检查设备的绝缘情况和有无放电痕迹,雨雪天检查导体上的积雪溶化及雨水的蒸发情况,刮风时应检查各导线间的摆动情况是否满足绝缘距离的要求。通过触摸运行设备的外壳(如电机和变压器)检查其振动情况和温升变化情况,并与积累经验对照,从而判断其运行状况。运行设备的故障前兆往往先通过放电的响声或振动的响声表现出来,所以听往往是发现故障的关键。当运行设备的绝缘发生破坏时,常常伴随有异味,所以嗅是判断运行设备绝缘的关键。设备存在缺陷或隐患,有的人能发现,有的人不能发现,这除了与巡视人员对设备的熟悉程度、业务水平、工作经验、态度、责任心和精神状态有很大关系外,还与巡视人员采用的巡视设备和记录手段有关。以前,对电力系统设备的缺陷检修或设备的常规检查等定性状态信息采用手工记录。手工记录常会出现记录不完整,容易丢失。特别是一些严重缺陷未能及时上报和处理,从而可能发生严重事故,造成不必要的损失,而且事故发生后缺乏故障分类、系统分析、责任不清,这样很难满足对供电质量日益提高的要求。
[0004] 采用人工巡检存在以下不足。
[0005] ( I)巡检设备多,采集的数据量大,劳动强度大。
[0006] ( 2 )人工成本比较高。
[0007] (3)高压设备对巡检人员存在安全隐患。
[0008] (4)工作量大且比较机械繁琐,时间一长巡检人员可能存在惰性,导致巡检工作疏忽。
[0009] 因此,本发明在满足变电站电气规范要求的基础上,提出一种变电站导轨式巡检机器人,以实现变电站相应部位各类信号如视频图像、噪声、气体、照度及微气候以及电力设备非接触故障状态量的检测。
发明内容
[0010] 本发明的目的是提出一种变电站导轨式巡检机器人,用以解决目前变电站巡检方式的不足。
[0011] 本发明采用以下方案实现:一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括: 一设置于变电站内的导轨;
一在所述导轨上行走的移动小车;所述的移动小车上设置有:中央控制模块以及与该中央控制模块连接的云台、电机驱动模块、定位模块、设备信息采集模块、通信模块、远程遥控模块以及故障报警模块;所述设备信息采集模块用以扫描被测电力设备外壳上设有的RFID电子标签,以获取被检测设备的信息;所述的通信模块采用蓝牙通信与网桥通信,其中所述的蓝牙通信用以接收被测电力设备侧的监测数据以及变电站区域的环境监测数据,所述的网桥通信用以将处理过的监测数据传输给一上位机,通信报文采用IEC61850协议;所述的云台上设置有一摄像机,所述的摄像机的输出控制端与所述的中央控制模块连接,用以采集变电站内的现场图像信息;所述的中央控制模块可以采用可编程控制器(PLC)或微机进行控制,用以对移动小车及云台的驱动(如移动、升降、水平及垂直角度偏转动作)、数据处理以及通讯进行控制。
[0012] 进一步地,所述被检测设备的信息是由一环境与设备状态监测模块采集;所述的环境与设备状态监测模块包括设置于设备侧的传感器以及在变电站多个区域多点布设的环境传感器。
[0013] 进一步地,所述的导轨为可拆分式工字型导轨,能够根据户内或户外变电站设备布置及其状态监测需要进行路径布设,所述的导轨用以规范小车的行走路线,以满足变电站各类设备非接触式状态监测的需要。
进一步地,所述的导轨设有供电装置,用以对移动小车进行不间断供电,所述的供电装置采用安全低电压的滑触线,对移动小车进行不间断供电。
[0014] 进一步地,所述的云台搭载至少一个摄像头以及若干个电力设备非接触式状态监测传感器;所述的云台能够垂直升降、水平旋转、俯仰转动,其中水平旋转范围为O至360度、俯仰转动范围为O至90度。
[0015] 进一步地,所述的移动小车中定位模块采用碰撞传感器或者磁传感器,用以对移动小车进行定位。
[0016] 进一步地,所述的RFID电子标签为有源电子标签,设置于被检测设备外壳且面向导轨,用以方便车载远距离(大于所处变电站高压等级所需的安全距离)RFID读卡器读入被检测设备的信息。
[0017] 进一步地,所述的环境与设备状态监测模块设置在设备侧的传感器包括:微功耗摄像头、照度传感器、噪声传感器以及气味传感器;所述的环境与设备状态检测模块在变电站多个区域多点布设的环境传感器包括:微气候传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、空间电磁场传感器以及局放信号检测传感器。
[0018] 进一步地,所述的环境与设备状态监测模块中通过高压侧取源技术和超级电容为所述设置于设备侧的传感器供电;所述的高压侧取源技术包括:电池供电、速饱和电流互感器(CT)供电、激光供电、太阳能电池板供电、电场能量收集、磁场能量收集以及无线充电技术。
[0019] 进一步地,所述的环境与设备状态监测模块在被测电力设备表面涂有一种可逆的感温材料;所述的感温材料用以将温度量转为图像,所述的环境与设备状态监测模块采用图像识别技术对温度进行识别;所述的环境与设备状态监测模块采用图像识别技术对仪表读数、开关分合状态以及触头磨损情况进行识别。
[0020] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果。
