CN108957250A - 一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统和探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，包括将光信号转换成电压信号的传感器接收模块，传感器接收模块依次连接高速模数转换器、微处理器模块、存储单元，微处理器模块连接能够提供位置信息的无人机模块，传感器接收模块、微处理器模块均连接电源管理模块；采用多路分集技术，相比于单路接收传感器，对放电点的定位更加精确，并且明显提高了检测信号的信噪比从而进一步提升了系统检测准确度，降低了误检、漏检率；一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，结合无人机技术，实现定期、快速、智能化、信息化的电力线电晕巡检。

Description

一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统和探测方法

技术领域

本发明属于输电设备电晕探测技术领域，涉及一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，本发明还涉及一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法。

背景技术

随着我国电力行业的逐步发展，电网规模日益扩大，电网的正常运作与国家和人民息息相关。电力设施中发生的故障或事故，往往与绝缘材料的绝缘强度紧密关联。运转操作、使用年数、使用频度及使用环境等因素都会导致绝缘材料逐年裂化，若发生停电，尤其是大面积停电，会给国民经济重要部门的生产和运作造成严重后果。

近年来，超声波检测法、红外热成像法、紫外成像法、紫外脉冲法等在线非接触式方法由于检测安全、方便、对电网影响小、易于操作等优点被广泛用于输电设施电晕探测领域。非接触式探测方法通过探测电晕放电时存在的各类辐射信号进行判别是否出现电晕放电现象和电晕放电的强弱。由于实际工程中，探测器存在对准偏差，并且在非接触探测中，被探测信号在空气信道传输过程中会受到不同程度的噪声影响，以至于探测结果会产生虚检、漏检现象。

随着无人机技术的迅速发展，其定位系统以及飞行中易操作、控制的特点越来越广泛的为人们所应用，而无人机技术与多路分集技术结合使用，也将成为一个新的发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，能够大幅度提高探测、定位的准确度。

本发明的另一目的是提供一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，包括将光信号转换成电压信号的传感器接收模块，传感器接收模块分别连接电源管理模块、高速模数转换器，高速模数转换器依次连接微处理器模块、存储单元，微处理器模块连接能够提供位置信息的无人机模块，电源管理模块还连接微处理器模块。

本发明的特点还在于：

传感器接收模块包括光电倍增单元，光电倍增单元输入端为光敏区，光电倍增单元输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，电压放大器连接高速模数转换器。

光电倍增单元包括多个光电倍增管，每个光电倍增管的输入端端口1cm处设置有紫外滤光片，且紫外滤光片正对光电倍增管管口。

本发明的所采用的第二种技术方案是，一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，采用一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1、开启无人机模块，沿输电线规划巡检路线，同时根据输电线的材质和输电电压设置预设脉冲数值；

步骤2、开启电源管理模块，通过传感器接收模块随着无人机模块沿规划巡检路线采集数据信息，并将数据信息传输至微处理器模块；

步骤3、微处理器模块根据接收到的数据信息，判断是否存在放电信息：

若存在放电信息，则微处理器模块产生警报次数信息，并通过无人机模块进行定位产生相应的位置信息；

若不存在放电信息，则重复执行步骤3；

步骤4、微处理器模块将警报次数信息以及相应的位置信息存储至存储单元；

步骤5、按照规划巡检路线完成后，停止无人机模块飞行，取出存储单元，读取存储单元中的警报次数信息以及相应的位置信息。

步骤1具体过程为：开启无人机模块，对巡检路线进行实地勘察，飞行路线设定在输电线双侧，距离输电线水平距离为15m-20m，高度与被测输电线平行。

步骤2中传感器接收模块包括光电倍增单元，光电倍增单元输入端为光敏区，光电倍增单元输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，电压放大器连接高速模数转换器；

