CN107972073B - 一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其为一双闭环系统；外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及泄露电流变化并均传送至控制器；控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到变电站设备带电水冲洗机器人的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至变电站设备带电水冲洗机器人来控制其作业距离和喷水压力；内环控制器包括激光测距仪，用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的作业距离并反馈至控制器内；及压力传感器，用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制。

Description

一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统
技术领域
本发明涉及电力设备领域，尤其涉及一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统。
背景技术
电力系统中在户外运行的绝缘子长期暴露在大自然中，特别是在工业、沿海和盐碱地区域，受到工业废气、海水或自然界盐碱、粉尘等作用，通常会在绝缘子表面形成一定程度的污秽累积。受污染的绝缘子，在气候干燥的情况，污秽层电阻很大，对电力系统运行危险不大。但是，当遇到雾和阴雨等潮湿气候条件时，绝缘子表面的污秽层被湿润，电导增大，绝缘性能降低，泄漏电流急剧增加，闪络电压大大降低，此时就可能发生污秽闪络。尤其是当绝缘子设计的爬电比距不够或采用的绝缘子不能满足污秽要求时，污闪就必然出现。由于污闪跳闸后的重合闸成功率很低，绝缘子污闪容易发展成大面积、长时间的恶性停电事故，因此污闪的危害性极大，是影响电网设备安全运行的主要隐患。
在变电站设备带电水冲洗机器人冲洗过程中，绝缘安全是十分重要的，不仅影响到变电站设备带电水冲洗机器人本身的设备安全，更重要的是可能会对变电站带电设备造成影响，从而可能对电网的安全运行带来影响。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统。该变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统能够保证水冲变电站设备带电水冲洗机器人的绝缘性能，起到安全防护的作用。
本发明提供了两种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统方案。
其中，第一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统的具体方案为：
变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统为一双闭环系统；
其中，外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，其分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及变电站设备带电水冲洗机器人本体的泄露电流变化并均传送至控制器；所述控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到变电站设备带电水冲洗机器人的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至变电站设备带电水冲洗机器人来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；
内环控制器包括激光测距仪，其用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的作业距离并反馈至控制器内，实现对作业距离的闭环控制；及
压力传感器，其用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的绝缘性能，起到安全防护的作用。
进一步的，该系统还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于变电站设备带电水冲洗机器人本体上，用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人本体行进方向的障碍物信息并传送至控制器进行相应避障。
其中，第二种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统的具体方案为：
第二种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其为一双闭环系统；
其中，外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，其分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及辅助冲洗装置本体的泄露电流变化并均传送至控制器；所述控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到带辅助冲洗装置的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至辅助冲洗装置来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；
内环控制器包括激光测距仪，其用于实时检测辅助冲洗装置的作业距离并反馈至控制器内，实现对作业距离的闭环控制；及
压力传感器，其用于实时检测辅助冲洗装置的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置的绝缘性能，起到安全防护的作用。
进一步的，该系统还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于辅助冲洗装置上，用于实时检测辅助冲洗装置行进方向的障碍物信息并传送至控制器进行相应避障。
