CN105277862B - 高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，移动基座上固定有限流电阻和测量机构，所述的限流电阻前端设有与试验变压器连接的导电柱，所述的导电柱位于移动基座前端，所述移动基座前端设有两个红外传感器，所述的试验变压器上安装有与两个红外传感器相配合的两个红外反射体，所述的移动基座由动力轮和万向轮支撑，所述的动力轮固定在转向机构上，所述的红外传感器输出感应信号至控制器，所述的控制器输出控制信号至动力轮的驱动单元和转向机构。本发明解决了工频耐压试验装置中工器具的笨重、不易移动及占用空间大等问题，并利用红外对接技术实现了可移动工频耐压测量平台与实验变压器的对接提高了查了平台的自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及500kV工频交流耐压系统测量装置，尤其设置500kV工频交流耐压系统测量装置的自动移动对准系统。
背景技术
电力设备在运行中，绝缘长期受着电场、温度和机械振动的作用会逐渐发生劣化，其中包括整体劣化和部分劣化，形成缺陷。交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法，是预防性试验的一项重要内容。此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是保证电力设备安全运行的一种重要手段。
在工频条件下，由于被试品电容量较大，或者试验电压要求较高，对试验装置的电源容量相应的也有较高的要求，500kV工频耐压装置(500kV试验变压器、限流电阻、电容分压器、调压器等)单件体积大，重量重，不便于任意组合，灵活性较差。传统的解决方案是将实验装置进行焊接固定，不能再做任何变动，将会占用实验大厅大部分有效面积；
据调查，传统的500kV工频耐压装置存在着较多的弊端：
1、限流电阻、电容分压器直接与实验变压器进行焊接，一旦设备出现故障，无法快速的进行分离检修；
2、限流电阻和电容分压器体积较大，很难用人力进行移动，在分离和对接的过程需要借助吊车之类的较大机械设备，耗费大量人力物力；
3、对接时需要人工观察装置的相对位置并需要观察者和操控者协同合作，由于实验装置体积大，需要靠经验预判装置的相对位置，存在较大的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种能够将固定在移动基座上的限流电阻的导电柱自动对接到试验变压器上的对准系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，移动基座上固定有限流电阻和测量机构，所述的限流电阻前端设有与试验变压器连接的导电柱，所述的导电柱位于移动基座前端，所述移动基座前端设有两个红外传感器，所述的试验变压器上安装有与两个红外传感器相配合的两个红外反射体，所述的移动基座由动力轮和万向轮支撑，所述的动力轮固定在转向机构上，所述的红外传感器输出感应信号至控制器，所述的控制器输出控制信号至动力轮的驱动单元和转向机构。
每个所述的红外传感器均由步进电机驱动旋转。
所述的移动基座前端设有超声波定位器，所述的超声波定位器输出控制信号至控制器。
所述的动力轮设有两个分别为移动基座前端的两侧，或者所述的动力轮设有一个且位于移动基座前端的中部。
所述的转向机构设有固定在移动基座上的轴座，所述轴座外设有轴套，所述的动力轮固定在轴套底面，所述的轴套外设有一圈转向齿轮，所述的移动基座上设有转向电机，所述的转向电机的输出轴上设有与转向齿轮相啮合的驱动齿轮。
基于高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统的控制方法，其特征在于：
超声波定位器采集与试验变压器的间距信息；
当超声波定位器采集的距离信号大于预设切换距离值，则进入靠近阶段，当超声波定位器采集的距离信号小于预设切换距离值，则进入对接阶段；
靠近阶段：移动平台由初始位置沿直线向试验变压器位移；
对接阶段：两个红外传感器分别采集与试验变压器上与之匹配的反射体的间距信息，通过三角法确定移动基座与试验变压器的相对位置；驱动动力轮使移动基座正对试验变压器，且间距为预设间距值；
所述的预设切换距离值小于红外传感器的最大测量距离。
所述的对接阶段包括：
1)原地旋转移动基座，使移动基座上红外传感器的连线与试验变压器上反射体的连线垂直；
2)向前运行移动基座，使移动基座上红外传感器连线延长线穿过第一个经过的反射体；
3)原地旋转移动基座，使两个红外传感器与两个反射体之间间距相同；
