CN110174064A - 一种电力故障检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力故障检测系统，包括服务器和设置在输电线上的破冰机器人；破冰机器人上设有摄像头和遥控信号接收模块；破冰机器人还设有无线传输模块；摄像头采集的图像通过无线传输模块上传到服务器；服务器基于所述的图像判断是否存在故障或故障隐患；破冰机器人前端设有环绕式破冰机构；环绕式破冰机构由2个半环形构件组成，2个半环形构件合并时，能形成一个圆环形的破冰构件；环绕式破冰机构的前端沿周线均匀设置有多个破冰单元；每一个破冰单元具有一个由电磁铁驱动的破冰刺(10)；破冰刺与圆环形的破冰构件的轴线的夹角为10‑60度。该电力故障检测系统能全方位的检测电能质量及检测是否存在故障隐患，易于实施。

Description

一种电力故障检测系统

技术领域

本发明涉及一种电力故障检测系统。

背景技术

电力系统由于用电负荷的变化以及各种短路故障的存在，其供电质量发生变化，如用电高峰时电压下降，功率因数过小，谐波分量过大以及电路故障时电流显著上升等，都会对稳定供电造成影响，因此，有必要对电能质量进行监控。

另外，在冰冻天气，输电线和电塔往往会包裹一个冰层，从而容易导致电线断路以及电塔不看负荷而倒塌，也就是说，在灾害天气，容易形成各种故障隐患，现有技术中缺少对这些故障隐患处理的装置和系统，因此，有必要设计一种新的电力故障检测系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力故障检测系统，该电力故障检测系统集成度高，易于实施。

发明的技术解决方案如下：

一种电力故障检测系统，包括服务器和设置在输电线上的破冰机器人；

破冰机器人上设有摄像头和遥控信号接收模块；破冰机器人还设有无线传输模块；

摄像头采集的图像通过无线传输模块上传到服务器；服务器基于所述的图像判断是否存在故障或故障隐患；

破冰机器人前端设有环绕式破冰机构；环绕式破冰机构由2个半环形构件组成，2个半环形构件合并时，能形成一个圆环形的破冰构件，2个半环形构件打开时，便于环绕式破冰机构套装在输电线上；