进一步的，所述辅助冲洗装置包括可拆卸的上下两部，其中上部为绝缘冲洗机构，下部为移动机构；所述移动机构包括移动支架，所述移动支架上安装有控制器及与其相连的驱动单元；所述绝缘冲洗机构包括绝缘杆件，所述绝缘杆件的下端安装在移动机构上，绝缘杆件的上端安装有水枪，所述水枪还分别与垂直升降机构和水平运动机构相连，所述垂直升降机构和水平运动机构分别与驱动单元相连，分别用于调整辅助冲洗装置上水枪的俯仰及旋转角度，使其对准作业对象，来辅助水冲机器人进行冲洗作业。
本发明的辅助冲洗装置为变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗机构，其通过上下可拆卸的绝缘冲洗机构和移动机构配合，使得辅助冲洗装置移动至工作位置处，调整辅助冲洗装置上水枪的俯仰及旋转角度，使其对准作业对象，来辅助水冲机器人进行冲洗作业，提高了水冲机器人的冲洗效率。
进一步的，所述移动支架上还布置支腿和水平仪，所述水平仪用于变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统在作业前的平衡，保持冲洗作业的稳定性。
本发明的移动支架可选为人工行走方式，在冲洗支架上布置水平仪，便于在作业前进行支腿的找平，保持冲洗作业的稳定性。
进一步的，所述垂直升降机构还与直线位移传感器相连，所述直线位移传感器用于实时检测垂直升降机构的升降高度并传送至控制器。
进一步的，所述绝缘杆件上还安装有激光传感器和倾斜角传感器，所述激光传感器和倾斜角传感器分别与控制器相连；
所述激光传感器用于对在变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统冲洗作业前对绝缘子进行标定，所述倾斜角传感器用于作业开始后实时检测所述变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统本体的倾斜角度，所述控制器用于根据绝缘子的标定结果和变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统本体的倾斜角度，判断绝缘子的位置和状态，进而制定的水冲洗策略。
进一步的，所述水枪为圆锥带圆柱出口段型喷嘴的水枪。其中，圆锥带圆柱出口段型喷嘴的水枪的特点为水柱射程远，水流密度高，水流不易散花。
进一步的，圆锥带圆柱出口段型喷嘴的圆锥段的收缩角的取值为13°～14°之间；圆柱段的长度和水枪出口的直径比值在2.5～3之间。
其中，圆锥带圆柱出口段型喷嘴在结构上由圆锥段和圆柱段组成，上述圆锥段的收缩角的取值以及圆柱段的长度和水枪出口的直径比值，能够保证射流的水冲洗的效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统为双环控制系统，由外环闭环系统得到变电站设备带电水冲洗机器人或其辅助冲洗装置的理想作业距离和喷水压力信息，由此进入内环系统；在内环控制系统中，一方面通过激光测距仪的实时反馈信息，实现对作业距离的闭环控制，另一方面通过压力传感器返回的压力信息，实现对压力装置的输出压力及流量的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人或其辅助冲洗装置的绝缘性能，起到安全防护的作用。
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是本发明的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统实施例一结构示意图。
图2是本发明的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统实施例二结构示意图。
图3是本发明的辅助冲洗装置结构示意图。
图4是水枪喷嘴结构示意图。
图5是辅助冲洗装置和水冲洗机器人的冲洗作业示意图。
其中，1、移动支架；2、绝缘杆件；3、水枪。
具体实施方式
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。
图1是本发明的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统实施例一结构示意图。
如图1所示，本发明的第一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统的具体方案为：
变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统为一双闭环系统；
其中，外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，其分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及变电站设备带电水冲洗机器人本体的泄露电流变化并均传送至控制器；所述控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到变电站设备带电水冲洗机器人的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至变电站设备带电水冲洗机器人来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；
内环控制器包括激光测距仪，其用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的作业距离并反馈至控制器内，实现对作业距离的闭环控制；及
压力传感器，其用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的绝缘性能，起到安全防护的作用。
其中，该系统还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于变电站设备带电水冲洗机器人本体上，用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人本体行进方向的障碍物信息并传送至控制器进行相应避障。
