CN105067980A - 高压开关gis耐压试验环境的实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置；该监测装置含有运动底盘、机械臂和监测控制电路，运动底盘是一个底部安装有轮子的小车，运动底盘中设有底盘电机，每个轮子分别由一个底盘电机来驱动，机械臂的一端安装在运动底盘上，机械臂的另一端安装有摄像机，机械臂的关节处设有舵机，设在运动底盘上的监测控制电路中含有路由模块和运动控制模块，路由模块通过UART信号与运动控制模块通讯，路由模块通过WIFI信号与无线终端通讯，路由模块通过USB接口与摄像机连接，运动控制模块的电机信号输出端与运动底盘上的底盘电机连接，运动控制模块的舵机信号输出端与机械臂上的舵机连接；本发明检测安全、灵活、效率高。<u />

Description

高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置

（一）、技术领域：

本发明涉及一种实时监测装置，特别涉及一种高压开关GIS耐压试验环境

的实时监测装置。

（二）、背景技术：

实现电力流的合理分布和业务流的高效运作是智能电网的最终目标，要实现这一目标，就需要一个对电网运行进行调控的神经中枢系统和大脑，神经中枢系统和大脑控制信息的采集、传输、处理、挖掘、分配和展示等各个环节。高压开关设备作为电网的重要元件，其智能化的发展亦会影响坚强智能电网的建设进程，高压开关设备主要用于关合及开断电力线路，保证电力线路中的电力负荷很好地输送及倒换，以及从电力系统中退出故障设备和线段，从而保证系统安全运行。

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)具有结构紧凑、设备占地空间小、运行可靠性高等优点，目前在电力系统的应用中越来越广泛。GIS是将断路器、隔离开关、快速接地开关、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端等电气元件封闭组合在接地的金属外壳中，以SF气体作为绝缘介质。GIS耐压试验是检验GIS设备绝缘性能的重要试验之一，它对反应设备在制造及安装过程中可能遗留的绝缘缺陷直观灵敏。GIS在现场安装后，需要进行耐压试验，以验证其运输和安装过程中是否受损及检查其重新组装的正确性，从而提高实验测试的效率，提高企业的生产效率。

GIS现场耐压试验针对新安装的设备，及早发现GIS设备内部的绝缘污秽、安装错误、几何尺寸偏差，以及在包装、运输、安装调试过程中损坏和遗留异物等缺陷，它是一种最严格、最有效和最直接的试验方法。同时，在GIS耐压试验过程中以及日常设备巡检工作时，高频的电压波会产生很强的电磁辐射，危及了巡检工作人员的人身安全。因此，在GIS设备监测方面，目前尚缺乏简单而又行之有效的方法，如何能够顺利安全进行耐压试验，及早发现设备故障，对于判断设备能否投入系统运行具有重要意义，是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要方法。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：提供一种检测安全、灵活、效率高的高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置。

本发明的技术方案：

一种高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，含有运动底盘、机械臂和监测控制电路，运动底盘是一个底部安装有轮子的小车，运动底盘中设有底盘电机，每个轮子分别由一个底盘电机来驱动，机械臂的一端安装在运动底盘上，机械臂的另一端安装有摄像机，机械臂的关节处设有舵机，监测控制电路设在运动底盘上，监测控制电路中含有路由模块和运动控制模块，路由模块通过UART（通用异步接收与发送）信号与运动控制模块通讯，路由模块通过WIFI信号与无线终端通讯，路由模块通过USB接口与摄像机连接，运动控制模块的电机信号输出端与运动底盘上的底盘电机连接，运动控制模块的舵机信号输出端与机械臂上的舵机连接。

运动控制模块中含有单片机、光电隔离器、电机驱动模块和电源，单片机的第一UART通讯口与路由模块的UART接口连接，单片机的舵机PWM信号输出端与舵机连接，单片机的电机转速信号输出端和电机方向信号输出端通过光电隔离器分别与电机驱动模块的两个输入端连接，电机驱动模块的输出端与底盘电机连接；电源为单片机、光电隔离器、电机驱动模块和舵机供电。

运动控制模块中还含有RS232收发器和RS232接口，单片机的第二UART通讯口通过RS232收发器与RS232接口连接；电源中含有可充电电池和电压变换器，可充电电池与电压变换器的输入端连接，电压变换器的输出为单片机、光电隔离器、电机驱动模块和舵机供电。