4)向前运行移动基座，使两个红外传感器与两个反射体之间间距达到预设间距值。
本发明解决了工频耐压试验装置中工器具的笨重、不易移动及占用空间大等问题，并利用红外对接技术实现了可移动工频耐压测量平台与实验变压器的对接提高了查了平台的自动化程度。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为移动基座定位状态示意图；
图2为对接过程中移动基座运动示意图。
具体实施方式
高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，移动基座上固定有限流电阻和测量机构，限流电阻前端设有与试验变压器连接的导电柱，导电柱位于移动基座前端，移动基座前端设有两个红外传感器2，试验变压器固定位置不动，试验变压器上安装有与两个红外传感器2相配合的两个红外反射体3，两个红外传感器2发出的红外光分别被试验变压器连接件上的两个反射体3反射回来，利用红外传感器2进行精确定位，两个红外传感器2和两个红外反射体3为镜像配合关系。移动基座前端设有超声波定位器，利用超声波定位器粗略探测试验变压器与移动基座之间的间距。
移动基座由动力轮和万向轮支撑，动力轮固定在转向机构上，动力轮设有两个分别位于移动基座前端的两侧，或者动力轮设有一个且位于移动基座前端的中部。通过动力轮可以实现移动基座的前进，通过转向机构实现移动基座的转向。
红外传感器2和超声波定位器均输出感应信号至控制器，控制器输出控制信号至动力轮的驱动单元和转向机构，控制利用三角法就能计算出移动基座与试验变压器的相对位置，进而规划出测量平台对接过程和运动轨迹。移动基座沿着该轨迹行走就能实现与试验变压器的对接。
移动基座运动过程中会发生转向，因此每个红外传感器2均由步进电机驱动旋转，当红外传感器2采集不到反射体3的信号时，则由相应的控制单元控制步进电机旋转，寻找反射体3，则能够保证红外传感器2能够实时的准确的获取距离信息。
转向机构的结构如下：其设有固定在移动基座上的轴座，轴座外设有轴套，动力轮固定在轴套底面，轴套外设有一圈转向齿轮，移动基座上设有转向电机，转向电机的输出轴上设有与转向齿轮相啮合的驱动齿轮，通过驱动电机旋转，则能够控制动力轮的360度旋转，并且利用万向轮支撑，保证移动基座运动的灵活性，其能够进行自转运动和前进运动。
基于上述高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统的控制方法如下：
超声波定位器采集与试验变压器的间距信息；
当超声波定位器采集的距离信号大于预设切换距离值，则进入靠近阶段，当超声波定位器采集的距离信号小于预设切换距离值，则进入对接阶段；
靠近阶段：移动平台由初始位置沿直线向试验变压器位移；当移动基座进入对接的初始状态，如图2(a)，此时移动基座到达靠近点，原地逆时针旋转，直到能检测到试验变压器，然后机器人用红外传感器2进行定位，得到图1中O点的坐标和角度θ，并进入靠近过程。
靠近阶段过程中，移动基座根据获得的位置信息首先原地旋转角度(90°-θ),使它的方向与y轴垂直，然后直线行走一段距离，使得O点位于y轴上，最后移动基座再朝试验变压器方向旋转90°，使它的连接点和试验变压器的连接点在一条直线上，并进入对接过程。
靠近阶段移动基座从一个初始位置开始沿着一条最短路径运动到与试验变压器十分靠近的某个位置，该位置到试验变压器的距离小于所用红外传感器2的最大测量距离，且在试验变压器连接件的一侧，这一阶段测量平台的位置在全局坐标系下描述，位置信息由超声波定位系统确定。
对接阶段：两个红外传感器2分别采集与试验变压器上与之匹配的反射体3的间距信息，如图1所示，通过坐标变换将移动基座所在靠近点的坐标从全局坐标系变换到局部坐标系，这时移动基座的位置在一个局部坐标系下描述，移动基座通过一对红外传感器2，用三角法确定它与试验变压器的相对位置，并自动设计运动轨迹，调整与试验变压器的相对位置，使得最终能与试验变压器实现对接。
移动基座的对接装置是由安装在试验变压器上的两个红外反射体3和安装在移动基座前端的两个红外传感器2构成。这两个红外传感器2能够在步进电机的驱动下旋转且每个传感器中都包括一个红外发射和一个红外接收模块。具体原理为，红外传感器2向前方发出一个很细的红外光束，如果该红外光束在感知距离内碰到了红外反射体3，就会将红外光反射回传感器，并由传感器输出一个高电平或低电平。为了实现定位功能，在试验变压器连接点的下方两侧放置两个与红外传感器2同高度的圆柱型反射体3。对接时，当移动基座上的红外传感器2发出的红外光试验变压器上的反射体3时，就会被反射回去，根据红外传感器2转过的角度就能确定移动基座和试验变压器的相对位置，驱动红外传感器2的步进电机由AVR单片机控制(或由控制器统一控制)，传感器的输出电平也输入到单片机中，单片机通过串口与主机进行通讯。
