CN107861017A - 一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于设备检测技术领域，提供了的一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法，该变电站巡检机器人包括主控制系统、与主控制系统相连的导航系统、与主控制系统相连的供电系统、与主控制系统相连的运动控制系统以及与主控制系统相连的传感器系统，还包括识别模块，传感器系统包括电场传感模块，通过变电站巡检机器人的电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度，基于变电站巡检机器人巡检定位的模式，通过多次测量的结果进行对比，判断电力设备接地是否良好，操作简单，检测结果真实可靠，有效地解决了现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题。

Description

一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法
技术领域
本发明涉及设备检测技术领域，尤其涉及一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法。
背景技术
随着科学技术的进步，智能机器人技术的应用范围越来越广泛。变电站巡检机器人对变电站的电力设备的巡检作为实现智能巡检的一种方式，有效地代替人工对变电站电力设备巡检，实现了对变电站的电力设备的智能化监测，进一步地推动了无人值守变电站的建设。为了保证电力设备运行的安全性，变电站中的电力设备都要满足接地要求。然而，由于电力设备接地装置通常是深埋在地下，因此，在接地装置存在接地扁铁锈蚀和螺丝松动等故障时，无法通过地面部分来判断电力设备接地是否良好，检修难度较大。
综上所述，现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题，提供一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法。
本发明第一方面提供了一种变电站巡检机器人，其包括：主控制系统、与所述主控制系统相连的导航系统、与所述主控制系统相连的供电系统、与所述主控制系统相连的运动控制系统以及与所述主控制系统相连的传感器系统，所述变电站巡检机器人还包括识别模块，所述传感器系统包括电场传感模块；
所述电场传感模块，用于实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取所述变电站巡检机器人所处位置的电场强度传送给所述识别模块；
所述识别模块，与所述电场传感模块相连，用于根据所述电场强度识别所述电力设备接地是否良好。
本发明第二方面提供了一种基于上述变电站巡检机器人的电力设备接地故障检测方法，所述方法包括以下步骤：
实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取所述变电站巡检机器人所处位置的电场强度并传送给所述识别模块；
根据所述电场强度识别所述电力设备接地是否良好。
本发明提供的一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法，通过变电站巡检机器人的电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度，基于变电站巡检机器人巡检定位的模式，通过多次测量的结果进行对比，判断电力设备接地是否良好，操作简单，检测结果真实可靠，有效地解决了现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种变电站巡检机器人的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种变电站巡检机器人的电场传感模块的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的一种变电站巡检机器人的电场传感模块的电路结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种基于实施例一的变电站巡检机器人的电力设备接地故障检测方法的实现流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例为了解决现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题，提供了一种变电站巡检机器人及电力设备接地故障检测方法，通过变电站巡检机器人的电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度，基于变电站巡检机器人巡检定位的模式，通过多次测量的结果进行对比，判断电力设备接地是否良好，操作简单，检测结果真实可靠，有效地解决了现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题。
为了说明本发明实施例所提供的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例一
图1示出了本发明实施例提供的变电站巡检机器人的结构，如图1所示，变电站巡检机器人10包括，主控制系统110、与主控制系统110相连的导航系统120、与主控制系统110相连的供电系统130、与主控制系统110相连的运动控制系统140以及与主控制系统110相连的传感器系统150，变电站巡检机器人10还包括识别模块160，传感器系统150包括电场传感模块151。
