CN107765145B - 一种局部放电自动检测装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种局部放电自动检测装置、系统及方法，装置包括机器人本体和设置于其上的伸出模块和控制模块，机器人本体包括使得伸出模块分别沿水平方向和垂直方向上运动的水平运动模块与垂直升降运动模块；伸出模块相对于机器人本体进行向外延伸的动作，带动设置于伸出模块末端的检测模块按照控制模块发送的控制指令运动，直至贴合与被检测设备表面；机器人本体上设置有辅助定位模块，对被检测设备表面进行标记，控制模块根据标记点和目标点的偏差，对伸出模块的运动轨迹进行纠偏，以实现对各个目标点位置的局部放电情况进行自动检测。本发明能够及时发现问题缺陷，避免造成巨大损失。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种局部放电自动检测装置、系统及方法。
背景技术
现阶段，我国电力系统对于电能的质量提出越来越高的要求，不仅要确保供电稳定可靠，而且供电的安全性也是重要要求。电力系统中，金属封闭开关设备得到广泛应用，因此开关柜运行的是否稳定可靠是重中之重，电气设备在运行的过程中由于受到高温、电压、振动以及其他化学作用，将会使得其绝缘性能降低，会产生局部放电现象，同时又会加速绝缘的恶化情况，会给电力系统造成较大的经济损失。
长期以来，变电站开关柜局部放电检测工作多采用人工方式进行，传统的人工巡检方式不仅存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、手段单一等不足之处，而且事后也无法将人工所检测的数据准确、及时地传送到管理信息系统，巡检到位率、及时性更加无法得到保证。
部分变电站采用在线监测系统进行局部放电检测，但这种方式需要在每面开关柜内部安装若干个局部放电检测传感器，并且安装时开关柜需要断电，因此成本较高，并且传感器出现故障时不易更换。
近年来，随着科技的发展，变电站智能机器人的出现，实现自动完成变电站日常设备巡视、红外测温、操作前后设备状态检查等工作，从而大大提高对变电站设备巡视的工作效率和质量，降低人员劳动强度和工作风险，提升变电站智能化水平，为变电站无人值守提供强大的技术支撑。变电站智能机器人已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段。
开关柜配电室内设备较多且密集，部分过道狭小，轮式机器人在室内运行受到限制，并且可能与开关柜发生碰撞，而且受制于机器人高度，检测范围有限。
现有开关柜局部放电检测技术存在的技术问题如下：
1、依靠人工进行定期检测，劳动强度大、工作效率低，人力成本高，对于一些无人值守又比较偏远的变电站，人工检测周期一周或者更长时间，无法动态地跟踪数据变化，不能及时发现问题缺陷。
2、使用轮式机器人进行局部放电检测，存在检测范围小，易与现场设备发生干涉的问题。
3、使用局部放电在线监测系统，对于已经投运的变电站，安装时需要断电，而且需要在每个开关柜内部安装传感器，成本较高，经济效益较差。
4、对于开关柜局部放电检测点的标记，目前主要依靠人工标记，考虑到开关柜的整体美观以及人员工作量，每面开关柜一般只标记一个检测点，对开关柜局部放电的检测不够全面。
5、不同的操作人员采集数据的位置可能不一致，使用的检测设备可能不同，这样在进行历史数据比较时可能存在偏差，导致对局部放电的误判或者漏判。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种局部放电自动检测装置、系统及方法，本发明利用三维激光雷达实现了机器人在开关柜室内的环境信息获取，并通过获取的环境信息分析计算出需要进行局部放电检测的检测点位置，降低人工劳动强度和变电站运维成本，能够及时发现问题缺陷，避免造成巨大损失。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一目的是提供一种局部放电自动检测装置，本装置通过设置的三维激光雷达和辅助定位装置的配合，能够实现控制局部放电检测传感器精确到达目标检测点，最终实现了局部放电数据的采集和存储。