光电倍增单元包括多个光电倍增管，每个光电倍增管的输入端端口1cm处设置有紫外滤光片，且紫外滤光片正对光电倍增管管口。

步骤2具体过程为：

步骤2.1、将多个光电倍增管进行编号：y1，y2，y3…yn，(n≥1)；

步骤2.2、通过高速模数转换器对多个光电倍增管采集的数据信息进行采样并转换成脉冲信号，脉冲信号按光电倍增管编号进行计数为：a1，a₂，a₃…a_n，(n≥1)；

步骤2.3、将计数和位置信息传输至微处理器模块。

步骤3中判断是否存在放电信息具体过程为：

步骤3.1、通过微处理器模块统计第m路脉冲比将各路脉冲比分别分配到所在路径作为信号的加权系数；

步骤3.2、将n条路径信号合并为一路总脉冲数值通过紫外脉冲法判断该总信号是否超越预设脉冲数值时：

当所得y大于预设脉冲数值时，存在放电现象；

当所得y小于预设脉冲数值时，不存在放电现象。

本发明的有益效果是：

1)本发明一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，采用多路分集技术，相比于单路接收传感器，对放电点的定位更加精确，并且明显提高了检测信号的信噪比从而进一步提升了系统检测准确度，降低了误检、漏检率；

2)一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，结合无人机技术，实现定期、快速、智能化、信息化的电力线电晕巡检。

附图说明

图1是本发明一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统结构示意图；

图2是本发明中光电倍增管的一种位置关系；

图3是本发明一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法的流程图。

图中，1.传感器接收模块，2.微处理器模块，3.无人机模块，4.电源管理模块，5.存储单元，6.高速模数转换器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，如图1所示，包括将光信号转换成电压信号的传感器接收模块1，传感器接收模块1分别连接电源管理模块4、高速模数转换器6，高速模数转换器6依次连接微处理器模块2、存储单元5，微处理器模块2连接能够提供位置信息的无人机模块3，电源管理模块4还连接微处理器模块2。

传感器接收模块1包括光电倍增单元，光电倍增单元输入端为光敏区，光电倍增单元输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，电压放大器连接高速模数转换器6。

光电倍增单元包括多个光电倍增管，每个光电倍增管的输入端端口1cm处设置有紫外滤光片，且紫外滤光片正对光电倍增管管口。

紫外滤光片检测波段为200～280nm的日盲紫外光波段。

如图2所示，为传感器接收模块1包括5个光电倍增管时，光电倍增管的位置摆放关系。

电源管理模块4给整个系统提供电能，特别的经过高压模块和驱动电路处理可实现对光电倍增管的供电。

无人机模块3为单独运行的模块，可与探测系统进行信息交互，实现对探测装置的承载和提供实时经纬、高度信息。

微处理器模块2对各个信号进行处理、整合、分析、判别和本地存储等操作。

存储单元5可以为SD卡，方便对数据的转移。

一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，采用一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，如图3所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1、开启无人机模块3，沿输电线规划巡检路线，同时根据输电线的材质和输电电压设置预设脉冲数值；

开启无人机模块3，对巡检路线进行实地勘察，飞行路线设定在输电线双侧，距离输电线水平距离为15m-20m，高度与被测输电线平行。

谨防无人机出现故障时对输电设施造成毁坏，充分考虑地形地貌对巡航路线带来的影响后，通过智能编程对无人机巡检航线进行规划，来实现无人机巡检过程中的自主飞行。通过对于巡检路线的规划，可实现多次定期巡检，极大提高工作效率。

步骤2、开启电源管理模块4，通过传感器接收模块1随着无人机模块3沿规划巡检路线采集数据信息，并将数据信息传输至微处理器模块2；

传感器接收模块1包括光电倍增单元，光电倍增单元输入端为光敏区，光电倍增单元输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，电压放大器连接高速模数转换器6；