电场传感模块151用于实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度传送给识别模块。
识别模块160与电场传感模块151相连，用于根据电场强度识别电力设备接地是否良好。
作为本实施例的一种实现方式，上述主控制系统110包括CPU或MCU，能够实现对变电站巡检机器人10的控制，导航系统120包括激光传感器或者磁场检测传感器，能够对该变电站巡检机器人10进行导航，运动控制系统140包括电机和驱动器，能够使得该变电站巡检机器人10根据控制指令进行运动，供电系统130包括电池和供电开关，能够给变电站巡检机器人10供电。
需要说明的是，变电站一般在地下设置有主接地网，变电站中的电力设备通过接地扁铁与该变电站的主接地网连接，以保证电力设备安全可靠地运行。变电站中的电力设备由于带有高压，因而会在变电站的主接地网和电力设备的接电扁铁(接地线)之间的空间形成非均匀的空间电场。在变电站每个需要检测的接地点处设置一个巡检点，通过电场传感模块检测该巡检点的空间电场，获取该位置的空间电场强度，再由识别模块根据该电场强度识别电力设备的接地情况。
可选地，作为本实施例的一种实现方式，上述传感器系统151还包括：温湿度传感器模块和气压传感器模块。
温湿度传感器模块，用于采集变电站巡检机器人所处位置的环境温度和环境湿度。
气压传感器模块，用于采集变电站巡检机器人所处位置的环境气压。
变电站巡检机器人根据预定的巡检任务与待检的巡检点对接后，按照巡检任务对电力设备接地点进行接地故障检测。变电站巡检机器人10根据巡检任务到达待检的巡检点，其中巡检点的点位是预先设置好的，巡检点的点位包括变电站巡检机器人10的位置坐标和变电站巡检机器人10的方向参数。变电站巡检机器人10到达巡检点后通过电场传感模块151检测巡检点的空间电场，以获取巡检点的电场强度，并将该电场强度传送给识别模块160，温湿度传感器模块采集巡检点的环境温度和环境湿度，气压传感器模块采集变巡检点的环境气压，根据环境温度、环境湿度以及环境气压获取电场强度补偿系数，识别模块160根据电场强度补偿系统和电场强度识别电力设备接地是否良好，并输出识别结果。
需要说明的是，关于环境温度、环境湿度以及环境气压等参数获取电场强度补偿系数，可以是在预先确认电力设备的接地点正常的情况下，对各个巡检点的电场强度、环境温度、环境湿度以及环境气压进行对比分析后得出一个电场强度、环境温度、环境湿度以及环境气压的相关性关系，根据该相关性关系获取电场强度补偿系数。
还需要说明的是，在变电站巡检机器人检测电力设备是否存在接地故障的过程中，通过对同一个巡检点在同样的位置、同样的高度进行检测，即变电站巡检机器人距离接地扁铁的距离、高度、角度具有一致性，即，采集空间电场强度的采集条件相同，因此变电站巡检机器人多次巡检的数据具有较高的可对比性。
作为本实施例的一种实现方式，当机器人在巡检点获取到的空间电场强度发生突变，且突变值超过预设阈值时，则识别模块160识别该巡检点存在接地故障，并通过变电站巡检机器人进行报警，以便变电站的运维人员对该巡检点进行检修。此外，变电站巡检机器人对同一巡检点进行多次检测，多次检测获取到的空间电场强度经过电场强度补偿系数补偿后会呈正态分布，若出现趋势性很明显的空间电场强度升高时，则识别模块160识别该巡检点存在接地故障，并通过变电站巡检机器人进行报警，以便变电站的工作人员对该巡检点进行检修。还需要说明的是，变电站的电力设备通常不是单一使用的，而是通过多组相同的电力设备同时运行，因此，对于识别模块160还可以通过类比同类型的电力设备的空间电场强度检测值进行识别。此外，当识别模块160识别该巡检点存在接地故障后还可以由变电站的运维人员进一步地对该巡检点的接地状态进行判断。
请参见图2，图2示出了本实施例的变电站巡检机器人的电场传感模块151的结构，如图2所示，电场传感模块151包括：电场采集单元151a、串联分压单元151b、保护单元151c、半波整流单元151d以及电流放大单元151e以及单片机U1。
电场采集单元151a与串联分压单元151b连接，串联分压单元151b与保护单元151c连接，保护单元151c与半波整流单元151d连接，半波整流单元151d与电流放大单元151e连接，电流放大单元151e与单片机U1连接，单片机U1连接变电站巡检机器人的主控制系统110并连接识别模块160。
请参见图3，图3示出了本实施例的变电站巡检机器人的电场传感模块的电路结构。
如图3所示，作为本实施例的一种实现方式，上述电场采集单元151a包括上极板A和下极板B，上极板A与下极板B形成电容电路用于采集电力设备的空间电场。
需要说明的是由上极板A和下极板B形成的电容电路相当于平板传感器，能够用来测量二维空间的空间电场强度，然而电场采集单元151a也可以是三维电场检测传感，能够用来测量三维空间的空间电场强度。放置于空间电场中的电场采集单元在空间电场中会根据该空间电场输出相应的电压值，通过滤波、模数转换等处理后，获取巡检点处的空间电场强度的值。
进一步地，上述串联分压单元151b包括：第一电阻R1和第二电阻R2。
第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第二端均与电场采集单元151a连接，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端接地，第一电阻R1的第二端与保护单元151c连接。
进一步地，上述保护单元151c包括保护二极管Z1。