运动底盘的底部安装有四个相同的轮子，四个相同的轮子分别由四个相同的底盘电机来驱动，四个底盘电机分别为第一底盘电机、第二底盘电机、第三底盘电机和第四底盘电机，光电隔离器含有第一光电隔离器、第二光电隔离器、第三光电隔离器、第四光电隔离器、第五光电隔离器、第六光电隔离器、第七光电隔离器和第八光电隔离器，电机驱动模块含有第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第三电机驱动模块和第四电机驱动模块；单片机的第一电机转速信号输出端和第一电机方向信号输出端分别与第一光电隔离器和第二光电隔离器的输入端连接，第一光电隔离器和第二光电隔离器的输出端分别与第一电机驱动模块的两个输入端连接，第一电机驱动模块的输出端与第一底盘电机连接；单片机的第二电机转速信号输出端和第二电机方向信号输出端分别与第三光电隔离器和第四光电隔离器的输入端连接，第三光电隔离器和第四光电隔离器的输出端分别与第二电机驱动模块的两个输入端连接，第二电机驱动模块的输出端与第二底盘电机连接；单片机的第三电机转速信号输出端和第三电机方向信号输出端分别与第五光电隔离器和第六光电隔离器的输入端连接，第五光电隔离器和第六光电隔离器的输出端分别与第三电机驱动模块的两个输入端连接，第三电机驱动模块的输出端与第三底盘电机连接；单片机的第四电机转速信号输出端和第四电机方向信号输出端分别与第七光电隔离器和第八光电隔离器的输入端连接，第七光电隔离器和第八光电隔离器的输出端分别与第四电机驱动模块的两个输入端连接，第四电机驱动模块的输出端与第四底盘电机连接；机械臂有四个关节，四个关节处有四个舵机，单片机的四个舵机PWM信号输出端分别与四个舵机连接。

四个底盘电机均为直流电机，底盘电机的型号为：JGB37-550-12V-295RPM，运动底盘采用四驱的方式进行控制，底盘电机的工作电压：DV12V，空载电流：1.6A，空载转速：295RPM，功率：60W；第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第三电机驱动模块和第四电机驱动模块的型号为：10A双路电机驱动板，生产厂家为：天之蓝电子；四个舵机的型号为：spingrcs8330m；可充电电池为5200mAh,11.1v,品牌：狮子。

路由模块的型号为：usr-wifi232-b，生产厂家为：有人物联网技术有限公司；无线终端为手机或平板电脑；摄像机为通用S608型网络USB摄像机。

无线终端主要负责发送用户命令以及接收实时的视频，通过运行基于Android4.0平台开发的控制软件，无线终端可与路由模块建立连接，用户可以在无线终端上通过触摸操作来控制运动底盘的运动方向以及机械臂的和摄像头的工作状态，最终接收摄像头发送来的耐压试验现场视频并在无线终端上显示。

路由模块基于OpenWrt操作系统，通过在OpenWrt系统中使用mjpg-streamer软件来实现GIS耐压试验环境下的视频采集与传输。路由模块在软件上嵌入了UART数据与WIFI数据转发服务，从而可以实现UART和WIFI之间的数据通信。同时，路由模块内部建立有WEB类型的服务器，用户就可以通过浏览器登陆路由器，对相关网络参数进行配置，如网络名称，连接密码等，也可以直接连接至Internet网络，实现远程遥控操作。路由模块的电源要求在6.5-16V之间，供电正常之后，在无线终端上运行WIFIROBOT软件，就可以通过WIFI来建立与路由模块之间的视频连接。

运动控制模块通过UART通讯口接收路由模块发送来的串口数据，然后执行命令，控制运动底盘和机械臂的工作。

摄像机用于实现对耐压试验现场的视频采集，摄像机上面有一个警示指示灯，当其与路由模块相连时，如果指示灯未亮起，就说明摄像机连接异常，如果指示灯亮起，就代表连接正常。

该实时监测装置具有开机、关机和充电三个状态，在耐压试验过程中，该实时监测装置的工作状态操作如下：

1、GIS设备全部安装完毕以及试验合格后，布置该实时监测装置，打开实时监测装置的电源开关，等待大约10秒；

2、在用户的无线终端开启WIFI，连接实时监测装置的路由模块，建立网络。通过在无线终端上运行WIFIROBOT软件，配置其连接地址为路由模块IP地址，设置完毕后点击“开始”，此时无线终端能够正常接收到路由模块传回的视频；