一种局部放电自动检测装置，包括机器人本体和设置于其上的伸出模块和控制模块，
所述机器人本体包括使得伸出模块分别沿水平方向和垂直方向上运动的水平运动模块与垂直升降运动模块；
所述伸出模块相对于机器人本体进行向外延伸的动作，带动设置于伸出模块末端的检测模块按照控制模块发送的控制指令运动，直至贴合与被检测设备表面；
所述机器人本体上设置有辅助定位模块，对被检测设备表面进行标记，控制模块根据标记点和目标点的偏差，对伸出模块的运动轨迹进行纠偏，以实现对各个目标点位置的局部放电情况进行自动检测。
进一步的，所述水平运动模块，包括水平伺服电机和驱动装置，使机器人本体按照设定的速度和位移沿轨道运动；垂直升降运动模块与所述水平运动模块的下端连接，包括垂直伺服电机和垂直伸缩装置，保持机器人本体在垂直方向做伸缩运动，所述垂直伸缩装置可以在伸缩范围内任意位置停止和定位。
进一步的，所述机器人本体上还设置有三维激光雷达，以扫描被检测设备的点云数据。
优选的，所述伸出模块为多自由度机械臂，将所述检测模块贴近被检测设备表面，包括第一运动轴、第一关节、第二运动轴、第二关节和第三运动轴，其中第一运动轴与所述第一关节和所述控制模块连接，所述第二运动轴与所述第一关节和第二关节连接，所述第三运动轴与所述第二关节和检测模块连接。
优选的，所述伸出模块为电动推杆，具有多节套设的可伸缩臂，可伸缩臂的一端固定在所述控制模块，另一端连接所述检测模块。
所述辅助定位模块，包括激光测距装置和辅助定位旋转轴，所述激光测距装置在被检测设备上打出可见激光点并获取到激光点的距离，所述辅助定位旋转轴控制激光测距装置发出的激光点位置。
所述检测模块，包括超声波传感器、地电波传感器、传感器处理单元、电磁铁、辅助摄像头和辅助接近传感器，所述超声波传感器、地电波传感器、电磁铁、辅助摄像头和辅助接近传感器都装在所述检测模块的前端同一表面上，同时贴紧被检测设备的表面；
所述传感器处理单元将所述超声波传感器和地电波传感器的采集的局部放电数据转换成标准数据格式，所述辅助接近传感器采用金属接近开关，判断所述检测模块前端表面是否贴近被检测设备，所述电磁铁用于将所述检测模块前端表面贴紧被检测设备表面，所述辅助摄像头根据激光点在图像中的位置计算当前与目标检测点的位置偏差。
所述控制模块与后台控制中心通信。
优选的，所述控制模块，包括工控机、交换机和第一无线通信装置，所述工控机与所述水平伺服电机和所述垂直伺服电机通过线缆连接来控制所述机器人本体的水平运动和升降运动，所述交换机与所述工控机、第一无线通信装置、激光雷达模块、伸出模块、检测模块和辅助定位模块通过通信线缆连接，实现所述工控机控制所述伸出模块、辅助定位模块，读取和处理所述激光雷达模块和检测模块采集的数据，并通过所述第一无线通信装置将数据传输到后台控制中心。
所述后台控制中心，至少包括后台计算机和第二无线通信装置，所述后台计算机，通过所述第二无线通信装置与第一无线通信装置建立的后台控制设备与机器人本体之间的无线通信通道，向所述机器人本体发送控制指令，将所述激光雷达模块扫描的点云数据进行存储，并通过计算特征值，分析和生成开关柜表面地图和障碍信息，生成检测点的坐标值，控制机器人本体定时执行检测任务，存储检测模块采集的局部放电数据，自动生成历史曲线和报表。
本发明的第二目的是基于上述机器人构建一套检测系统。
一种局部放电自动检测系统，包括上述局部放电自动检测装置和轨道，所述轨道吊装在被检测设备室内天花板上，覆盖整个巡检路径，轨道上安装有原点和起点限位器。
一种局部放电自动检测方法，包括以下步骤：
步骤1，机器人本体从轨道的原点位置开始运行，控制模块控制垂直升降运动模块升至最高点；