保护二极管Z1的第一端与串联分压单元151d连接，保护二极管Z1的第二端接地。
进一步地，上述半波整流单元151d包括第一二极管D1和第一电容C1。
第一二极管D1的正极与保护单元151c连接，第一二极管D1的第二端与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端接地，第一电容C1的第一端还与电流放大单元151e连接。
进一步地，上述电流放大单元151e包括运算放大器U2。
运算放大器U2的正极输入端与半波整流单元151d连接，运算放大器U2的负极输入端与运算放大器U2的输出端连接，运算放大器U2的输出端与单片机U1连接。
以下结合图3对上述电场传感模块的工作原理进行说明：
电场采集单元151a通过上极板A和下极板B形成电容电路，采集电力设备巡检点的空间电场，输出与该空间电场相应的电压值。采集到的电压值通过第一电阻R1和第二电阻R2进行串联分压，以输出适应后续电路的电压。通过保护二极管Z1对电场传感模块151进行保护，避免由于输入电压过高导致电场传感模块151损坏。需要说明的是，保护二极管Z1的保护电压应略高于正常的输入电压，以避免输入电压的波形被削顶失真。第一二极管D1和第一电容C1形成半波整流电路，能够滤除电压的负压部分，经过半波整流后的电压经由运算放大器U2进行电流放大，将放大后的电压经由单片机U1进行数模转换处理并采集器峰值，进而获取到表征该巡检点空间电场的电场强度。
本发明实施例提供的一种变电站巡检机器人，能够通过变电站巡检机器人的电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度，基于变电站巡检机器人巡检定位的模式，通过多次测量的结果进行对比，并根据环境温度、环境湿度以及环境气压获取电场强度补偿系数，综合电场强度补偿系统判断电力设备接地是否良好，操作简单，检测结果真实可靠，有效地解决了现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题。
实施例二
基于图1所示的变电站巡检机器人，图4示出了本发明实施例二提供的电力设备接地故障检测方法的实现流程示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
参照图4基于实施例一的变电站巡检机器人的电力设备接地故障检测方法具体包括以下步骤S401和S402：
在步骤S401中，电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度并传送给识别模块。
变电站一般在地下设置有主接地网，变电站中的电力设备通过接地扁铁与该变电站的主接地网连接，以保证电力设备安全可靠地运行。变电站中的电力设备由于带有高压，因而会在变电站的主接地网和电力设备的接电扁铁(接地线)之间的空间形成非均匀的空间电场。在变电站每个需要检测的接地点处设置一个巡检点，通过电场传感模块检测该巡检点的空间电场，获取该位置的空间电场强度并传送给识别模块
在步骤S402中，识别模块根据电场强度识别电力设备接地是否良好。
识别模块根据电场传感模块获取到的该位置的空间电场强度识别该电力设备接地是否良好。
变电站巡检机器人根据预定的巡检任务与待检的巡检点对接后，按照巡检任务对电力设备接地点进行接地故障检测。变电站巡检机器人10根据巡检任务到达待检的巡检点，其中巡检点的点位是预先设置好的，巡检点的点位包括变电站巡检机器人的位置坐标和变电站巡检机器人的方向参数。变电站巡检机器人到达巡检点后通过电场传感模块检测巡检点的空间电场，以获取巡检点的电场强度，并将该电场强度传送给识别模块，温湿度传感器模块采集巡检点的环境温度和环境湿度，气压传感器模块采集变巡检点的环境气压，根据环境温度、环境湿度以及环境气压获取电场强度补偿系数，识别模块根据电场强度补偿系统和电场强度识别电力设备接地是否良好，并输出识别结果。
需要说明的是，关于环境温度、环境湿度以及环境气压等参数获取电场强度补偿系数，可以是在预先确认电力设备的接地点正常的情况下，对各个巡检点的电场强度、环境温度、环境湿度以及环境气压进行对比分析后得出一个电场强度、环境温度、环境湿度以及环境气压的相关性关系，根据该相关性关系获取电场强度补偿系数。
还需要说明的是，在变电站巡检机器人检测电力设备是否存在接地故障的过程中，通过对同一个巡检点在同样的位置、同样的高度进行检测，即变电站巡检机器人距离接地扁铁的距离、高度、角度具有一致性，即，采集空间电场强度的采集条件相同，因此变电站巡检机器人多次巡检的数据具有较高的可对比性。
作为本实施例的一种实现方式，当机器人在巡检点获取到的空间电场强度发生突变，且突变值超过预设阈值时，则识别模块识别该巡检点存在接地故障，并通过变电站巡检机器人进行报警，以便变电站的运维人员对该巡检点进行检修。此外，变电站巡检机器人对同一巡检点进行多次检测，多次检测获取到的空间电场强度经过电场强度补偿系数补偿后会呈正态分布，若出现趋势性很明显的空间电场强度升高时，则识别模块识别该巡检点存在接地故障，并通过变电站巡检机器人进行报警，以便变电站的工作人员对该巡检点进行检修。还需要说明的是，变电站的电力设备通常不是单一使用的，而是通过多组相同的电力设备同时运行，因此，对于识别模块还可以通过类比同类型的电力设备的空间电场强度检测值进行识别。此外，当识别模块识别该巡检点存在接地故障后还可以由变电站的运维人员进一步地对该巡检点的接地状态进行判断。
可选地，作为本实施例的一种实现方式，上述电路设备接地检测方法还包括以下步骤：
采集变电站巡检机器人所处位置的环境温度和环境湿度；