3、进行耐压试验，用户操作控制GIS的断路器及隔离开关，以及实时监测装置的运动来对耐压现场进行监测。若GIS发生局部放电，可以使用无线终端软件对实时监测装置的摄像机和机械臂方向（前进、后退、左转、右转）进行控制，以此来确定与监测放电部位，并通过对视频数据的分析来确定放电类型；

4、耐压试验结束后，通过对实验过程中GIS非正常状态的反复分析，完成试验记录。

上述步骤完成后，首先停止并关闭无线终端上运行的软件，然后再关闭实时监测装置的电源开关。

实时监测装置处于工作状态时，如果电量不足需要充电，充电指示灯就会亮起，应直接使用配套的充电器对可充电电池进行充电，当充电指示灯熄灭以后即表示充电完成。

本发明的有益效果：

本发明通过无线WIFI信号来与用户无线终端进行耐压试验现场的实时视频传输，同时，用户无线终端也可以通过发送命令控制该监测装置的运动方向，从而进行不同方位的试验场景侦察，不会对巡检工作人员的人身安全造成威胁，检测安全、灵活、效率高；本发明能够在耐压试验环境下实时监测高压开关GIS的工作状态是否正常，及早发现GIS是否存在故障，并能准确定位，使得GIS的检测工作能有计划地进行，有效缩短检修时间和节省检修费用，从而保证了高压开关GIS的可靠性和稳定性。

（四）、附图说明：

图1为高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置的结构示意图；

图2为运动控制模块的电路原理示意图的部分一；

图3为运动控制模块的电路原理示意图的部分二；

图4为运动控制模块的电路原理示意图的部分三。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图4，图中，高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置含有运动底盘1、机械臂2和监测控制电路，运动底盘1是一个底部安装有轮子的小车，运动底盘1中设有底盘电机，每个轮子分别由一个底盘电机来驱动，机械臂2的一端安装在运动底盘1上，机械臂2的另一端安装有摄像机3，机械臂2的关节处设有舵机，监测控制电路设在运动底盘1上，监测控制电路中含有路由模块和运动控制模块，路由模块通过UART（通用异步接收与发送）信号与运动控制模块通讯，路由模块通过WIFI信号与无线终端通讯，路由模块通过USB接口与摄像机3连接，运动控制模块的电机信号输出端与运动底盘1上的底盘电机连接，运动控制模块的舵机信号输出端与机械臂2上的舵机连接。

运动控制模块中含有单片机U6、光电隔离器、电机驱动模块和电源，单片机U6的第一UART通讯口(TXD_2、RXD_2)与路由模块的UART接口连接，单片机U6的舵机PWM信号输出端与舵机连接，单片机U6的电机转速信号输出端和电机方向信号输出端通过光电隔离器分别与电机驱动模块的两个输入端连接，电机驱动模块的输出端与底盘电机连接；电源为单片机U6、光电隔离器、电机驱动模块和舵机供电。

运动控制模块中还含有RS232收发器U1和RS232接口，单片机U6的第二UART通讯口(TXD、RXD)通过RS232收发器U1与RS232接口连接；电源中含有可充电电池和电压变换器U2，可充电电池通过电感L1与电压变换器U2的输入端VIN连接，电压变换器U2的输出+VO为单片机U6、光电隔离器、电机驱动模块和舵机供电。RS232收发器U1的型号为：MAX3232，电压变换器U2的型号为：WRB1205CS。

