CN106841957A - 基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置及方法，装置包括无人机、测控系统、连接吊臂、主活动屈臂、上机械爪活动屈臂、上机械爪、下机械爪活动屈臂、下机械爪、上电压测量探针和下电压测量探针。控制上机械爪和下机械爪分别牢固抓握绝缘子上端钢帽和下端钢帽；通过安装于上机械爪和下机械爪根部的上电压测量探针和下电压测量探针测量绝缘子上端钢帽和下端钢帽的电压信号，并将电压信号传输至测控系统。本发明能够基于无人机实现输电线路零值绝缘子的检测，大幅降低了线路运维人员的工作量，提高了输电线路零值绝缘子检测效率，减小了登塔检测安全风险。

Description

基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置及方法
技术领域
本发明涉及高压输电线路检测技术领域，具体涉及一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置及方法。
背景技术
绝缘子是电网中用量庞大、种类繁多的零部件，对电气设备或导体既要起绝缘作用，又要起固定悬挂作用。绝缘子在日照、机械应力、变化温湿度、强电场、污秽物等因素的长期作用下，当其劣化达到一定程度时，其绝缘性能就会降低，直接对电力系统的安全运行造成影响。如果绝缘子串中存在零值绝缘子，相当于有部分绝缘被短路，相应的也减少了绝缘子串的整体爬电距离，因而大大增加了该串绝缘子的闪络概率。一旦发生闪络，零值绝缘子的钢帽经常会炸裂或脱开，可能导致绝缘子串的断串和电力线路的导线落地等严重事故，因此需要对输电线路高压绝缘子进行定期检测，及时发现和替换低、零值绝缘子。
目前高压输电线路主要采用的低、零值绝缘子检测方法均存在着诸多不足：
(1)火花间隙针检测零值绝缘子，需要进行登杆操作，工作劳动强度较大；
(2)脉冲电流法通过测量绝缘子串的泄漏电流进行检测，易受高频干扰的影响；
(3)红外成像法通过检测局部放电、泄漏电流等引起绝缘子局部温度升高实现，仪器复杂且测量准确度不高；
(4)零值绝缘子带电检测机器人通过在绝缘子上爬行的机器人进行绝缘子电压检测，其仍需人工将机器人放置在绝缘子上，劳动强度仍然较大。
综上所述，目前的零值绝缘子检测方法存在人工劳动强度大，准确度不高等问题。
随着无人机技术的发展，其不受地形环境影响的制约，可搭载多种测量设备的优点，使得输电线路无人机巡检逐渐得到推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置及方法，实现输电线路零值绝缘子无人机检测，大幅降低线路运维人员的工作量，提高输电线路零值绝缘子检测效率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，包括无人机1、测控系统2、连接吊臂3、主活动屈臂4、上机械爪活动屈臂5、上机械爪6、下机械爪活动屈臂7、下机械爪8、上电压测量探针9和下电压测量探针10；
所述测控系统2安装于无人机1上，用于控制各屈臂的自由灵活转动及机械爪的开合，测量绝缘子表面电压；
所述连接吊臂3一端固定于无人机1上，另一端连接主活动屈臂4，用于实现主活动屈臂4与无人机1的可靠连接；
所述主活动屈臂4一端连接连接吊臂3，另一端连接上机械爪活动屈臂5和下机械爪活动屈臂7；
所述上机械爪活动屈臂5和下机械爪活动屈臂7一端连接主活动屈臂4，另一端分别连接上机械爪6和下机械爪8；上机械爪活动屈臂，用于连接主活动屈臂与上机械爪；下机械爪活动屈臂，用于连接主活动屈臂与下机械爪；上机械爪6和下机械爪8分别用于实现对绝缘子上端钢帽和下端钢帽的牢固抓握；
所述上电压测量探针9和下电压测量探针10，分别安装于上机械爪6和下机械爪8的根部，用来测量机械爪所抓绝缘子上端钢帽和下端钢帽的电压信号，并将测量得到的电压信号传输至测控系统2。
进一步地，无人机1底部安装有吊舱，将测控系统2安装于无人机1底部的吊舱内；所述无人机1采用载荷能力强的多旋翼无人机，可采用四旋翼无人机、六旋翼或八旋翼无人机。