采集变电站巡检机器人所处位置的环境气压；
根据环境温度、环境湿度以及环境气压获取电场强度补偿系数；
根据电场强度补偿系统和电场强度识别电力设备接地是否良好。
本发明实施例提供的电力设备接地故障检测方法，基于上一实施例提供的变电站巡检机器人，同样能够通过变电站巡检机器人的电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取变电站巡检机器人所处位置的电场强度，基于变电站巡检机器人巡检定位的模式，通过多次测量的结果进行对比，并根据环境温度、环境湿度以及环境气压获取电场强度补偿系数，综合电场强度补偿系统判断电力设备接地是否良好，操作简单，检测结果真实可靠，有效地解决了现有的电力设备接地故障检测存在操作不便以及检修难度大的问题。
本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。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做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种变电站巡检机器人，包括，主控制系统、与所述主控制系统相连的导航系统、与所述主控制系统相连的供电系统、与所述主控制系统相连的运动控制系统以及与所述主控制系统相连的传感器系统，其特征在于，所述变电站巡检机器人还包括识别模块，所述传感器系统包括电场传感模块；
所述电场传感模块，用于实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取所述变电站巡检机器人所处位置的电场强度传送给所述识别模块；
所述识别模块，与所述电场传感模块相连，用于根据所述电场强度识别所述电力设备接地是否良好。
2.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述电场传感模块包括：电场采集单元、串联分压单元、保护单元、半波整流单元以及电流放大单元以及单片机；
所述电场采集单元与所述串联分压单元连接，所述串联分压单元与所述保护单元连接，所述保护单元与所述半波整流单元连接，所述半波整流单元与所述电流放大单元连接，所述电流放大单元与所述单片机连接，所述单片机连接所述变电站巡检机器人的主控制系统并连接所述识别模块。
3.根据权利要求2所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述电场采集单元包括上极板和下极板，所述上极板与所述下极板形成电容电路用于采集电力设备的空间电场。
4.根据权利要求2所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述串联分压单元包括：第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第二端均与所述电场采集单元连接，所述第一电阻的第二端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻的第二端与所述保护单元连接。
5.根据权利要求2所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述保护单元包括保护二极管；
所述保护二极管的第一端与所述串联分压单元连接，所述保护二极管的第二端接地。
6.根据权利要求2所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述半波整流单元包括第一二极管和第一电容；
所述第一二极管的正极与所述保护单元连接，所述第一二极管的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端接地，所述第一电容的第一端还与所述电流放大单元连接。
7.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述电流放大单元包括运算放大器；
所述运算放大器的正极输入端与所述半波整流单元连接，所述运算放大器的负极输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的输出端与所述单片机连接。
8.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人，其特征在于，所述传感器系统还包括：温湿度传感器模块和气压传感器模块；
所述温湿度传感器模块，用于采集所述变电站巡检机器人所处位置的环境温度和环境湿度；
所述气压传感器模块，用于采集所述变电站巡检机器人所处位置的环境气压。
9.一种基于权利要求1所述的变电站巡检机器人的电力设备接地故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
所述电场传感模块实时检测变电站的电力设备的空间电场，获取所述变电站巡检机器人所处位置的电场强度并传送给所述识别模块；
所述识别模块根据所述电场强度识别所述电力设备接地是否良好。
10.根据权利要求9所述的电力设备接地故障检测方法，其特征在于，所述电路设备接地检测方法还包括：
采集所述变电站巡检机器人所处位置的环境温度和环境湿度；
采集所述变电站巡检机器人所处位置的环境气压；
根据所述环境温度、环境湿度以及环境气压获取电场强度补偿系数；
根据所述电场强度补偿系统和所述电场强度识别所述电力设备接地是否良好。
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