CN108645517A - 一种气体绝缘金属封闭设备红外测温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可搭载在机器人上的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，激光指示模块通过传动单元与计算控制单元连接，图像识别定位模块、红外测温模块分别与计算控制单元连接，通过图像识别定位模块对目标进行定位，然后启动红外测温模块对目标进行红外测温，并将测得的温度数据传输到计算控制单元，计算控制单元通过温差比对法对数据进行相运算；运算处理后形成的行动指示信号传输至数据储存传输单元，装置通过反馈的数据信号进行下一步动作，如果计算控制单元判别目标设备存在发热缺陷，则启动声光报警模块发出告警，同时启动激光指示模块，并将坐标位置信息反馈到传动单元指明过热缺陷点的精确位置。
Description
技术领域
本发明属于电气设备状态监测技术领域，具体涉及一种可搭载在机器人上的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置。
背景技术
气体绝缘金属封闭设备在电力系统中有着极其重要的地位，一旦出现故障，会造成巨大的财产损失以及不良的社会影响等严重后果。电力设备故障一般是由于过流、过载、老化、接触不良、漏电、设备内部缺陷或其他异常导致的，且上述故障一般都会伴随有过度发热的异常现象。因此，通过监控电力设备的表面温度变化可以基本判定电力设备的运行状态是否正常。
目前对气体绝缘金属封闭设备外部温度的监测方式主要为监测人员定期使用手持式红外热像仪对电力设备表面温度进行巡检，必须在规定的安全距离外将红外热像仪对准待测电力设备，调整焦距，继而获得目标的温度值。随着我国电压等级的不断提高，气体绝缘金属封闭设备的体积不断增大，例如：作为一种特殊的气体绝缘金属封闭设备，管廊中气体绝缘金属封闭输电线路(Gas-insulated Metal-enclosed Transmission Line，GIL)长度一般在数百米左右，特殊情况下可达几千米，一则难实现人工高频率巡检，二则人工测温的工作效率较低，将会给电网带来安全隐患，不利于电网的安全运行。另外，传统的红外测温技术中，均是人工逐一对关键节点进行测量，人工巡查的方式工作量较大，且所测得的温度数据大多采用人工记录，重要数据极易丢失，不易立刻得到诊断结论，如能对气体绝缘金属封闭设备实现全自动智能红外测温，及时全面探测关键节点在运行中的温度变化，使其始终处于正常范围内，对防范温度故障事故有非常重要的意义。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可搭载在机器人上的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：包括激光指示模块、传动单元、声光报警模块、图像识别定位模块、红外测温模块、计算控制单元、数据储存传输单元；
所述激光指示模块通过传动单元与计算控制单元连接，图像识别定位模块、红外测温模块分别与计算控制单元连接，通过图像识别定位模块对目标进行定位，然后启动红外测温模块对目标进行红外测温，并将测得的温度数据传输到计算控制单元，计算控制单元通过温差比对法对数据进行相运算；
运算处理后形成的行动指示信号传输至数据储存传输单元以及后台，装置通过反馈的数据信号进行下一步动作，如果计算控制单元判别目标设备存在发热缺陷，则启动声光报警模块发出告警，同时启动激光指示模块，并将坐标位置信息反馈到传动单元指明过热缺陷点的精确位置。
人员到达故障现场后可以从巡视机器人取下红外装置，并根据之前的激光指示位置对可能过热故障点重新进行人工红外测温操作。
所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：还包括升降旋转机构，所述红外测温装置通过升降旋转机构与机器人连接，使得红外测温装置能进行垂直方向上的升降以及在水平方向上进行360度的旋转。装置能作为模块搭载在履带式巡视机器人或轨道式巡视机器人上。红外测温装置能手动解除其余巡视机器人的连接，便于人工进行红外测温的工作。
所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：所述升降旋转机构、数据储存传输单元、声光报警模块、均与计算控制单元连接，计算控制单元具有数据运算功能、控制旋转传动单元、传输信号功能、控制报警功能。