光电倍增单元包括多个光电倍增管，每个光电倍增管的输入端端口1cm处设置有紫外滤光片，且紫外滤光片正对光电倍增管管口；

具体过程为：

步骤2.1、将多个光电倍增管进行编号：y1，y2，y3…yn，n≥1；

步骤2.2、通过高速模数转换器6对多个光电倍增管采集的数据信息进行采样并转换成脉冲信号，脉冲信号按光电倍增管编号进行计数为：a1，a₂，a₃…a_n，n≥1；

采样速率为20MSPS；

步骤2.3、将计数和位置信息传输至微处理器模块2。

步骤3中判断是否存在放电信息具体过程为：

步骤3.1、通过微处理器模块2统计第m路脉冲比将各路脉冲比分别分配到所在路径作为信号的加权系数；

步骤3.2、将n条路径信号合并为一路总脉冲数值通过紫外脉冲法判断该总信号是否超越预设脉冲数值时：

当所得y大于预设脉冲数值时，存在放电现象；

当所得y小于预设脉冲数值时，不存在放电现象。

步骤4、微处理器模块2将警报次数信息以及相应的位置信息存储至存储单元5；

步骤5、停止无人机模块3飞行，取出存储单元5，读取存储单元5中的警报次数信息以及相应的位置信息。

实施例

采用本发明一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，包括将光信号转换成电压信号的传感器接收模块1，传感器接收模块1依次连接高速模数转换器6、微处理器模块2、存储单元5，微处理器模块2连接能够提供位置信息的无人机模块3，传感器接收模块1、微处理器模块2均连接电源管理模块4。

传感器接收模块1包括5个光电倍增管位置摆放关系如图1所示，编号分别为1，2，3，4，5，每个光电倍增管的视场角为15°，外围的四个光电倍增管形成边长为200mm的正方形，光电倍增管的光敏区端口1cm处设置有直径为40mm的紫外滤光片，检测波段为200～280nm的日盲紫外光波段，光电倍增管输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，电压放大器连接高速模数转换器6。

光电倍增管具体定位方法如下：

以1号光电倍增管为原点，2、3号光电倍增管作为Y轴，4、5号光电倍增管作为X轴。当判断存在放电点时，将合并信号中的脉冲数量与各路径采样信号中的脉冲数量进行对比，定出平面坐标下的位置信息，整合无人机提供的经纬、高度信息，生成空间位置信息。

探测方法按照以下步骤实施：

步骤1、首次对输电设施巡检前，无人机应当先对巡检路线进行实地勘察，飞行路线设定在输电线双侧，距离输电线水平距离为20m，高度与被测输电线平行，同时根据输电线的材质和输电电压设置预设脉冲数值；

步骤2、开启电源管理模块4，通过传感器接收模块1随着无人机模块3沿规划巡检路线采集数据信息，并将数据信息传输至微处理器模块2；

具体过程为：

步骤2.1、将多个光电倍增管进行编号：1，2，3，4，5；

步骤2.2、通过高速模数转换器6对多个光电倍增管采集的数据信息进行采样并转换成脉冲信号，脉冲信号按光电倍增管编号进行计数为：a₁、a₂、a₃、a₄、a₅；

步骤2.3、将计数和位置信息传输至微处理器模块2。

步骤3、微处理器模块2根据接收到的数据信息，判断是否存在放电信息：

步骤3.1、通过微处理器模块2统计第m路脉冲比w_m＝a_m/(a₁+a₂+a₃+a₄+a₅)，将各路脉冲比分别分配到所在路径作为信号的加权系数；

步骤3.2、将5条路径信号合并为一路总脉冲数值通过紫外脉冲法判断该总信号是否超越预设脉冲数值：

当所得y大于预设脉冲数值时，存在放电现象，则微处理器模块2产生警报次数信息，并通过无人机模块3进行定位产生相应的位置信息；

当所得y小于预设脉冲数值时，不存在放电现象，则执行步骤2。

步骤4、微处理器模块2将警报次数信息以及相应的位置信息存储至存储单元5；

步骤5、停止无人机模块3飞行，取出存储单元5，读取存储单元5中的警报次数信息以及相应的位置信息。

本具体实施例以紫外脉冲法为基础，采用多路分集技术对放电现象进行检测，相比于单接收传感器，对放电点的定位更加精确，并且提高了检测信号20％的信噪比，进一步提升了系统检测准确度，降低了误检、漏检率。