进一步地，所述测控系统2与地面控制端无线通讯连接；测控系统2根据地面控制端的指令输出控制信号控制连接吊臂3、主活动屈臂4、上机械爪活动屈臂5、下机械爪活动屈臂7、上机械爪6和下机械爪8的旋转步进电机，实现各屈臂自由灵活转动以及机械爪的开合。测控系统2通过基于MSP430处理器的低功耗数据处理单元与地面控制端无线通讯连接。
进一步地，所述测控系统2通过模数转换芯片及其配套电路将测量上电压测量探针9和下电压测量探针10之间的电位差进行模数转换后将数字信号发送至地面控制端。所述模数转换芯片采用AD7685。
进一步地，所述测控系统2包括图像传感器，通过图像传感器与广角镜头配合，输出全高清1080P实时视频，并将实时视频利用无线通讯网络发送至地面控制端，实现对零值绝缘子检测工作的实时视频监控与反馈调整。所述图像传感器为采用了CMOS高质量成像的图像传感器。
进一步地，所述连接吊臂3，结构材料采用树脂基复合材料制成。为了实现无人机的平衡，连接吊臂3通过两个连接点与无人机1进行连接。
进一步地，所述主活动屈臂4，结构材料采用树脂基复合材料制成；为了实现机械爪空间状态的灵活调整，设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统2通过控制连接转轴的步进旋转电机，可分别控制三个转轴自由旋转。保持主活动屈臂的端部水平或竖直状态，可实现对垂直地面的悬垂绝缘子或平行地面的耐张绝缘子测量。
进一步地，所述上机械爪活动屈臂5和下机械爪活动屈臂7均采用树脂基复合材料制成；为了实现灵活旋转，上机械爪活动屈臂5和下机械爪活动屈臂7均设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统2通过控制连接各个转轴的步进旋转电机，分别控制各个转轴自由旋转。
进一步地，所述上机械爪6和下机械爪8均采用树脂基复合材料制成；上机械爪的两个手爪以及下机械爪的两个手爪使用四个步进旋转电机分别控制，测控系统2通过独立控制四个步进旋转电机实现上机械爪6和下机械爪8的开合；
所述上机械爪和下机械爪的两个手爪内部均安装有压力传感器，用于检测手爪与钢帽之间的压力，当手爪接触钢帽并两者之间的压力达到设定阈值时，确定手爪牢固抓握。
进一步地，上电压测量探针9和下电压测量探针10使用表面镀有钨的不锈钢圆棒制成，防止探针接触绝缘子钢帽过程中电弧对探针表面的高温烧蚀。上电压测量探针9和下电压测量探针10尾部为弹簧结构，实现与绝缘子钢帽的良好接触。
一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测方法，采用上述的装置，控制上机械爪6和下机械爪8分别牢固抓握绝缘子上端钢帽和下端钢帽；通过安装于上机械爪6和下机械爪8的根部的上电压测量探针9和下电压测量探针10测量绝缘子上端钢帽和下端钢帽的电压信号，并将电压信号传输至测控系统2。
有益效果：
本发明公开了一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置及方法，能够实现输电线路零值绝缘子无人机检测，大幅降低了线路运维人员的工作量，提高了输电线路零值绝缘子检测效率，减少了人员登塔检测工作量与安全风险。
附图说明
图1为本发明基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置结构示意图。
图2为本发明基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置测量悬垂绝缘子串示意图。
图3为本发明基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置测量耐张绝缘子串示意图。
其中：1为无人机，2为测控系统，3为连接吊臂，4为主活动屈臂，5为上机械爪活动屈臂，6为上机械爪，7为下机械爪活动屈臂，8为下机械爪，9为上电压测量探针，10为下电压测量探针。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步描述。
如图1所示，本发明的基于基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置包括无人机1、测控系统2、连接吊臂3、主活动屈臂4、上机械爪活动屈臂5、上机械爪6、下机械爪活动屈臂7、下机械爪8、上电压测量探针9和下电压测量探针10。
