CN107589351B - 一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法，根据绝缘子串所处位置、绝缘子串及绝缘子检测机器人的结构尺寸和材料参数建立三维模型，利用有限元法在静电场中计算分布电容矩阵；根据分布电容参数以及测量回路参数，搭建绝缘子检测的整体路模型；通过改变不同绝缘电阻值模拟低、零值绝缘子，计算不同情况下绝缘子串的电压分布特性；将测量结果与仿真结果进行对比，判断检测是否存在低、零值绝缘子及其位置。本方法考虑了绝缘子机器人测量探针以及测量回路对绝缘子电位分布的影响，仿真计算结果更为准确，与实际测量结果对比时可以更准确的判断低、零值绝缘子。

Description

一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法

技术领域

本发明涉及输电线路绝缘子串的低、零值绝缘子检测技术领域，具体涉及一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法。

背景技术

绝缘子长期暴露于复杂、恶劣的环境中，极易遭受工业废气、沙尘、自然盐碱、酸雨等污染物的侵蚀。随着运行时间延长，绝缘子的绝缘性能会不断降低，架空输电线路绝缘子会不定期地出现劣化或零值现象。因此，为了保证输电线路绝缘子的运行安全，需定期地进行劣化瓷绝缘子检测。

传统的检测方法主要利用火花叉法、电压分布法等对绝缘子进行判别，主要为人工检测，对于长串绝缘子由于操作杆较长等原因非常不便。而采用绝缘子检测机器人沿绝缘子串爬行，并在爬行过程中采集绝缘子两端的电压值，可以较方便的获取绝缘子两端电压值。但利用机器人测量电位也存在以下两个问题：一方面机器人在绝缘子串上的爬行过程中由于本身测量电阻和对应探针结构的影响，会影响绝缘子两端电压值的测量结果；另一方面，采用传统的静电场计算难以考虑缺陷绝缘子绝缘电阻值对分布电压的影响。因此，需提出一种更快速、准确的方法计算不同低、零值绝缘子存在时绝缘子机器人的测量电压值，用于绝缘子机器人的低、零值绝缘子检测。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法，根据绝缘子串所处位置、绝缘子串及绝缘子检测机器人的结构尺寸和材料参数建立三维模型，利用有限元法在静电场中计算分布电容矩阵；根据分布电容参数以及测量回路参数，搭建绝缘子检测的整体路模型；通过改变不同绝缘电阻值模拟低、零值绝缘子，计算不同情况下绝缘子串的电压分布特性；将测量结果与仿真结果进行对比，判断检测是否存在低、零值绝缘子及其位置。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立包含绝缘子检测机器人的输电线路塔线三维模型；

步骤2：根据建立的三维模型，利用有限元法计算绝缘子串分布电容参数矩阵；

步骤3：根据分布电容、绝缘子绝缘电阻以及测量回路参数，搭建绝缘子检测的整体路模型；

步骤4：设置一个或多个绝缘子为低、零值绝缘子，根据绝缘子检测机器人在不同位置时所建立的路模型，仿真计算绝缘子检测机器人沿绝缘子串爬行时各绝缘子两端电压值，得到整串绝缘子的分布电压；

步骤5：利用不同低、零值绝缘子情况下的分布电压计算结果建立数据库，将实际测量结果与数据库中的分布电压数据进行对比，根据数据的差异判断是否存在低、零值绝缘子以及所在位置。

进一步地，步骤1的实现过程包括：根据绝缘子检测机器人结构尺寸建立机器人三维模型，根据杆塔、绝缘子串、导线和金具的结构尺寸建立输电线路塔线体系三维模型，根据绝缘子机器人检测时在绝缘子串上的不同位置，将机器人三维模型和塔线体系三维模型组合为对应位置的三维模型。

进一步地，步骤2的实现过程包括：根据步骤1建立的三维模型，对杆塔、绝缘子串、导线和金具按照对应的材料参数进行设置，整体模型进行网格剖分，在导线、下金具对应位置加载额定电压，杆塔、上金具对应位置加载地电位，对相连的钢脚、钢帽进行耦合电位处理，利用有限元法进行静电场的仿真计算，得到绝缘子串分布电容参数矩阵以及绝缘子机器人两个测量探针间的等效电容值。