环绕式破冰机构的前端沿周线均匀设置有多个破冰单元；每一个破冰单元具有一个由电磁铁驱动的破冰刺(10)；破冰刺与圆环形的破冰构件的轴线的夹角为10-60度。

无线传输模块为3G，4G和5G模块。

在输电线区域部署带摄像头的飞行器。

飞行器和行走机器人内均设有锂电池和为锂电池充电的恒流充电电路。

电力设备上设有温度传感器，温度传感器的输出信号为Vin；Vin经可调放大倍数的放大器放大后进入MCU的ADC端口；

所述的Vin经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

另外MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同。

有益效果：

本发明的电力故障检测系统，具有以下特点：

(1)采用飞行器作为巡检终端，能实现视频采集，还能采用飞行器实施破冰作业。

(2)采用专用的破冰机器人对输电线实施冲击式破冰，破冰效率高。

(3)采用变压器获取高压输电线上的电能，解决了飞行器和破冰机器人的电源问题。

(4)飞行器具有平衡杆，通过改变一侧的力臂，便于实现飞行器的平稳飞行，另外，飞行器上设有轮式行走机构，便于检测和破冰时在输电线上行走。

(5)飞行器和破冰机器人还能进一步检测输电线的直径，采集的图像或视频从而判断是否有冰冻发生。

另外，本发明还具有以下特征：

(1)基于移动检测终端的输电线直径检测；

(2)充电控制。

采用恒流充电电路为室内的锂电池充电。

(3)监控系统采用多子镜头的复合式相机，可以自动切换子镜头以调节焦距，灵活性好，且能获得不同视场的图像，便于准确地判断故障以及有效的实施图像监控。

综上所述，本发明的电力故障检测系统功能丰富，易于实施。

附图说明

图1为系统总体结构示意图；

图2为飞行器俯视图；

图3为飞行器主视图；

图4为飞行器侧视图；

图5为带除冰机构的飞行器侧视图；

图6为除冰机器人总体结构示意图；

图7为除冰机构前端结构示意图(闭合状态时的结构图)；

图8为除冰机构打开状态的结构示意图；

图9为除冰机构剖面图；

图10为除冰模块结构示意图；

图11为取电模块闭合时的结构示意图；

图12为取电模块部分打开时的结构示意图；

图13为夹头式直径检测机构结构示意图；

图14为活动端、固定端与凹槽相对位置示意图；

图15为复合式镜头及相机的连接示意图；

图16为显示屏调光示意图；

图17为恒流充电原理图；

图18为温度检测模块电路示意图。

标号说明：1-飞行器主机，2-飞行臂，3-平衡杆，4-相机，5-输电线，6-行走轮，7-连接杆，8-夹具；

9-破冰机主机，10-破冰刺，11-电磁铁，12-拉簧，13-破冰机构。

31-导槽，32-滑块。

81-半圆形磁环，82-副边绕组。

306-静臂，307-动臂，308-拉绳固定件，309-安装座，310-滑轮，311-拉绳，312-动臂驱动装置，313-活动端，314-凹槽，315-固定端。c为单个夹臂固定宽度；

71-子镜头，72-复合式镜头，73-转轴，74-光反射片，75-光电发射与接收装置，76-CCD传感器，77-机身。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1：

如图1-12，电力故障检测系统具有电能质量检测系统，包括服务器、巡检终端和多个现场监测终端；

现场监测终端固定在输电线或变电站的各检测点，用于检测监测点的电压和电流；现场监测终端将采样的电流和电压信息传送到服务器；

服务器中具有数据分析模块，用于分析电路的电能质量，电能质量包括判定电压、电流和各次谐波(又称为畸变率)是否超出预设的值；

巡检终端包括飞行器，飞行器上设有相机4；飞行器采集的图像和视频发送到服务器。飞行器用于查看监测点处是否存在固定松动，或设备损坏。

所述的飞行器包括飞行器主机1和设置在飞行器主机上的多个飞行臂2，飞行臂的外端部设有旋翼；相机设置在飞行器主机的顶部；

飞行器的两侧各设有一根圆柱形或圆管形的平衡杆3；2根平衡杆共轴线；其中一根平衡杆上设有沿平衡杆轴向的导槽31，导槽内设有由电机驱动的滑块32；在电机的驱动下，滑块能沿导槽滑动，滑块滑动能改变飞行器整体的左右平衡，有利于节约能耗，而且，滑块可以通过拉线的方式由电机拉动，具体的滑块一端设有复位弹簧，另一端通过拉线连接电机的输出轴，电机正向旋转时，能拉动滑块滑动，电机反向滑动时，在复位弹簧的作用下，滑块能回复到初始位置，具体结构为现有常用结构；

飞行器主体内设有锂电池和用于为锂电池充电的充电电路；锂电池为飞行器提供动力；

飞行器主体的底部设有前后2组用于飞行器在输电线上行走的行走机构；每组行走机构包括一个2个连接杆7和行走轮6；连接杆的上端与飞行器主机的底部，连接杆的下端连接所述的行走轮；两个连接杆在电机的驱动下能向两侧张开或向中间夹拢。电机能驱动行走轮旋转，行走轮与输电线的表面形成摩擦力，从而驱动飞行器在输电线上行走，飞行器的行走相对飞行，更节约能耗；

飞行器底部还设有用于夹紧输电线的夹具8。夹具可以使抱箍，用于在不行走时加紧输电线，在此基础上，可以进一步破冰。

所述的飞行器主体上设置有单向式破冰机构。单向式破冰机构包括多个并排设置的破冰单元。

飞行臂为4个。

巡检终端还包括在地面行走的行走机器人。

破冰单元包括破冰刺10，破冰刺后端具有台阶，破冰刺安装在破冰单元的导槽内，导槽的前端具有拉簧，拉簧的后端与所述的台阶相连，导槽的后端具有电磁铁，电磁铁与复位状态的破冰刺后端具有一端空腔，电磁铁得电时，磁吸力使得破冰刺回退到后端与电磁铁吸附在一起，电磁铁失电后，在拉簧的作用下，破冰刺向前瞬间刺出，冲击冰层，从而起到破冰的作用。电磁铁的得电与失电由脉冲模块驱动和控制，为现有成熟技术。

飞行器上设有定位模块，如北斗模块。

飞行器上设有破冰机构，还能用于对电塔、变压器等不方便普通设备除冰的对象进行除冰。

实施例2：电力故障检测系统对应的用于变电站的电能监测方法

一种用于变电站的电能监测方法，包括以下步骤：

步骤1：数据采集

在变电站的各检测点设置的现场监测终端采集电力数据；

所述的电力数据包括采用电压互感器和电流互感器采集的瞬时的电压和电流幅值；电力数据还可以进一步包括各电力开关的开关状态数据，优选的，通过传感器检测，如通过角度传感器检测开关是否动作，或采用摄像头拍摄照片确认开关是否动作；