步骤2，控制模块控制水平运动模块沿着轨道向前运动一定的距离后停止，打开激光雷达模块开始进行扫描，垂直升降运动模块以固定的速度下降，记录当前下降的高度及其对应扫描点云数据，采用计算径向梯度预测的高度差特征来分析是否扫描到开关柜底部，当扫描到开关柜底部时，激光雷达模块停止扫描，并控制垂直升降运动模块升至最高点；
步骤3，重复步骤2，当机器人本体水平运动到轨道终点限位时，停止运行，结束环境信息获取过程；
步骤4，对存储的点云数据进行处理，采用计算切向邻域半径比值特征的方法，来分析得到开关柜的柜门边框位置，分层位置，以及开关柜表面把手、按钮等凸出物体位置，在每个开关柜无凸出物体的金属表面随机选取地电波的检测点，在开关柜门缝处随机选取超声波检测点，生成地电波和超声波检测点的坐标值，包括水平坐标X、垂直坐标Y和深度坐标Z，其中X、Y为相对于轨道原点位置的坐标，Z为激光雷达与检测点之间的水平投影距离；
步骤5，控制水平运动模块至检测点X坐标位置，控制垂直升降运动模块至Y坐标位置，并使用激光雷达模块对检测位置进行校准，采用ICP点云数据配准算法，计算出当前停靠点与目标检测点的位置偏移量，然后调整水平运动模块和垂直升降运动模块到达预设目的检测点；
步骤6，根据辅助定位装置的安装位置和检测点深度坐标Z计算出辅助定位装置转动角度，控制辅助定位模块的激光测距装置指向检测点位置；
步骤7，超声波传感器和地电波传感器开始采集数据，采集地电波和超声波放电幅值，并将数据以及采集点位置信息和采集时间进行保存；根据生成当前采集点的历史曲线，进一步分析诊断是否存在局部放电；
步骤8，局部放电数据采集结束后，先断开所述电磁铁电源，然后收回检测模块，然后控制所述机器人本体运动至下一个检测点，重复步骤5～步骤7直至机器人本体运动到轨道终点限位；
步骤9，全部检测点检测结束后，将所述激光雷达模块和所述辅助定位模块矫正后的水平运动模块和垂直升降运动模块的位置坐标值以及各个运动轴的实际运动位置保存。
下次运行检测任务按照保存的坐标值和各个运动轴的信息直接调用，提高检测效率。同时定期对检测点坐标值按照步骤5～步骤6进行校正，避免因长期运行出现的机械磨损和其它问题导致的位置偏差。
所述步骤(6)中，当伸出模块采用电动推杆方式时，打开前置辅助摄像头模块，计算激光点与图像位置中心偏差，将偏差值换算成水平和升降偏移量，通过控制水平模块运动和升降模块运动，使激光点位于图像中心后停止；启动电动推杆向前运动，当靠近开关柜表面时，检测模块前端的接近开关感应信号，电动推杆停止运动，并打开所述电磁铁电源，使所述检测模块贴紧开关柜表面。
所述步骤(6)中，当伸出模块采用机械臂方式时，根据到检测点深度坐标计算以及第一关节、第二关节的长度计算出所述第一运动轴、第二运动轴、第三运动轴的角度，控制运动轴旋转对应角度后，打开辅助摄像头模块，计算激光点与图像位置中心偏差，将偏差值换算成所述机械臂调整角度，使激光点始终位于图像中心，当靠近开关柜表面时，检测模块前端的接近开关感应信号，机械臂停止运动，并打开所述电磁铁电源，使检测模块贴紧开关柜表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)设置的轨道覆盖整个室内巡检路线，并且可以保证不与设备发生碰撞安全运行，覆盖范围大，可以对整面开关柜上下进行局部放电检测；
(2)巡检机器人采用三维激光雷达进行定位和信息获取，相对于基于图像视觉的方法，具有视场范围大，定位精度高，不受光照环境影响的优点；
(3)本发明对激光雷达点云数据进行特征分析，无需增加额外标识来自动建立检测点的坐标值，可以大幅减少人工工作量，提高效率，运行检测任务按照保存的坐标值和各个运动轴的信息直接调用，提高检测效率，同时定期对检测点坐标值进行校正，避免因长期运行出现的机械磨损和其它问题导致的位置偏差；
(4)采用辅助定位模块来进行检测点的最终定位，可以避免电动推杆或机械臂等易损件在长期运行后导致的机械偏差，保证每次进行检测的位置一致性，便于系统更好地跟踪采集点的局放变化；