所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：还包括后台数据储存单元，后台数据储存单元与红外测温装置的数据储存传输单元通过无线连接。数据储存传输单元能将数据计算与计算控制单元发来的数据信息传输至后台数据储存单元内，并能调取后台数据储存单元内储存的历史数据。
所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：还包括显示装置，监视人员在后台通过后台数据储存单元将相关数据在后台的显示装置中打开，绘制GIL管道全长最高温度曲线，便于GIL管道全长的温度监视。所述后台数据储存单元能通过调取相关记录在后台显示装置上复现出GIL管道全长的温度曲线。
所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：所述激光指示模块能在出现过热缺陷时启动，通过数据储存传输单元的反馈信号控制传动单元准确指示异常温度点，对缺陷位置进行精准定位。
所述温差比对法为：设红外测温装置捕捉到的环境温度为T0，测得输电管道其中一相的本体最高温度为TMAX，本体最低温度为TMIN，在后台数据储存单元中，该位置下对应相序的管道本体最高温度上次测得值为TMAX-t，那么该部位的本体温度变化百分比：
ΔT本体%=（TMAX-TMIN）/ TMIN×100%；
通过该公式可以得出此位置下该部位本体的温度变化，同样的道理，我们可以得出相同位置下本体温度与历史温度变化的计算公式为：
ΔT历史%=（TMAX-TMAX-t）/ TMAX×100%；
通过以上两组公式计算出的温度变化百分比与相应的标准进行比对，即可得知本次测温下此位置的温度是否异常。
有益效果：本发明提供的可搭载在机器人上的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，与现有技术相比，具有以下优点：本发明在实际应用中，运行人员现场测温之后发现异常温差即可立即使用判别，提高发热缺陷判别的时效性。运行巡检人员只需要在后台监控装置传输的测量温度信息即可，不再需要人为对电力设备进行逐段进行温度测量，在大量减少人工巡查的方式工作量较大的问题的同时，能够实现过热缺陷点的实时故障报警及位置指示，且将对较长的GIL管道可在后台进行全范围的测温值的复现，并与历史储存的温度数据进行比对，有效提高输电管廊GIL监测的工作效率，减少现有技术人为巡检红外检测中存在的安全隐患，从而对输电线路、运行电网提供有效可靠的安全保障。能有效解决现有技术中人工测温存在的相关问题，以达到对类似于管廊型GIL设备等大型气体绝缘金属封闭设备无遗漏监视、及发热位置的及时报警，从而更有利于电网的整体安全运行。
附图说明
图1为本发明红外测温装置的系统图；
图2为本发明中模块及结构示意图；
图3为本发明中操作面板及相关功能按键的示意图。
图4为本发明实施例红外测温装置进行测温时发现超温过热故障点启动激光进行精确位置指示的示意图；
图5为本发明红外测温装置进行定位后测温的示意图；
图6为本发明实施例红外测温装置对GIL管道进行测温工作时行进路线接拍摄范围的轴向截面示意图；
图7为本发明红外测温装置对GIL管道进行测温工作时行进路线接拍摄范围的轴向截面示意图；
图8为本发明红外测温装置对GIL管道进行测温工作时行进路线接拍摄范围的径向截面示意图；
图9为本发明红外测温装置对GIL管道进行测温工作时行进路线接拍摄范围的径向截面示意图；
图10为本发明红外测温装置测得数据在后台显示装置对GIL温度进行全长上温度曲线复现的示意图；
图11为本发明红外测温装置测得数据在后台显示装置上对GIL三相管道温度分别进行全长上温度曲线复现及对比的示意图；
图中：L01. 激光指示模块，L02. 传动单元，L03. 声光报警模块，L04. 图像识别定位模块，L05. 红外测温模块，L06. 显示装置，L07. 升降旋转机构，L08. 手持装置，L09. 巡视机器人本体，L10. 履带式行进装置，L11. 轨道式行进装置，L12. 计算控制单元，L13.数据储存传输单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，一种搭载在气体绝缘金属封闭输电线路（GIL）管廊巡视机器人上的红外测温装置，包括激光指示模块L01、传动单元L02、声光报警模块L03、图像识别定位模块L04、红外测温模块L05、显示装置L06、升降旋转机构L07、手持装置L08、计算控制单元L12、数据储存传输单元L13，由多个模块组成，该装置实际应用中装载于移动式机器人上，装置可以以模块形式装载于履带式移动机器人、轨道式移动机器人等移动机器人上，必要时可以单独取下进行独立测温的操作。具体以现场实际情况方便应用为主。