[0021] (I)本发明采用可拆分、布设的导轨规范小车的行走路线,运行稳定可靠,满足变电站各类设备非接触式状态监测的需要。
[0022] (2)本发明采用微功耗摄像头及传感器,成本较低,可以多点布设实现对电力设备的多角度全方位的监测。
[0023] (3)本发明采样RFID射频识别技术,对设备的有源电子标签进行非接触远距离身份认证,机器人会根据不同设备信息采取不同的检测方式。
[0024] (4)本发明供电装置采用滑触线,可以为移动的小车进行不间断供电,滑触线分段连接,故障时只需更换故障的那段线缆,维修成本低。
[0025] (5)本发明采用图像识别技术实现对电力设备温度、仪表读数、开关状态、触头磨损情况的识别,一旦出现意外情况立刻报警,工作人名无需实时查看就可以掌握设备运行情况,提高了无人值守的可实施性。
[0026] (6)本发明采用高压侧取源技术解决了设备高压侧的传感器的能量来源。
[0027] (7)本发明通过蓝牙技术将设备侧以及变电站区域的监测数据发送给移动小车,移动小车通过无线网桥技术将处理后的数据发送给上位机,工作人员可以远距离对设备进行监测并远距离控制机器人,结构简单可靠,维修方便,解决了有线通讯的线缆成本及维护问题。
附图说明
[0028] 图1为本发明的系统框图。
[0029] 图2为本发明的导轨剖面图。
[0030] 图3为本发明的导轨正视图。
[0031] 图4为本发明的移动小车结构图。
[0032] 主要组件符号说明]
图2中:1为导电器、2为导电铜条、3为碳刷、4为滚轮、5为外导轨、6为电源线、7为凸点、8为高架木棍。
[0033] 图3中:1为导电器、3为碳刷、4为滚轮、5为外导轨、6为电源线、7为凸点、9为拔叉。
[0034] 图4中:10为摄像头、11为云台、12为导电器固定架、13为控制键盘、14为显示屏、15为轨道导轮。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0036] 本实施例提供一种变电站导轨式巡检机器人,如图1所示,系统包括:
一设置于变电站内的导轨;
一在所述导轨上行走的移动小车;所述的移动小车上设置有:中央控制模块以及与该中央控制模块连接的云台、电机驱动模块、定位模块、设备信息采集模块、通信模块、远程遥控模块以及故障报警模块;所述设备信息采集模块用以扫描被测电力设备外壳上设有的RFID电子标签,以获取被检测设备的信息;所述的通信模块采用蓝牙通信与网桥通信,其中所述的蓝牙通信用以接收被测电力设备侧的监测数据以及变电站区域的环境监测数据,所述的网桥通信用以将处理过的监测数据传输给一上位机;所述的云台上设置有一摄像机10 (如图4所示),所述的摄像机的输出控制端与所述的中央控制模块连接,用以采集变电站内的现场图像信息;所述的中央控制模块用以对移动小车及云台的驱动、数据处理以及通讯进行控制。
[0037] 在机器人巡视过程中,电力设备侧搭载微功耗摄像头以及微功耗传感器,通过超级电容供电,超级电容由高压侧取源技术进行充电。移动小车沿着导轨靠近被检测电力设备时,小车上的RFID读卡器便会读取RFID标签的信息,对设备进行身份扫描,同时中央控制系统发出减速命令,让移动小车低速行走,当小车缓慢经过凸点7 (如图2所示)其碰撞传感器压住凸点,产生脉冲信号。小车内的中央控制系统根据脉冲信号做出停车命令,小车停在被检测设备处。根据RFID读卡器读取的设备信息,对不同的设备信息做出不同的检测动作。根据不同的设备通过蓝牙技术发送特定的检测命令,此时超级电容放电,电力设备侧的传感器得电,电力设备侧的微功耗摄像头以及微功耗传感器根据检测命令进行数据采集,并将数据通过蓝牙技术回传给移动小车。移动小车的中央控制模块对数据进行处理,判断被检测电力设备是否出现异常,并将异常情况通过无线网桥发给上位机。此外在巡视过程中,移动小车收集变电站区域的多点传感器的数据。最后,移动小车设有内存卡,对历史数据进行存储,制作报表。
[0038] 在本实施例中,采用一种可逆的感温材料,涂在被测电力设备表面,当温度达到一定阈值,感温材料的颜色会发生明显改变,电力设备侧的微功耗摄像头采集含有明显颜色特征值的图像并通过移动小车发生给上位机,通过后台的上位机对图片的特定区域进行颜色特征值对比(上位机内存有设备正常工作时的颜色特征值)可以判别设备的温度信息,从而实现温度的检测。此外通过图像处理和识别技术,可以读取仪表的数值或开关的分合状态。
[0039] 在本实施例中,如图2以及图3所示,导轨采用可拆分式工字形导轨,可以根据现场实际情况进行布线。其中导轨内部装有导电铜条2,为机器人提供工频电能。导轨内设有导电器1,通过碳刷3与铜条2紧密接触取得电能。导电器I通过拨叉9与移动小车固定,当移动小车行走时,导电器I内置的滚轮4沿着导轨内部滑动,从而带动导电器I在导轨内部滑动,此时导电器I上的碳刷3在铜条2上做摩擦滑动并获得电能通过电源线6为移动小车供电。导电器I具备短路保护、漏电保护、过载保护,保证运行安全以及通信稳定。