进一步地，步骤3的实现过程包括：根据计算所得的绝缘子串分布电容参数矩阵以及各片绝缘子绝缘电阻值建立绝缘子串分布参数模型，每片绝缘子等效电路包括自身绝缘电阻、与其余各片绝缘子的互电容以及对地电容，绝缘子串中按正常绝缘子和低、零值绝缘子分别设置对应的绝缘电阻值；同时模拟机器人逐片检测，在被检测的绝缘子两端并联检测机器人等效电路，检测机器人等效电路包括计算得到的两个测量探针间的等效电容、测量电阻以及测量回路的等效阻抗，最终构成绝缘子检测的整体路模型。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本方法考虑了绝缘子机器人测量探针以及测量回路对绝缘子电位分布的影响，仿真计算结果更为准确，与实际测量结果对比时可以更准确的判断低、零值绝缘子；

(2)本方法基于有限元法计算得到包括绝缘子串、杆塔、绝缘子机器人各部分的分布参数，建立路模型，通过改变不同位置的绝缘子的电阻值设置低、零值绝缘子，可以更方便准确的计算不同低、零值绝缘子情况下绝缘子机器人在绝缘子串不同位置测量时的电位分布，建立更全面的数据库用于低、零值绝缘子检测。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

图2为本发明的整体路模型示意图。

图3为本发明的绝缘子机器人测量示意图。

图4为本发明的模拟低、零值绝缘子仿真计算得到的绝缘子串分布电压。

其中，1-模拟杆塔横担的铁架、2-绝缘子检测机器人、3-绝缘子串。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本实例以一个在实验室进行的220kV绝缘子串检测试验为例说明本专利的实施方式，绝缘子机器人测量布置示意图如图3所示。

具体步骤如下：

1)：绝缘子检测机器人主要组成部分有探针、步进电机、连板、机架、导向条、通讯模块，根据绝缘子检测机器人结构尺寸建立机器人三维模型；在实验室中用铁架模拟杆塔横担，铁架尺寸为2000mm×1000mm×100mm，绝缘子串由13片绝缘子组成，采用XP-70瓷绝缘子，绝缘子结构高度为146mm，盘径为255mm，爬电距离280mm。根据结构尺寸建立输电线路塔线体系三维模型。根据图3中实验室测量试验布置，由于绝缘子机器人沿绝缘子测量第一片到第13片绝缘子，机器人所处的位置有13种情况，每种情况按对应位置组合对应的绝缘子机器人、杆塔和绝缘子三维模型，图3中的模型就是测量第3片绝缘子时的三维模型。

2)：根据建立的三维模型，对各部分按照对应的材料参数进行设置，铁帽、钢脚、铁架、探针等为金属，伞裙、探针连杆、导向条等为绝缘体；对整体模型进行网格剖分，共剖分网格数为124万；在导线、下金具等对应位置加载有效值为127kv的额定电压，杆塔、上金具等对应位置加载地电位，对相连的钢脚、钢帽进行耦合电位处理，利用有限元法进行静电场的仿真计算，得到绝缘子串电容分布参数矩阵如表1所示，单位为pF。模拟杆塔的铁架、上金具和最上面的钢帽由于都是接地的，所以同为地电位。测量时绝缘子机器人的两个探针由于与对应位置的两个绝缘子的钢帽相连接，相连接的探针和绝缘子钢帽为等电位，计算绝缘子机器人两个探针间的电容为6.94pF。