运动底盘1的底部安装有四个相同的轮子，四个相同的轮子分别由四个相同的底盘电机来驱动，四个底盘电机分别为第一底盘电机、第二底盘电机、第三底盘电机和第四底盘电机，光电隔离器含有第一光电隔离器U3、第二光电隔离器U4、第三光电隔离器U5、第四光电隔离器U7、第五光电隔离器U8、第六光电隔离器U9、第七光电隔离器U10和第八光电隔离器U11，电机驱动模块含有第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第三电机驱动模块和第四电机驱动模块；单片机U6的第一电机转速信号输出端P0.4和第一电机方向信号输出端P0.3分别与第一光电隔离器U3和第二光电隔离器U4的输入端连接，第一光电隔离器U3和第二光电隔离器U4的输出端分别与第一电机驱动模块的两个输入端连接，第一电机驱动模块的输出端与第一底盘电机连接；单片机U6的第二电机转速信号输出端P0.2和第二电机方向信号输出端P0.1分别与第三光电隔离器U5和第四光电隔离器U7的输入端连接，第三光电隔离器U5和第四光电隔离器U7的输出端分别与第二电机驱动模块的两个输入端连接，第二电机驱动模块的输出端与第二底盘电机连接；单片机U6的第三电机转速信号输出端P4.6和第三电机方向信号输出端P4.5分别与第五光电隔离器U8和第六光电隔离器U9的输入端连接，第五光电隔离器U8和第六光电隔离器U9的输出端分别与第三电机驱动模块的两个输入端连接，第三电机驱动模块的输出端与第三底盘电机连接；单片机U6的第四电机转速信号输出端P2.7和第四电机方向信号输出端P2.6分别与第七光电隔离器U10和第八光电隔离器U11的输入端连接，第七光电隔离器U10和第八光电隔离器U11的输出端分别与第四电机驱动模块的两个输入端连接，第四电机驱动模块的输出端与第四底盘电机连接；机械臂2有四个关节，四个关节处有四个舵机4、5、6、7，单片机U6的四个舵机PWM信号输出端P4.7、P1.2、P1.3、P1.4分别与四个舵机4、5、6、7连接。

单片机U6的型号为：STC15F2K60S2，四个底盘电机均为直流电机，底盘电机的型号为：JGB37-550-12V-295RPM，运动底盘采用四驱的方式进行控制，底盘电机的工作电压：DV12V，空载电流：1.6A，空载转速：295RPM，功率：60W；第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第三电机驱动模块和第四电机驱动模块的型号为：10A双路电机驱动板，生产厂家为：天之蓝电子；四个舵机4、5、6、7的型号为：spingrcs8330m；可充电电池为5200mAh,11.1v,品牌：狮子。

路由模块的型号为：usr-wifi232-b，生产厂家为：有人物联网技术有限公司；无线终端为手机或平板电脑；摄像机3为通用S608型网络USB摄像机。

无线终端主要负责发送用户命令以及接收实时的视频，通过运行基于Android4.0平台开发的控制软件，无线终端可与路由模块建立连接，用户可以在无线终端上通过触摸操作来控制运动底盘1的运动方向以及机械臂2的和摄像头3的工作状态，最终接收摄像头3发送来的耐压试验现场视频并在无线终端上显示。

路由模块基于OpenWrt操作系统，通过在OpenWrt系统中使用mjpg-streamer软件来实现GIS耐压试验环境下的视频采集与传输。路由模块在软件上嵌入了UART数据与WIFI数据转发服务，从而可以实现UART和WIFI之间的数据通信。同时，路由模块内部建立有WEB类型的服务器，用户就可以通过浏览器登陆路由器，对相关网络参数进行配置，如网络名称，连接密码等，也可以直接连接至Internet网络，实现远程遥控操作。路由模块的电源要求在6.5-16V之间，供电正常之后，在无线终端上运行WIFIROBOT软件，就可以通过WIFI来建立与路由模块之间的视频连接。

运动控制模块通过UART通讯口接收路由模块发送来的串口数据，然后执行命令，控制运动底盘1和机械臂2的工作。

摄像机3用于实现对耐压试验现场的视频采集，摄像机3上面有一个警示指示灯，当其与路由模块相连时，如果指示灯未亮起，就说明摄像机连接异常，如果指示灯亮起，就代表连接正常。

该实时监测装置具有开机、关机和充电三个状态，在耐压试验过程中，该实时监测装置的工作状态操作如下：

1、GIS设备全部安装完毕以及试验合格后，布置该实时监测装置，打开实时监测装置的电源开关，等待大约10秒；

2、在用户的无线终端开启WIFI，连接实时监测装置的路由模块，建立网络。通过在无线终端上运行WIFIROBOT软件，配置其连接地址为路由模块IP地址，设置完毕后点击“开始”，此时无线终端能够正常接收到路由模块传回的视频；

3、进行耐压试验，用户操作控制GIS的断路器及隔离开关，以及实时监测装置的运动来对耐压现场进行监测。若GIS发生局部放电，可以使用无线终端软件对实时监测装置的摄像机3和机械臂2方向（前进、后退、左转、右转）进行控制，以此来确定与监测放电部位，并通过对视频数据的分析来确定放电类型；