如图1所示，定位算法如下：
对接过程中，移动基座的位置由局部坐标系来描述，该坐标系以试验变压器上的两个反射体3连线的中点为原点，以两个反射体3的连线为x轴。分别让两个红外传感器2从平行于两传感器连线的方向开始旋转，当检测到反射体3时，就会输出一个高电平，单片机可分别计算出此时驱动传感器的步进电机转过的角度α1，α2，β1，β2。
根据正玄定理，在ΔABC中，
得，
同理，在ΔBCD中，
根据余弦定理，在ΔABC中，
由以上各式可得γ的大小，则角θ＝γ-(180°-α2)
对接阶段具体步骤，移动基座再次用红外传感器2进行定位，并判断它与试验变压器的相对位置是否满足相应的对接条件，即移动基座的中心线与x轴的交点到原点的距离是否满足误差条件，如果满足条件就进行对接，否则移动基座原地旋转一个很小的角度后再次重复该状态开始时的工作，直到它与试验变压器的相对位置满足对接条件。具体步骤如图2所示；
1)原地旋转移动基座，如图2(b)，当移动基座使移动基座上红外传感器2的连线与试验变压器上反射体3的连线垂直；
2)向前运行移动基座，如图2(c)，使移动基座上红外传感器2连线延长线穿过第一个经过的反射体3；
3)原地旋转移动基座，如图2(d)，使两个红外传感器2与两个反射体3之间间距相同；
4)向前运行移动基座，如图2(d)，使两个红外传感器2与两个反射体3之间间距达到预设间距值；
对准步骤结束。
Claims (6)
1.高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，其特征在于：移动基座上固定有限流电阻和测量机构，所述的限流电阻前端设有与试验变压器连接的导电柱，所述的导电柱位于移动基座前端，所述移动基座前端设有两个红外传感器，所述的试验变压器上安装有与两个红外传感器相配合的两个红外反射体，所述的移动基座由动力轮和万向轮支撑，所述的动力轮固定在转向机构上，所述的红外传感器输出感应信号至控制器，所述的控制器输出控制信号至动力轮的驱动单元和转向机构;
所述的转向机构设有固定在移动基座上的轴座，所述轴座外设有轴套，所述的动力轮固定在轴套底面，所述的轴套外设有一圈转向齿轮，所述的移动基座上设有转向电机，所述的转向电机的输出轴上设有与转向齿轮相啮合的驱动齿轮。
2.根据权利要求1所述的高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，其特征在于：每个所述的红外传感器均由步进电机驱动旋转。
3.根据权利要求2所述的高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，其特征在于：所述的移动基座前端设有超声波定位器，所述的超声波定位器输出控制信号至控制器。
4.根据权利要求1、2或3所述的高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统，其特征在于：所述的动力轮设有两个分别位于移动基座前端的两侧，或者所述的动力轮设有一个且位于移动基座前端的中部。
5.基于权利要求2、3或4所述的高压工频交流耐压系统测量平台自动对准系统的控制方法，其特征在于：
超声波定位器采集与试验变压器的间距信息；
当超声波定位器采集的距离信号大于预设切换距离值，则进入靠近阶段，当超声波定位器采集的距离信号小于预设切换距离值，则进入对接阶段；
靠近阶段：移动平台由初始位置沿直线向试验变压器位移；
对接阶段：两个红外传感器分别采集与试验变压器上与之匹配的反射体的间距信息，通过三角法确定移动基座与试验变压器的相对位置；驱动动力轮使移动基座正对试验变压器，且间距为预设间距值；
所述的预设切换距离值小于红外传感器的最大测量距离。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：
所述的对接阶段包括：
1）原地旋转移动基座，使移动基座上红外传感器的连线与试验变压器上反射体的连线垂直；
2）向前运行移动基座，使移动基座上红外传感器连线延长线穿过第一个经过的反射体；
3）原地旋转移动基座，使两个红外传感器与两个反射体之间间距相同；
4) 向前运行移动基座，使两个红外传感器与两个反射体之间间距达到预设间距值。
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