(5)整个巡检过程无需人工干预，全自动完成，提高了变电站维护的智能性，提高了电网的可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明中局部放电自动检测装置的整体结构示意图；
图2是本发明中机器人本体结构示意图(伸出模块采用机械臂形式)；
图3是本发明中机器人本体结构示意图(伸出模块采用电动推杆形式)；
图4是本发明中后台控制设备与主控模块结构示意图；
图5是本发明中辅助定位模块结构示意图；
图6是本发明中检测模块结构示意图；
图7是本发明中局部放电检测方法的流程图；
图8是本发明中伸出模块采用机械臂形式到达检测点的算法示意图。
其中：1、轨道，2、机器人本体，3、后台控制设备；
21、水平运动模块，22、垂直升降模块，23、主控模块，24、激光雷达模块，25、伸出模块，26伸出模块，27、检测模块，28、辅助定位模块；
231、工控机，232、交换机，233、第一无线通信装置；
251、第一运动轴，252、第一关节，253、第二运动轴，254、第二关节，255、第三运动轴；
271、超声波传感器，272、地电波传感器，273、传感器处理单元，274、电磁铁，275、辅助摄像头，276、辅助接近传感器；
281、辅助定位旋转轴，282、激光测距装置；
31、后台计算机，32、第二无线通信装置。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在开关柜配电室内设备较多且密集，部分过道狭小，轮式机器人在室内运行受到限制，并且可能与开关柜发生碰撞，而且受制于机器人高度，检测范围有限的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种开关柜局部放电自动检测装置及方法。本发明通过一个安装有三维激光雷达的轨道式智能机器人装置，利用三维激光雷达实现了机器人在开关柜室内的环境信息获取，并通过获取的环境信息分析计算出需要进行局部放电检测的检测点位置，并利用三维激光雷达和辅助定位装置实现了控制局部放电检测传感器精确到达目标检测点，最终实现了局部放电数据的采集和存储。该发明降低人工劳动强度和变电站运维成本，能够及时发现问题缺陷，避免造成巨大损失。检测方法在不需要增加检测点额外标识的同时有效地降低人员工作量，并且能够保证采集点位置的一致性，从而对开关柜进行全面可靠的检测。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种局部放电自动检测装置，它包括轨道1、机器人本体2和后台控制设备3；其中轨道1吊装在开关柜室内天花板上，覆盖整个开关柜室内巡检路径，轨道1的原点和终点均安装有限位；机器人本体2在轨道1上运行，后台控制设备3控制机器人本体2运行，并存储机器人本体2采集的数据。
如图2，图3所示，机器人本体2包括水平运动模块21，垂直升降模块22，主控模块23，激光雷达模块24，伸出模块25或26，检测模块27和辅助定位模块28；水平运动模块21能使机器人本体按照设定的速度和位移沿轨道1运动。垂直升降模块22与水平运动模块21的下端连接，可在垂直方向做伸缩运动，并且可以在伸缩范围内任意位置停止和定位。
主控模块23包括工控机231，交换机232，第一无线通信装置233，工控机231控制机器人本体的水平运动和升降运动，后台控制设备3包括后台计算机31和第二无线通信装置32，第二无线通信装置32与第一无线通信装置233建立的后台控制设备3与机器人本体2之间的无线通信通道。机器人本体2上与交换机232连接的模块可以与后台计算机31之间通信与交互。
主控模块23与垂直伸缩装置下端连接，交换机232与所述工控机231、第一无线通信装置233、激光雷达模块25、伸出模块25、检测模块27和辅助定位模块28通过通信线缆连接，实现所述工控机231控制所述伸出模块25、辅助定位模块28，读取和处理所述激光雷达模块25和检测模块27采集的数据，并通过所述第一无线通信装置233将数据传输到所述后台控制设备3。