本发明的变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统为双环控制系统，由外环闭环系统得到变电站设备带电水冲洗机器人或其辅助冲洗装置的理想作业距离和喷水压力信息，由此进入内环系统；在内环控制系统中，一方面通过激光测距仪的实时反馈信息，实现对作业距离的闭环控制，另一方面通过压力传感器返回的压力信息，实现对压力装置的输出压力及流量的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人或其辅助冲洗装置的绝缘性能，起到安全防护的作用。
图2是本发明的变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统实施例二结构示意图。
如图2所示，第二种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其为一双闭环系统；
其中，外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，其分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及辅助冲洗装置本体的泄露电流变化并均传送至控制器；所述控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到带辅助冲洗装置的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至辅助冲洗装置来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；
内环控制器包括激光测距仪，其用于实时检测辅助冲洗装置的作业距离并反馈至控制器内，实现对作业距离的闭环控制；及
压力传感器，其用于实时检测辅助冲洗装置的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置的绝缘性能，起到安全防护的作用。
本发明的变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统为双环控制系统，由外环闭环系统得到变电站设备带电水冲洗机器人或其辅助冲洗装置的理想作业距离和喷水压力信息，由此进入内环系统；在内环控制系统中，一方面通过激光测距仪的实时反馈信息，实现对作业距离的闭环控制，另一方面通过压力传感器返回的压力信息，实现对压力装置的输出压力及流量的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人或其辅助冲洗装置的绝缘性能，起到安全防护的作用。
在另一实施例中，该系统还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于变电站设备带电水冲洗机器人本体上，用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人本体行进方向的障碍物信息并传送至控制器进行相应避障。
图3是本发明的辅助冲洗装置结构示意图。
如图3所示，本发明的一辅助冲洗装置，包括可拆卸的上下两部，其中上部为绝缘冲洗机构，下部为移动机构；所述移动机构包括移动支架1，所述移动支架1上安装有控制器及与其相连的驱动单元；所述绝缘冲洗机构包括绝缘杆件2，所述绝缘杆件2的下端安装在移动机构上，绝缘杆件2的上端安装有水枪3，所述水枪3还分别与垂直升降机构和水平运动机构相连，所述垂直升降机构和水平运动机构分别与驱动单元相连，分别用于调整辅助冲洗装置上水枪的俯仰及旋转角度，使其对准作业对象，来辅助水冲机器人进行冲洗作业。
在本发明中，驱动单元可选用液压动力单元，垂直升降机构和水平运动机构可分别选用俯仰摆动油缸和水平摆动油缸。需要说明的是，驱动单元、垂直升降机构和水平运动机构也可以选用现有的其他结构单元。
以驱动单元选用液压动力单元，垂直升降机构和水平运动机构可分别选用俯仰摆动油缸和水平摆动油缸为例：
水平摆动油缸的流量设置为q1，俯仰摆动油缸的流量设置为q2，则液压动力单元的流量q＝q1+q2。
在具体实施例中，移动支架上还布置支腿和水平仪，所述水平仪用于辅助冲洗装置在作业前的平衡，保持冲洗作业的稳定性。
本发明的移动支架可选为人工行走方式，在冲洗支架上布置水平仪，便于在作业前进行支腿的找平，保持冲洗作业的稳定性。
在具体实施例中，垂直升降机构还与直线位移传感器相连，所述直线位移传感器用于实时检测垂直升降机构的升降高度并传送至控制器。
在具体实施例中，绝缘杆件上还安装有激光传感器和倾斜角传感器，所述激光传感器和倾斜角传感器分别与控制器相连；
所述激光传感器用于对在辅助冲洗装置冲洗作业前对绝缘子进行标定，所述倾斜角传感器用于作业开始后实时检测所述辅助冲洗装置本体的倾斜角度，所述控制器用于根据绝缘子的标定结果和辅助冲洗装置本体的倾斜角度，判断绝缘子的位置和状态，进而制定的水冲洗策略。
由于水枪是水冲洗机器人的末端段执行元件，水枪的性能决定着水冲洗的质量。因此，合适的喷嘴类型和参数，能够显著地提升水射流的效率。
因此，本发明中的水枪为圆锥带圆柱出口段型喷嘴的水枪。
其中，圆锥带圆柱出口段型喷嘴的水枪的特点为水柱射程远，水流密度高，水流不易散花。
圆锥带圆柱出口段型喷嘴的圆锥段的收缩角的取值为13°～14°之间；圆柱段的长度和水枪出口的直径比值在2.5～3之间。其中，圆锥带圆柱出口段型喷嘴在结构上由圆锥段和圆柱段组成，上述圆锥段的收缩角α喷的取值以及圆柱段的长度l2和水枪出口的直径d2比值，能够保证射流的水冲洗的效果。
水枪的喷嘴的材质为不锈钢材料。因此，设计的水枪喷嘴结构如图4所示。喷嘴通过螺纹连接与水枪连接，便于拆装。
本发明的辅助冲洗装置在冲洗作业的过程中，与水冲洗机器人分别布置于绝缘子的两侧；
辅助冲洗装置和水冲洗机器人采用双枪跟踪法对绝缘子进行冲洗，水冲洗机器人上的水枪作为主水枪并先将污秽冲下，辅助冲洗装置上的水枪作为辅水枪跟踪，用于把主水枪冲下的污水及时冲走来提高冲闪电压。辅助冲洗装置和水冲洗机器人的冲洗作业如图5所示。
其中，辅助冲洗装置和水冲洗机器人的冲洗角度均为120°～180°该冲洗角度范围易于实现与控制，且能够保证辅助冲洗装置和水冲洗机器人两者冲洗的效率。
在辅助冲洗装置开始冲洗工作之前，将辅助冲洗装置移动时，支腿收回，由人工推至作业位置，保持移动支架位于水平面，支腿伸出固定，调整辅助冲洗装置上水枪的旋转及俯仰角度，使其对准作业对象，来辅助水冲机器人进行冲洗作业。
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 (8)