4、耐压试验结束后，通过对实验过程中GIS非正常状态的反复分析，完成试验记录。

上述步骤完成后，首先停止并关闭无线终端上运行的软件，然后再关闭实时监测装置的电源开关。

实时监测装置处于工作状态时，如果电量不足需要充电，充电指示灯就会亮起，应直接使用配套的充电器对可充电电池进行充电，当充电指示灯熄灭以后即表示充电完成。

Claims (6)

1.一种高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，含有运动底盘、机械臂和监测控制电路，其特征是：运动底盘是一个底部安装有轮子的小车，运动底盘中设有底盘电机，每个轮子分别由一个底盘电机来驱动，机械臂的一端安装在运动底盘上，机械臂的另一端安装有摄像机，机械臂的关节处设有舵机，监测控制电路设在运动底盘上，监测控制电路中含有路由模块和运动控制模块，路由模块通过UART信号与运动控制模块通讯，路由模块通过WIFI信号与无线终端通讯，路由模块通过USB接口与摄像机连接，运动控制模块的电机信号输出端与运动底盘上的底盘电机连接，运动控制模块的舵机信号输出端与机械臂上的舵机连接。

2.根据权利要求1所述的高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，其特征是：所述运动控制模块中含有单片机、光电隔离器、电机驱动模块和电源，单片机的第一UART通讯口与路由模块的UART接口连接，单片机的舵机PWM信号输出端与舵机连接，单片机的电机转速信号输出端和电机方向信号输出端通过光电隔离器分别与电机驱动模块的两个输入端连接，电机驱动模块的输出端与底盘电机连接；电源为单片机、光电隔离器、电机驱动模块和舵机供电。

3.根据权利要求2所述的高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，其特征是：所述运动控制模块中还含有RS232收发器和RS232接口，单片机的第二UART通讯口通过RS232收发器与RS232接口连接；电源中含有可充电电池和电压变换器，可充电电池与电压变换器的输入端连接，电压变换器的输出为单片机、光电隔离器、电机驱动模块和舵机供电。

4.根据权利要求2所述的高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，其特征是：所述运动底盘的底部安装有四个相同的轮子，四个相同的轮子分别由四个相同的底盘电机来驱动，四个底盘电机分别为第一底盘电机、第二底盘电机、第三底盘电机和第四底盘电机，光电隔离器含有第一光电隔离器、第二光电隔离器、第三光电隔离器、第四光电隔离器、第五光电隔离器、第六光电隔离器、第七光电隔离器和第八光电隔离器，电机驱动模块含有第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第三电机驱动模块和第四电机驱动模块；单片机的第一电机转速信号输出端和第一电机方向信号输出端分别与第一光电隔离器和第二光电隔离器的输入端连接，第一光电隔离器和第二光电隔离器的输出端分别与第一电机驱动模块的两个输入端连接，第一电机驱动模块的输出端与第一底盘电机连接；单片机的第二电机转速信号输出端和第二电机方向信号输出端分别与第三光电隔离器和第四光电隔离器的输入端连接，第三光电隔离器和第四光电隔离器的输出端分别与第二电机驱动模块的两个输入端连接，第二电机驱动模块的输出端与第二底盘电机连接；单片机的第三电机转速信号输出端和第三电机方向信号输出端分别与第五光电隔离器和第六光电隔离器的输入端连接，第五光电隔离器和第六光电隔离器的输出端分别与第三电机驱动模块的两个输入端连接，第三电机驱动模块的输出端与第三底盘电机连接；单片机的第四电机转速信号输出端和第四电机方向信号输出端分别与第七光电隔离器和第八光电隔离器的输入端连接，第七光电隔离器和第八光电隔离器的输出端分别与第四电机驱动模块的两个输入端连接，第四电机驱动模块的输出端与第四底盘电机连接；机械臂有四个关节，四个关节处有四个舵机，单片机的四个舵机PWM信号输出端分别与四个舵机连接。

5.根据权利要求4所述的高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，其特征是：所述四个底盘电机均为直流电机，底盘电机的型号为：JGB37-550-12V-295RPM；第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第三电机驱动模块和第四电机驱动模块的型号为：10A双路电机驱动板；四个舵机的型号为：spingrcs8330m。

6.根据权利要求1所述的高压开关GIS耐压试验环境的实时监测装置，其特征是：所述路由模块的型号为：usr-wifi232-b；无线终端为手机或平板电脑；摄像机为通用S608型网络USB摄像机。