伸出模块包括图2所示机械臂25或者图3所示电动推杆26，用于将检测模块27贴近开关柜表面。机械臂25包括第一运动轴251，第一关节252，第二运动轴253，第二关节254，第三运动轴255。其中第一运动轴251与第一关节252和主控模块23连接，第二运动轴253与第一关节252和第二关节254连接，第三运动轴255与第二关节254和检测模块27连接。所述电动推杆26是一个两节或两节以上的可伸缩装置，一端固定在主控模块23，一端连接检测模块27。
如图5所示，辅助定位模块28，包括辅助定位旋转轴281和激光测距装置282。激光测距装置282可以在开关柜上打出可见激光点并获取到激光点的距离，辅助定位旋转轴281可使激光点移动到目标检测点位置。
如图6所示，检测模块27包括超声波传感器271，地电波传感器272，传感器处理单元273，电磁铁274，辅助摄像头275，辅助接近传感器276。超声波传感器271、地电波传感器272、电磁铁274、辅助摄像头275、辅助接近传感器276都装在所述检测模块的前端同一表面上，可以同时贴紧开关柜表面。所述传感器处理单元273将所述超声波传感器271和地电波传感器272的采集的局部放电数据转换成标准数据格式传送给工控机231和后台计算机31。辅助接近传感器276采用金属接近开关，用于判断检测模块27前端表面是否贴近开关柜。所述电磁铁274用于将检测模块27前端表面贴紧开关柜表面。辅助摄像头275用于将超声波传感器271和地电波传感器272精确地对准目标检测点采集数据。辅助摄像头可根据激光点在图像中的位置计算当前与目标检测点的位置偏差。
后台控制设备3，包括后台计算机31和第二无线通信装置32。后台计算机31，通过所述第二无线通信装置32与第一无线通信装置233建立的后台控制设备与机器人本体之间的无线通信通道，向所述机器人本体发送控制指令，将所述激光雷达模块扫描的点云数据进行存储，并通过计算特征值，分析和生成开关柜表面地图和障碍信息，生成检测点的坐标值，控制所述机器人本体定时执行检测任务，存储所述终端机器人的检测模块采集的局部放电数据，自动生成历史曲线和报表。
后台计算机31向机器人本体2发送控制指令，将激光雷达模块24扫描的点云数据进行存储，并通过计算特征值，分析和生成开关柜表面地图和障碍信息，生成检测点的坐标值，控制机器人本体2定时执行检测任务，存储终端机器人的检测模块27采集的局部放电数据，自动生成历史曲线和报表。
如图7所示，一种开关柜局部放电自动检测方法包括：
步骤101，机器人本体2从所述轨道1的原点位置开始运行，主控模块23控制所述升降模块22升至最高点。
步骤102，主控模块23控制水平运动模块21沿着所述轨道1向前运动一定的距离后停止。打开激光雷达模块24开始进行扫描，升降模块22以固定的速度下降，后台计算机31存储当前下降的高度及其对应扫描点云数据，并按照下面的计算开关柜的径向梯度预测的高度差特征：
设A，B，C三点为激光雷达相邻三束激光在同一方向的投射点，WA，WB，WC为A，B，C三点到垂直方向上的投影之间的距离，hAB为A，B两点高度差，hBC为B，C三点高度差，计算特征ΔH＝WC-WB-(WB-WA)*hBC/hAB。
当扫描点在开关柜上时，ΔH近似为0，当ΔH小于零或一个负的阈值时，表示扫描到开关柜底部。当扫描到开关柜底部时，激光雷达模块24停止扫描，并控制升降模块22升至最高点。
步骤103，重复步骤102，当机器人本体2水平运动到轨道1终点限位时，停止运行，结束环境信息获取过程。
步骤104，后台计算机31对存储的点云数据进行处理，采用计算切向邻域半径比值特征的方法，计算方法如下:
设A，B，C三点为同一束激光扫描一圈形成的三个相邻点，到激光雷达的距离为dA，dB，dC，则B点的特征值计算为RRB＝max(dB/dA–1,dB/dC–1)。在正常开关柜平整表面RRB近似等于零，当RRB<0，说明B点处有凸出物，特征值的大小区分凸出物的高度。当RRB>0，说明此处应为开关柜门缝或边框凹进位置。