通过上述方式，本发明一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，采用多路分集技术，相比于单路接收传感器，对放电点的定位更加精确，并且明显提高了检测信号的信噪比从而进一步提升了系统检测准确度，降低了误检、漏检率；一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，结合无人机技术，实现定期、快速、智能化、信息化的电力线电晕巡检。

Claims (8)

1.一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，其特征在于，包括将光信号转换成电压信号的传感器接收模块(1)，传感器接收模块(1)分别连接电源管理模块(4)、高速模数转换器(6)，高速模数转换器(6)依次连接微处理器模块(2)、存储单元(5)，微处理器模块(2)连接能够提供位置信息的无人机模块(3)，电源管理模块(4)还连接微处理器模块(2)。

2.根据权利要求1所述的一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，其特征在于，所述传感器接收模块(1)包括光电倍增单元，光电倍增单元输入端为光敏区，光电倍增单元输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，所述电压放大器连接高速模数转换器(6)。

3.根据权利要求2所述的一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，其特征在于，所述光电倍增单元包括多个光电倍增管，每个所述光电倍增管的输入端端口1cm处设置有紫外滤光片，且紫外滤光片正对光电倍增管管口。

4.一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种无人机载的多路分集电力线电晕探测系统，具体按照以下步骤实施：

步骤1、开启无人机模块(3)，沿输电线规划巡检路线，同时根据输电线的材质和输电电压设置预设脉冲数值；

步骤2、开启电源管理模块(4)，通过传感器接收模块(1)随着无人机模块(3)沿规划巡检路线采集数据信息，并将数据信息传输至微处理器模块(2)；

步骤3、微处理器模块(2)根据接收到的数据信息，判断是否存在放电信息：

若存在放电信息，则微处理器模块(2)产生警报次数信息，并通过无人机模块(3)进行定位产生相应的位置信息；

若不存在放电信息，则重复执行步骤3；

步骤4、微处理器模块(2)将警报次数信息以及相应的位置信息存储至存储单元(5)；

步骤5、按照规划巡检路线完成后，停止无人机模块(3)飞行，取出存储单元(5)，读取存储单元(5)中的警报次数信息以及相应的位置信息。

5.根据权利要求4所述一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，其特征在于，步骤1具体过程为：开启无人机模块(3)，对巡检路线进行实地勘察，飞行路线设定在输电线双侧，距离输电线水平距离为15m-20m，高度与被测输电线平行。

6.根据权利要求4所述一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，其特征在于，步骤2中所述传感器接收模块(1)包括光电倍增单元，光电倍增单元输入端为光敏区，光电倍增单元输出端依次连接I/U转换器、电压放大器，所述电压放大器连接高速模数转换器(6)；

所述光电倍增单元包括多个光电倍增管，每个所述光电倍增管的输入端端口1cm处设置有紫外滤光片，且紫外滤光片正对光电倍增管管口。

7.根据权利要求6所述一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，其特征在于，步骤2具体过程为：

步骤2.1、将多个光电倍增管进行编号：y₁，y₂，y₃…y_n，(n≥1)；

步骤2.2、通过高速模数转换器(6)对多个光电倍增管采集的数据信息进行采样并转换成脉冲信号，脉冲信号按光电倍增管编号进行计数为：a₁，a₂，a₃…a_n，(n≥1)；

步骤2.3、将计数和位置信息传输至微处理器模块(2)。

8.根据权利要求7所述一种无人机载的多路分集电力线电晕探测方法，其特征在于，步骤3中判断是否存在放电信息具体过程为：

步骤3.1、通过微处理器模块(2)统计第m路脉冲比将各路脉冲比分别分配到所在路径作为信号的加权系数；

步骤3.2、将n条路径信号合并为一路总脉冲数值通过紫外脉冲法判断该总信号是否超越预设脉冲数值时：

当所得y大于预设脉冲数值时，存在放电现象；

当所得y小于预设脉冲数值时，不存在放电现象。