激光指示模块L01通过传动单元L02与测温装置的计算控制单元L12连接，图像识别定位模块L04、红外测温模块L05在一侧与计算控制单元L12连接，通过图像识别定位模块L04对目标进行定位，然后启动红外测温模块L05对目标进行红外测温，并将测得的温度数据传输到计算控制单元L12，计算控制单元L12通过温差比对法对数据进行相运算；
运算处理后形成的行动指示信号传输至数据储存传输单元L13以及后台，装置通过反馈的数据信号进行下一步动作，如果计算控制单元L12判别目标设备存在发热缺陷，则启动声光报警模块L03发出告警，同时启动激光指示模块L01，并将坐标位置信息反馈到传动单元L02指明过热缺陷点的精确位置。
人员到达故障现场后可以从巡视机器人取下红外装置，并根据之前的激光指示位置对可能过热故障点重新进行人工红外测温操作。
缺陷判定全过程为图像识别定位模块实时采集空间下被测设备的外观情况，对单相输电管道进行精确定位，红外测温单元对定位后的被测设备区域逐个测温，测得的温度传输至数据计算与控制单元，数据计算与控制单元实时计算温度差值，并将计算的结果通过电信号反馈到声光报警单元、伸缩旋转结构、激光指示模块以及数据储存和传输单元内，伸缩旋转结构单元可在GIL管廊径向方向上下移动、在轴向方向做360度旋转，报警单元发出声光报警信号，激光指示模块发出激光指示到故障位置。
激光指示模块、传动单元、声光报警模块、图像识别定位模块、升降旋转机构、图像识别定位模块、红外测温模块都具有将自身状态信息实时上传给数据计算与控制单元的功能。
温差对比法对发热缺陷判别逻辑为：设红外捕捉到的三相输电管道本体最高温度分别为TAMAX、TBMAX、TCMAX，本体最低温度为TAMIN、TBMIN、TCMIN，环境温度为T0，后台数据库中，该位置的对于的三相管道历史温度分别为TAMAX-t、TBMAX-t、TCMAX-t，那么该部位的本体温度变化百分比：
ΔT本体=（TMAX-TMIN）/ TMIN×100%；
通过该公式可以得出此位置下该部位本体的温度变化，同样的，也可以得出相同位置下本体温度与历史温度变化的计算公式为：
ΔT历史=（TMAX-TMAX-t）/ TMAX×100%；
通过以上两组公式计算出的温度变化百分比与相应的标准进行比对，即可得知本次测温下此位置的温度是否异常。
温度异常缺陷可分为一般、严重、危急等不同程度。激光指示功能具有精确指示最高温度位置的功能。报警单元具有发出声光报警信号的功能，且能根据缺陷类型进行不同的报警型式，涵盖不同声叫模式和闪光警示模式。
所述后台数据储存单元可以将对GIL管道各段测量的温度在后台显示装置上进行全长范围的复现，复现的形式包括单相、不同相间、相同相与历史值的温度曲线。
如图6、图8所示，该模块装载于履带式移动机器人上的应用情况，图7、图9所示为该模块装载于悬挂轨道式移动机器人上的应用情况，本实施方式以该模块装载于履带式巡视机器人上应用为例。
红外测温装置的系统图如图1所示，履带式机器人接受操作平台发出的控制命令，操作平台的指令由后台数据储存单元提供，后台数据储存单元储存的是红外装置数据计算和控制单元运算后发出的电信号，该电信号同时可靠发至报警、指示和储存单元，保证信号指令在整个系统的唯一性。
图像识别定位模块实时采集空间下被测设备的外观情况，对单相输电管道进行精确定位，红外测温单元对定位后的被测设备区域逐个测温，测得的温度传输至数据计算与控制单元，数据计算与控制单元实时计算温度差值，并将计算的结果通过电信号反馈到声光报警单元、伸缩旋转结构、激光指示模块以及数据储存和传输单元内，伸缩旋转结构单元可在GIL管廊径向方向上下移动、在轴向方向做360度旋转，报警单元发出声光报警信号，激光指示模块发出激光指示到故障位置。
当GIL的A相管路发生过热缺陷时，数据计算和控制单元通过温差对比法，将红外捕捉到的输电管道本体最高温度分别为TAMAX，本体最低温度为TAMIN，环境温度为T0，后台数据库调取的管道历史温度TAMAX-t 输入至预置的计算公式 ΔT本体=（TMAX-TMIN）/ TMIN×100%和ΔT历史=（TMAX-TMAX-t）/ TMAX×100% 里，通过该公式可以得出此位置下该部位本体的温度变化超过标准，判断该位置处发生发热缺陷，此时数据传输至相关单元。