通过计算整面开关柜各点特征值，可以得到开关柜的柜门边框位置，分层位置，以及开关柜表面把手、按钮等凸出物体位置。在每个开关柜无凸出物体的金属表面随机选取地电波的检测点，在开关柜门缝处随机选取超声波检测点，生成地电波和超声波检测点的坐标值，包括水平坐标X，垂直坐标Y，深度坐标Z，其中X，Y为相对于轨道原点位置的坐标，Z为激光雷达与检测点之间的水平投影距离。
步骤105，控制水平运动模块21至检测点X坐标位置，控制升降运动模块22至Y坐标位置，并使用激光雷达模块24对检测位置进行校准，采用ICP点云数据配准算法，计算出当前停靠点与目标检测点的位置偏移量，然后调整水平运动模块21和升降运动模块22到达预设目的检测点。
步骤106，如图8所示，可以根据辅助定位装置28的安装位置和检测点深度坐标Z计算出辅助定位旋转轴281转动角度，控制激光测距装置282的激光点指向检测点位置。采用的方法如下：
由于检测位置辅助定位旋转轴281与激光雷达模块24的相对位置固定，设他们在深度坐标Z方向的投影距离为W，在垂直方向投影距离为K，则应使激光测距装置282到检测点的距离L为
辅助定位旋转轴281的旋转角度β为：
β＝arccos(K/L)。
下面以伸出模块采用机械臂25形式为例叙述使检测模块27到达检测点位置的方法：
如图8所示，由于第一运动轴251与激光雷达模块24的相对位置固定，假设第一运动轴251与激光雷达模块24在水平面投影之间的距离为m，垂直面上的投影之间的距离为n，
则第一运动轴251旋转角度θ1＝arctan(z-m)/n。
假设第一关节252，第二关节254的长度相等为d，
则第二运动轴253的旋转角度θ2＝arccos(d-n)/d。
第三运动轴255的旋转角度θ3＝180-(90-θ2)
控制运动轴旋转对应角度后，打开辅助摄像头模块275，通过调节θ1θ2θ3逐渐靠近开关柜表面，并计算激光点与图像水平位置中心偏差，将偏差值换算成机械臂各个运动轴的调整角度，使激光点始终位于图像中心，当靠近开关柜表面时，检测模块270前端的辅助接近传感器276感应信号，机械臂25停止运动，并打开电磁铁274，使检测模块270贴紧开关柜表面。
步骤107，超声波传感器271或地电波传感器272开始采集数据。采集地电波和超声波放电幅值，并将数据以及采集点位置信息和采集时间保存到后台计算机3。后台计算机3可以根据生成当前采集点的历史曲线，进一步分析诊断是否存在局部放电。
步骤108，局部放电数据采集结束后，先断开电磁铁274电源，然后收回机械臂25，然后控制机器人本体2运动至下一个检测点，重复步骤105～步骤107直至机器人本体2运动到轨道1终点限位。
步骤109，全部检测点检测结束后，将激光雷达模块24和辅助定位模块28矫正后的实际位置坐标值以及各个运动轴的运动位置保存在后台计算机3的数据库中，下次运行检测任务按照保存的坐标值和各个运动轴的信息直接调用，提高检测效率。同时定期对运动坐标值按照步骤105～步骤106进行校正，避免因长期运行出现的机械磨损和其它问题导致的位置偏差。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (13)
1.一种局部放电自动检测装置，其特征是：包括机器人本体和设置于其上的伸出模块和控制模块，
所述机器人本体包括使得伸出模块分别沿水平方向和垂直方向上运动的水平运动模块与垂直升降运动模块；
所述伸出模块相对于机器人本体进行向外延伸的动作，带动设置于伸出模块末端的检测模块按照控制模块发送的控制指令运动，直至贴合与被检测设备表面；
所述机器人本体上设置有辅助定位模块，对被检测设备表面进行标记，控制模块根据标记点和目标点的偏差，对伸出模块的运动轨迹进行纠偏，以实现对各个目标点位置的局部放电情况进行自动检测；