所述无人机1，采用载荷能力强的多旋翼无人机。底部安装有吊舱，可将测控系统2安装于无人机1底部吊舱内。本实施例附图为四旋翼无人机，也可用六旋翼和八旋翼无人机。
所述测控系统2，包含屈臂与机械爪控制、绝缘子表面电压测量、视频监测及无线传输功能。测控系统2通过基于MSP430处理器的低功耗数据处理单元，实现与地面控制端的通讯。接到地面控制指令后，输出控制信号控制连接吊臂3、主活动屈臂4、上机械爪活动屈臂5、下机械爪活动屈臂7、上机械爪6、下机械爪8的旋转步进电机，实现各屈臂自由灵活转动以及机械爪的开合。测控系统2通过模数转换芯片AD7685及其配套电路将测量上电压测量探针9和下电压测量探针10之间的电位差通过模数转换后将数字信号传入地面控制端。测控系统2包含采用了CMOS高质量成像图像传感器，配合广角镜头，可输出全高清1080P实时视频，并将实时视频利用无线网络发送至地面控制端，实现对零值绝缘子检测工作的实施监控与反馈调整。
所述连接吊臂3，结构材料采用树脂基复合材料制成，一端固定于无人机1上，一端连接主活动屈臂4，实现主活动屈臂4与无人机1的可靠连接。为了实现无人机的平衡，连接吊臂3通过两个连接点与无人机1进行连接。
所述主活动屈臂4，结构材料采用树脂基复合材料制成，为了实现灵活旋转，设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统2通过控制连接转轴的步进旋转电机，可分别控制三个转轴自由旋转，保持端部水平和竖直状态，实现对垂直地面的悬垂绝缘子和平行地面的耐张绝缘子测量，如图2和图3所示。
所述上机械爪活动屈臂5，结构材料采用树脂基复合材料制成，用于连接主活动屈臂4与上机械爪6，为了实现灵活旋转，设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统2通过控制连接转轴的步进旋转电机，可分别控制三个转轴自由旋转。
所述上机械爪6，结构材料采用树脂基复合材料制成，实现对绝缘子上端钢帽的牢固抓握。上机械爪的两个手爪使用两个步进旋转电机分别控制，测控系统2通过独立控制两个步进旋转电机实现上机械爪6的开合。上机械爪两个手爪内部安装有压力传感器，当手爪接触钢帽并两者之间达到一定压力时，确定手爪牢固抓握。
所述下机械爪活动屈臂7，结构材料采用树脂基复合材料制成，用于连接主活动屈臂4与下机械爪8，为了实现灵活旋转，设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统2通过控制连接转轴的步进旋转电机，可分别控制三个转轴自由旋转。
所述下机械爪8，结构材料采用树脂基复合材料制成，实现对绝缘子下端钢帽的牢固抓握。上机械爪的两个手爪使用两个步进旋转电机分别控制，测控系统2通过独立控制两个步进旋转电机实现下机械爪8的开合。下机械爪两个手爪内部安装有压力传感器，当手爪接触钢帽并两者之间达到一定压力时，确定手爪牢固抓握。
所述上电压测量探针9和下电压测量探针10，分别安装于上机械爪6和下机械爪8的根部，用来测量机械爪所抓上、下端钢帽的电压信号，并将电压信号传输至测控系统2。上电压测量探针9和下电压测量探针10使用表面镀有钨的不锈钢圆棒制成，防止探针接触绝缘子钢帽过程中电弧对探针表面的高温烧蚀。上电压测量探针9和下电压测量探针10尾部为弹簧结构，实现与绝缘子钢帽的良好接触。
本发明基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，目前的零值绝缘子检测方法还存在这人工劳动强度大，准确度不高等问题，利用无人机实现零值绝缘子检测，工作效率可实现明显提高，大大减少人员登塔检测工作量与安全风险。
本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：包括无人机(1)、测控系统(2)、连接吊臂(3)、主活动屈臂(4)、上机械爪活动屈臂(5)、上机械爪(6)、下机械爪活动屈臂(7)、下机械爪(8)、上电压测量探针(9)和下电压测量探针(10)；
所述测控系统(2)安装于无人机(1)上，用于控制各屈臂的转动及机械爪的开合，测量零值绝缘子表面电压；
所述连接吊臂(3)一端固定于无人机(1)上，另一端连接主活动屈臂(4)；