1.一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，
所述变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统为一双闭环系统；
其中，外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，其分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及变电站设备带电水冲洗机器人本体的泄露电流变化并均传送至控制器；所述控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到变电站设备带电水冲洗机器人的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至变电站设备带电水冲洗机器人来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；
内环控制器包括激光测距仪，其用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的作业距离并反馈至控制器内，实现对作业距离的闭环控制；及
压力传感器，其用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的绝缘性能，起到安全防护的作用；
变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置为一双闭环系统；
其中，外环控制系统包括在线式水阻率检测仪和泄露电流检测仪，其分别用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及辅助冲洗装置本体的泄露电流变化并均传送至控制器；所述控制器用于根据接收到的信息及预设的专家库，得到带辅助冲洗装置的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至辅助冲洗装置来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；
内环控制器包括激光测距仪，其用于实时检测辅助冲洗装置的作业距离并反馈至控制器内，实现对作业距离的闭环控制；及
压力传感器，其用于实时检测辅助冲洗装置的喷水压力并反馈至控制器内，实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的辅助冲洗装置的绝缘性能，起到安全防护的作用；
所述辅助冲洗装置包括可拆卸的上下两部，其中上部为绝缘冲洗机构；所述绝缘冲洗机构包括绝缘杆件；
所述绝缘杆件上还安装有激光传感器和倾斜角传感器，所述激光传感器和倾斜角传感器分别与控制器相连；
所述激光传感器用于对在辅助冲洗装置冲洗作业前对绝缘子进行标定，所述倾斜角传感器用于作业开始后实时检测所述辅助冲洗装置本体的倾斜角度，所述控制器用于根据绝缘子的标定结果和辅助冲洗装置本体的倾斜角度，判断绝缘子的位置和状态，进而制定的水冲洗策略；
辅助冲洗装置和水冲洗机器人采用双枪跟踪法对绝缘子进行冲洗，水冲洗机器人上的水枪作为主水枪并先将污秽冲下，辅助冲洗装置上的水枪作为辅水枪跟踪，用于把主水枪冲下的污水及时冲走来提高冲闪电压。
2.如权利要求1所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，该系统还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于变电站设备带电水冲洗机器人本体上，用于实时检测变电站设备带电水冲洗机器人本体行进方向的障碍物信息并传送至控制器进行相应避障。
3.如权利要求1所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，该系统还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于辅助冲洗装置上，用于实时检测辅助冲洗装置行进方向的障碍物信息并传送至控制器进行相应避障。
4.如权利要求1所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，所述辅助冲洗装置的下部为移动机构；所述移动机构包括移动支架，所述移动支架上安装有控制器及与其相连的驱动单元；所述绝缘杆件的下端安装在移动机构上，绝缘杆件的上端安装有水枪，所述水枪还分别与垂直升降机构和水平运动机构相连，所述垂直升降机构和水平运动机构分别与驱动单元相连，分别用于调整辅助冲洗装置上水枪的俯仰及旋转角度，使其对准作业对象，来辅助水冲机器人进行冲洗作业。
5.如权利要求4所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，所述移动支架上还布置支腿和水平仪，所述水平仪用于辅助冲洗装置在作业前的平衡，保持冲洗作业的稳定性。
6.如权利要求4所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，所述垂直升降机构还与直线位移传感器相连，所述直线位移传感器用于实时检测垂直升降机构的升降高度并传送至控制器。
7.如权利要求4所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，所述水枪为圆锥带圆柱出口段型喷嘴的水枪。
8.如权利要求7所述的一种变电站设备带电水冲洗机器人安全防护系统，其特征在于，圆锥带圆柱出口段型喷嘴的圆锥段的收缩角的取值为13°～14°之间；圆柱段的长度和水枪出口的直径比值在2.5～3之间。
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Applicant after: National Network Intelligent Technology Co., Ltd.

Address before: 250101 block B, Yinhe building, 2008 Xinjie street, hi tech Zone, Ji'nan, Shandong.

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