所述机器人本体上还设置有三维激光雷达，以扫描被检测设备的点云数据，控制模块控制水平运动模块沿着轨道向前运动一定的距离后停止，打开三维激光雷达开始进行扫描，垂直升降运动模块以固定的速度下降，记录当前下降的高度及其对应扫描点云数据，采用计算径向梯度预测的高度差特征来分析是否扫描到开关柜底部，当扫描到开关柜底部时，三维激光雷达停止扫描，并控制垂直升降运动模块升至最高点；
后台计算机向机器人本体发送控制指令，将所述三维激光雷达扫描的点云数据进行存储，对存储的点云数据进行处理，采用计算切向邻域半径比值特征的方法，分析得到开关柜的柜门边框位置、分层位置以及开关柜表面凸出物体位置。
2.如权利要求1所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述水平运动模块，包括水平伺服电机和驱动装置，使机器人本体按照设定的速度和位移沿轨道运动；垂直升降运动模块与所述水平运动模块的下端连接，包括垂直伺服电机和垂直伸缩装置，保持机器人本体在垂直方向做伸缩运动，所述垂直伸缩装置可以在伸缩范围内任意位置停止和定位。
3.如权利要求1所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述伸出模块为多自由度机械臂，将所述检测模块贴近被检测设备表面，包括第一运动轴、第一关节、第二运动轴、第二关节和第三运动轴，其中第一运动轴与所述第一关节和所述控制模块连接，所述第二运动轴与所述第一关节和第二关节连接，所述第三运动轴与所述第二关节和检测模块连接。
4.如权利要求1所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述伸出模块为电动推杆，具有多节套设的可伸缩臂，可伸缩臂的一端固定在所述控制模块，另一端连接所述检测模块。
5.如权利要求1所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述辅助定位模块，包括激光测距装置和辅助定位旋转轴，所述激光测距装置在被检测设备上打出可见激光点并获取到激光点的距离，所述辅助定位旋转轴控制激光测距装置发出的激光点位置。
6.如权利要求1所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述检测模块，包括超声波传感器、地电波传感器、传感器处理单元、电磁铁、辅助摄像头和辅助接近传感器，所述超声波传感器、地电波传感器、电磁铁、辅助摄像头和辅助接近传感器都装在所述检测模块的前端同一表面上，同时贴紧被检测设备的表面。
7.如权利要求6所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述传感器处理单元将所述超声波传感器和地电波传感器的采集的局部放电数据转换成标准数据格式，所述辅助接近传感器采用金属接近开关，判断所述检测模块前端表面是否贴近被检测设备，所述电磁铁用于将所述检测模块前端表面贴紧被检测设备表面，所述辅助摄像头根据激光点在图像中的位置计算当前与目标检测点的位置偏差。
8.如权利要求1所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述控制模块与后台控制中心通信。
9.如权利要求2所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述控制模块，包括工控机、交换机和第一无线通信装置，所述工控机与所述水平伺服电机和所述垂直伺服电机通过线缆连接来控制所述机器人本体的水平运动和升降运动，所述交换机与所述工控机、第一无线通信装置、激光雷达模块、伸出模块、检测模块和辅助定位模块通过通信线缆连接，实现所述工控机控制所述伸出模块、辅助定位模块，读取和处理所述激光雷达模块和检测模块采集的数据，并通过所述第一无线通信装置将数据传输到后台控制中心。