所述主活动屈臂(4)一端连接连接吊臂(3)，另一端连接上机械爪活动屈臂(5)和下机械爪活动屈臂(7)；
所述上机械爪活动屈臂(5)和下机械爪活动屈臂(7)一端连接主活动屈臂(4)，另一端分别连接上机械爪(6)和下机械爪(8)；上机械爪(6)和下机械爪(8)分别用于实现对零值绝缘子上端钢帽和下端钢帽的牢固抓握；
所述上电压测量探针(9)和下电压测量探针(10)，分别安装于上机械爪(6)和下机械爪(8)的根部，用来测量机械爪所抓零值绝缘子上端钢帽和下端钢帽的电压信号，并将电压信号传输至测控系统(2)。
2.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：所述无人机(1)底部安装有吊舱，将测控系统(2)安装于无人机(1)底部的吊舱内。
3.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：测控系统(2)与地面控制端无线通讯连接；测控系统(2)根据地面控制端的指令输出控制信号控制连接吊臂(3)、主活动屈臂(4)、上机械爪活动屈臂(5)、下机械爪活动屈臂(7)、上机械爪(6)和下机械爪(8)的旋转步进电机，实现各屈臂自由灵活转动以及机械爪的开合。
4.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：所述测控系统(2)包括图像传感器，图像传感器与广角镜头相连；测控系统(2)通过图像传感器与广角镜头配合，输出全高清1080P实时视频，并将实时视频利用无线通讯网络发送至地面控制端，实现对零值零值绝缘子检测工作的实时视频监控与反馈调整。
5.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：所述连接吊臂(3)采用树脂基复合材料制成；连接吊臂(3)通过两个连接点与无人机(1)进行连接。
6.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：所述主活动屈臂(4)采用树脂基复合材料制成；主活动屈臂(4)设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统(2)通过控制连接转轴的步进旋转电机，分别控制三个转轴自由旋转。
7.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：所述上机械爪活动屈臂(5)和下机械爪活动屈臂(7)均采用树脂基复合材料制成；上机械爪活动屈臂(5)和下机械爪活动屈臂(7)均设计为上、中、下三节，各节之间通过转轴连接，测控系统(2)通过控制连接各个转轴的步进旋转电机，分别控制各个转轴自由旋转。
8.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：所述上机械爪(6)和下机械爪(8)均采用树脂基复合材料制成；上机械爪的两个手爪以及下机械爪的两个手爪使用四个步进旋转电机分别控制，测控系统(2)通过控制四个步进旋转电机实现上机械爪(6)和下机械爪(8)的开合；
所述上机械爪和下机械爪的两个手爪内部均安装有压力传感器，用于检测手爪与钢帽之间的压力，当手爪接触钢帽并两者之间的压力达到设定阈值时，确定手爪牢固抓握。
9.如权利要求1所述的基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测装置，其特征在于：上电压测量探针(9)和下电压测量探针(10)均使用表面镀有钨的不锈钢圆棒制成；上电压测量探针(9)和下电压测量探针(10)尾部为弹簧结构，以实现与零值绝缘子钢帽的良好接触。
10.一种基于无人机的输电线路零值绝缘子带电检测方法，其特征在于：采用权利要求1～9中任一项所述的装置，控制上机械爪(6)和下机械爪(8)分别牢固抓握零值绝缘子上端钢帽和下端钢帽；通过安装于上机械爪(6)和下机械爪(8)的根部的上电压测量探针(9)和下电压测量探针(10)测量零值绝缘子上端钢帽和下端钢帽的电压信号，并将电压信号传输至测控系统(2)。
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