表1

3)：根据计算所得的绝缘子串分布电容参数以及各片绝缘子绝缘电阻值建立绝缘子串分布参数模型，每片绝缘子等效电路包括自身绝缘电阻、与其余各片绝缘子的互电容以及对地电容，绝缘子串中可按正常绝缘子和低、零值绝缘子分别设置对应的绝缘电阻值；同时模拟机器人逐片检测，在被检测的绝缘子两端并联检测机器人等效电路，检测机器人等效电路包括计算得到的两个测量探针间的等效电容、测量电阻以及测量回路的等效阻抗，最终构成绝缘子检测整体的路模型。如图2所示，图中U_N为额定电压，C_ij为第i个和第j个绝缘子之间的电容，C_gi为第i个绝缘子的对地电容，R_i为第i个绝缘子的绝缘电阻，均按表1中设置；正常绝缘子设置为1GΩ，低、零值绝缘子设置小于300MΩ的对应值；图3中模拟检测机器人在测量第二片绝缘子，等效电路并联在第二片绝缘子两端，检测机器人两个探针间的电容设置为6.94pF，测量电阻以及测量回路的等效阻抗根据机器人实际数据设置，例如此处设置为1GΩ。

4)：设置一个或多个绝缘子为低、零值绝缘子，根据绝缘子检测机器人在不同位置时所建立的路模型，仿真计算绝缘子检测机器人沿绝缘子串爬行时各绝缘子两端电压值，得到整串绝缘子的分布电压，以模拟第4片绝缘子为低、零值绝缘子为例，设置第4片绝缘子绝缘电阻分别为500MΩ300MΩ、240MΩ、200MΩ、150MΩ、100MΩ、50MΩ、10MΩ，分别计算绝缘分布电压，计算结果如图4，可看到当绝缘电阻下降到150MΩ以下，即低值绝缘子时通过曲线图就可以看到明显变化。

5)：分别进行多种不同低、零值绝缘子情况下的仿真计算，利用分布电压计算结果建立数据库，将实际测量结果与数据库中的分布电压数据进行对比，根据数据的差异判断是否存在低、零值绝缘子以及所在位置。例如在实验室测量试验，设置第4片绝缘子并联150MΩ电阻模拟低值绝缘子，利用机器人进行测量，测量结果与仿真结果对比，最后得到测量结果曲线与图4中150MΩ的曲线相似，可以判断存在低值绝缘子。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (1)

1.一种用于绝缘子检测机器人的低、零值绝缘子检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立包含绝缘子检测机器人的输电线路塔线三维模型；

实现过程包括：根据绝缘子检测机器人结构尺寸建立机器人三维模型，根据杆塔、绝缘子串、导线和金具的结构尺寸建立输电线路塔线体系三维模型，根据绝缘子机器人检测时在绝缘子串上的不同位置，将机器人三维模型和塔线体系三维模型组合为对应位置的三维模型；

步骤2：根据建立的三维模型，利用有限元法计算绝缘子串分布电容参数矩阵；

实现过程包括：根据步骤1建立的三维模型，对杆塔、绝缘子串、导线和金具按照对应的材料参数进行设置，整体模型进行网格剖分，在导线、下金具对应位置加载额定电压，杆塔、上金具对应位置加载地电位，对相连的钢脚、钢帽进行耦合电位处理，利用有限元法进行静电场的仿真计算，得到绝缘子串分布电容参数矩阵以及绝缘子机器人两个测量探针间的等效电容值；

步骤3：根据分布电容、绝缘子绝缘电阻以及测量回路参数，搭建绝缘子检测的整体路模型；

实现过程包括：根据计算所得的绝缘子串分布电容参数矩阵以及各片绝缘子绝缘电阻值建立绝缘子串分布参数模型，每片绝缘子等效电路包括自身绝缘电阻、与其余各片绝缘子的互电容以及对地电容，绝缘子串中按正常绝缘子和低、零值绝缘子分别设置对应的绝缘电阻值；同时模拟机器人逐片检测，在被检测的绝缘子两端并联检测机器人等效电路，检测机器人等效电路包括计算得到的两个测量探针间的等效电容、测量电阻以及测量回路的等效阻抗，最终构成绝缘子检测的整体路模型；

步骤4：设置一个或多个绝缘子为低、零值绝缘子，根据绝缘子检测机器人在不同位置时所建立的路模型，仿真计算绝缘子检测机器人沿绝缘子串爬行时各绝缘子两端电压值，得到整串绝缘子的分布电压；

步骤5：利用不同低、零值绝缘子情况下的分布电压计算结果建立数据库，将实际测量结果与数据库中的分布电压数据进行对比，根据数据的差异判断是否存在低、零值绝缘子以及所在位置。

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