10.如权利要求9所述的一种局部放电自动检测装置，其特征是：所述后台控制中心，至少包括后台计算机和第二无线通信装置，所述后台计算机，通过所述第二无线通信装置与第一无线通信装置建立的后台控制设备与机器人本体之间的无线通信通道，向所述机器人本体发送控制指令，将所述激光雷达模块扫描的点云数据进行存储，并通过计算特征值，分析和生成开关柜表面地图和障碍信息，生成检测点的坐标值，控制机器人本体定时执行检测任务，存储检测模块采集的局部放电数据，自动生成历史曲线和报表。
11.一种局部放电自动检测系统，其特征是：包括如权利要求1-10中任一项所述的局部放电自动检测装置和轨道，所述轨道吊装在被检测设备室内天花板上，覆盖整个巡检路径，轨道上安装有原点和起点限位器。
12.一种局部放电自动检测方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1，机器人本体从轨道的原点位置开始运行，控制模块控制垂直升降运动模块升至最高点；
步骤2，控制模块控制水平运动模块沿着轨道向前运动一定的距离后停止，打开激光雷达模块开始进行扫描，垂直升降运动模块以固定的速度下降，记录当前下降的高度及其对应扫描点云数据，采用计算径向梯度预测的高度差特征来分析是否扫描到开关柜底部，当扫描到开关柜底部时，激光雷达模块停止扫描，并控制垂直升降运动模块升至最高点；
步骤3，重复步骤2，当机器人本体水平运动到轨道终点限位时，停止运行，结束环境信息获取过程；
步骤4，对存储的点云数据进行处理，采用计算切向邻域半径比值特征的方法，来分析得到开关柜的柜门边框位置，分层位置，以及开关柜表面把手、按钮等凸出物体位置，在每个开关柜无凸出物体的金属表面随机选取地电波的检测点，在开关柜门缝处随机选取超声波检测点，生成地电波和超声波检测点的坐标值，包括水平坐标X、垂直坐标Y和深度坐标Z，其中X、Y为相对于轨道原点位置的坐标，Z为激光雷达与检测点之间的水平投影距离；
步骤5，控制水平运动模块至检测点X坐标位置，控制垂直升降运动模块至Y坐标位置，并使用激光雷达模块对检测位置进行校准，采用ICP点云数据配准算法，计算出当前停靠点与目标检测点的位置偏移量，然后调整水平运动模块和垂直升降运动模块到达预设目的检测点；
步骤6，根据辅助定位装置的安装位置和检测点深度坐标Z计算出辅助定位装置转动角度，控制辅助定位模块的激光测距装置指向检测点位置；
步骤7，超声波传感器和地电波传感器开始采集数据，采集地电波和超声波放电幅值，并将数据以及采集点位置信息和采集时间进行保存；根据生成当前采集点的历史曲线，进一步分析诊断是否存在局部放电；
步骤8，局部放电数据采集结束后，先断开电磁铁电源，然后收回检测模块，然后控制所述机器人本体运动至下一个检测点，重复步骤5～步骤7直至机器人本体运动到轨道终点限位；
步骤9，全部检测点检测结束后，将所述激光雷达模块和所述辅助定位模块矫正后的水平运动模块和垂直升降运动模块的位置坐标值以及各个运动轴的实际运动位置保存；
所述步骤6中，当伸出模块采用机械臂方式时，根据到检测点深度坐标计算以及第一关节、第二关节的长度计算出第一运动轴、第二运动轴、第三运动轴的角度，控制运动轴旋转对应角度后，打开辅助摄像头模块，计算激光点与图像位置中心偏差，将偏差值换算成所述机械臂调整角度，使激光点始终位于图像中心，当靠近开关柜表面时，检测模块前端的接近开关感应信号，机械臂停止运动，并打开所述电磁铁电源，使检测模块贴紧开关柜表面。
13.如权利要求12所述的一种局部放电自动检测方法，其特征是：
所述步骤6中，当伸出模块采用电动推杆方式时，打开前置辅助摄像头模块，计算激光点与图像位置中心偏差，将偏差值换算成水平和升降偏移量，通过控制水平模块运动和升降模块运动，使激光点位于图像中心后停止；启动电动推杆向前运动，当靠近开关柜表面时，检测模块前端的接近开关感应信号，电动推杆停止运动，并打开所述电磁铁电源，使所述检测模块贴紧开关柜表面。
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