通过该公式判别出A点发生过热缺陷，声光报警装置启动，发出警示音和闪光，提示监控人员故障的存在，激光指示启动，发出激光光线指示在过热点位置，监控人员可以通过巡视机器人的摄像头来确定故障点位置是否可能存在误报。
根据计算控制单元和存储传输单元传来的信息在监视后台复现处GIL全长下的（最高）温度曲线，如图10所示，可以确定故障所在具体地理位置、相位等。A点缺陷为一般发热缺陷，该位置存在温度异常升高的趋势，需要相关人员加强对该点的监视，配合停电计划及时找到缺陷原因并消除缺陷，B点缺陷为危急发热缺陷，应尽快停电进行相关检修，避免事故的扩大，给电网造成更加严重的威胁。
红外装置操作面板如图3所示，具有电源、启动开关、确定、取消、方向选择、摄像、拍照、打印、存储等各种如图标示的各项功能的按钮，当发生发热缺陷时，为了保证缺陷信息无误，监视人员根据上个步骤中得到缺陷位置到现场，取下红外装置，利用面板上的按键对激光指示的缺陷点进行温度的重测，通过打印装置将结果打印出来做好数据储存工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：包括激光指示模块、传动单元、声光报警模块、图像识别定位模块、红外测温模块、计算控制单元、数据储存传输单元；
所述激光指示模块通过传动单元与计算控制单元连接，图像识别定位模块、红外测温模块分别与计算控制单元连接，通过图像识别定位模块对目标进行定位，然后启动红外测温模块对目标进行红外测温，并将测得的温度数据传输到计算控制单元，计算控制单元通过温差比对法对数据进行相运算；
运算处理后形成的行动指示信号传输至数据储存传输单元以及后台，装置通过反馈的数据信号进行下一步动作，如果计算控制单元判别目标设备存在发热缺陷，则启动声光报警模块发出告警，同时启动激光指示模块，并将坐标位置信息反馈到传动单元指明过热缺陷点的精确位置。
2.根据权利要求1所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：还包括升降旋转机构，所述红外测温装置通过升降旋转机构与机器人连接，使得红外测温装置能进行垂直方向上的升降以及在水平方向上进行360度的旋转。
3.根据权利要求2所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：所述升降旋转机构、数据储存传输单元、声光报警模块、均与计算控制单元连接，计算控制单元具有数据运算功能、控制旋转传动单元、传输信号功能、控制报警功能。
4.根据权利要求1所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：还包括后台数据储存单元，后台数据储存单元与红外测温装置的数据储存传输单元通过无线连接。
5.根据权利要求4所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：还包括显示装置，监视人员在后台通过后台数据储存单元将相关数据在后台的显示装置中打开，绘制GIL管道全长最高温度曲线，便于GIL管道全长的温度监视。
6.根据权利要求1所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：所述激光指示模块能在出现过热缺陷时启动，通过数据储存传输单元的反馈信号控制传动单元准确指示异常温度点，对缺陷位置进行精准定位。
7.根据权利要求1所述的气体绝缘金属封闭设备红外测温装置，其特征在于：所述温差比对法为：设红外测温装置捕捉到的环境温度为T0，测得输电管道其中一相的本体最高温度为TMAX，本体最低温度为TMIN，在后台数据储存单元中，该位置下对应相序的管道本体最高温度上次测得值为TMAX-t，那么该部位的本体温度变化百分比：
ΔT本体%=（TMAX-TMIN）/ TMIN×100%；
通过该公式可以得出此位置下该部位本体的温度变化，同样的道理，我们可以得出相同位置下本体温度与历史温度变化的计算公式为：
ΔT历史%=（TMAX-TMAX-t）/ TMAX×100%；
通过以上两组公式计算出的温度变化百分比与相应的标准进行比对，即可得知本次测温下此位置的温度是否异常。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181012 |