[0040] 导轨根据检测线路进行布设,在被检测设备点设有有源RFID标签,标签存有该处设备的设备信息,且在被检测设备相应的轨道处设有凸点7,当移动小车靠近被检测设备,小车上的RFID读卡器便会读取RFID标签的信息,对设备进行身份扫描,同时中央控制系统发出减速命令,让移动小车低速行走,当小车缓慢经过凸点7其碰撞传感器压住凸点,产生脉冲信号。小车内的中央控制系统根据脉冲信号做出停车命令,小车停在被检测设备处。根据RFID读卡器读取的设备信息,对不同的设备信息做出不同的检测动作。
[0041] 在本实施例中,如图4所示,导电器固定架12与导电器拨叉9固定连接,从而实现移动过程拖动导电器I (如图2所示)在导轨内滑动取得电能。小车内部设有轨道导轮15,轨道导轮15有弹簧机构,能够保证轨道导轮与轨道紧密接触,小车在移动过程中轨道导轮跟着滚动,使得小车在轨道上稳定移动、转弯。可升降云台11在小车静止情况下可上升2米,水平水平旋转范围为O至360度、俯仰转动范围为O至90度,通过其搭载的摄像头10可全方位提供现场视频给监控室。另外,显示屏14提供小车运行状况,通过控制键盘13可以对小车进行预设置。

Claims (10)

1.一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括: 一设置于变电站内的导轨; 一在所述导轨上行走的移动小车;所述的移动小车上设置有:中央控制模块以及与该中央控制模块连接的云台、电机驱动模块、定位模块、设备信息采集模块、通信模块、远程遥控模块以及故障报警模块;所述设备信息采集模块用以扫描被测电力设备外壳上设有的RFID电子标签,以获取被检测设备的信息;所述的通信模块采用蓝牙通信与网桥通信,其中所述的蓝牙通信用以接收被测电力设备侧的监测数据以及变电站区域的环境监测数据,所述的网桥通信用以将处理过的监测数据传输给一上位机;所述的云台上设置有一摄像机,所述的摄像机的输出控制端与所述的中央控制模块连接,用以采集变电站内的现场图像信息;所述的中央控制模块用以对移动小车及云台的驱动、数据处理以及通讯进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于:所述被检测设备的信息是由一环境与设备状态监测模块采集;所述的环境与设备状态监测模块包括设置于设备侧的传感器以及在变电站多个区域多点布设的环境传感器。
3.根据权利要求1所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于:所述的导轨为可拆分式工字型导轨,能够根据户内或户外变电站设备布置及其状态监测需要进行路径布设,所述的导轨用以规范小车的行走路线。
4.根据权利要求1所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的导轨设有供电装置,用以对移动小车进行不间断供电,所述的供电装置采用安全低电压的滑触线。
5.根据权利要去I所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的云台搭载至少一个摄像头以及若干个电力设备非接触式状态监测传感器;所述的云台能够垂直升降、水平旋转、俯仰转动,其中水平旋转范围为O至360度、俯仰转动范围为O至90度。
6.根据权利要求1所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的移动小车中定位模块采用碰撞传感器或者磁传感器,用以对移动小车进行定位。
7.根据权利要求1所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的RFID电子标签为有源电子标签,设置于被检测设备外壳且面向导轨,用以方便车载远距离RFID读卡器读入被检测设备的信息。
8.根据权利要求2所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的环境与设备状态监测模块设置在设备侧的传感器包括:微功耗摄像头、照度传感器、噪声传感器以及气味传感器;所述的环境与设备状态检测模块在变电站多个区域多点布设的环境传感器包括:微气候传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、空间电磁场传感器以及局放信号检测传感器。
9.根据权利要求2所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的环境与设备状态监测模块中通过高压侧取源技术和超级电容为所述设置于设备侧的传感器供电;所述的高压侧取源技术包括:电池供电、速饱和电流互感器(CT)供电、激光供电、太阳能电池板供电、电场能量收集、磁场能量收集以及无线充电技术。
10.根据权利要求2所述的一种变电站导轨式巡检机器人,其特征在于包括:所述的环境与设备状态监测模块在被测电力设备表面涂有一种可逆的感温材料;所述的感温材料用以将温度量转为图像,所述的环境与设备状态监测模块采用图像识别技术对温度进行识别;所述的环境与设备状态监测模块采用图像识别技术对仪表读数、开关分合状态以及触头磨损情况进行识别。
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