步骤2：数据传送

现场监测终端将采集的电力数据传送到服务器；

步骤3：数据处理和监控

服务器对电力数据进行处理，分析出电压幅值及相角、电流幅值及相角、功率因数、谐波参数(包括3,5,7等次谐波的幅值和相位等)、有功功率和无功功率；

处理结果存储在服务器；

监控者通过手机APP或PC机能访问服务器获取监控数据；

在变电站还配置有飞行器用于采集变电站输电线和各设备的图像或视频；

在变电站还配置有行走机器人用于地面巡检。

各现场监测终端均采用总线与采集主机相连，由采集主机将电力数据上传到服务器。

在输电线上设有破冰机器人。

飞行器上设有破冰机构。

各现场监测终端还设有温度检测模块，用于检测各用电设备是否存在发热现象。

飞行器和行走机器人内均设有锂电池和为锂电池充电的恒流充电电路；

实施例3：电力故障检测系统

一种电力故障检测系统，包括服务器和设置在输电线上的破冰机器人；

破冰机器人上设有摄像头和遥控信号接收模块；破冰机器人还设有无线传输模块；

摄像头采集的图像通过无线传输模块上传到服务器；服务器基于所述的图像判断是否存在故障或故障隐患，如检测到输电线的直径与原始直径的差值超过预设值，说明输电线上存在冰冻，存在安全隐患，启动除冰。

破冰机器人前端设有环绕式破冰机构；环绕式破冰机构由2个半环形构件组成，2个半环形构件合并时，能形成一个圆环形的破冰构件，2个半环形构件打开时，便于环绕式破冰机构套装在输电线上；

环绕式破冰机构的前端沿周线均匀设置有多个破冰单元；每一个破冰单元具有一个由电磁铁驱动的破冰刺10；破冰刺与圆环形的破冰构件的轴线的夹角为10-60度。优选30度或45度。采用斜向设置在破冰刺，冲击和破击力更强，破冰效果更好，效率更高。打开和合并的控制均为现有成熟技术。

遥控信号接收模块用于接收遥控指令或远程指令。

无线传输模块为3G，4G和5G模块。

在输电线区域部署带摄像头的飞行器。

飞行器和行走机器人内均设有锂电池和为锂电池充电的恒流充电电路。

另外，本发明的系统还包括以下几个部分：

(一)输电线直径检测机构

设置在破冰机器人前端以及飞行机器人前端；

如图13-14，所述的夹头包括静臂306、动臂307以及用于驱动动臂的动臂驱动装置；静臂的前端与动臂的前端平行；夹头上设有用于测量静臂与动臂之间间距的位移检测装置；

位移检测装置和车载相机检测的数据发送到MCU；通信模块和存储模块均与MCU相连。

支撑平台上设有竖直伸缩杆，竖直伸缩杆上设有水平伸缩杆，水平伸缩杆的前端部设有夹头，而且，竖直伸缩杆和水平伸缩杆均为电动机构，因此，夹头能上下和前后运动，加之行走机构为履带式行走机构，因此，夹头能在三维空间自由活动，便于检测直径。

直径D＝L+2*c；c为单个夹臂固定宽度，L为传感器检测得到的长度。

位移检测装置为滑轮-拉绳式位移检测装置。或者磁感应位移检测装置。

滑轮-拉绳式位移检测装置包括码盘、滑轮310和拉绳311；码盘设置在滑轮上，能随码盘同轴同步旋转；码盘输出的脉冲信号与MCU的输入端相连；

滑轮设置在静臂上，拉绳的一端绕装在滑轮上，拉神的另一端固定的动臂上；

或者，滑轮设置在动臂上，拉绳的一端绕装在滑轮上，拉神的另一端固定的静臂上。优选的，拉绳的另一端接在拉绳固定件上。拉绳固定件固定在动臂或静臂上。

滑轮上设有扭簧，以保持拉绳的一定的张力，从而提高测量的准确度。

滑轨中设有与动臂相连的活动端，静臂与滑轨固定连接；活动端设置在凹槽中，能沿滑轨滑动。设置滑轨的作用是用于保障动臂开合顺畅。

动臂驱动装置为电动推拉杆或气缸。电动推拉杆优选为齿轮-齿条机构。电机带动齿轮旋转，带动齿条运动，齿条与动臂相连。

动臂驱动装置为电动推拉杆或气缸。电动推拉杆优选为齿轮-齿条机构。电机带动齿轮旋转，带动齿条运动，齿条与动臂相连。

(二)如图15，相机为多镜头复合相机。多镜头复合相机包括复合式镜头，复合式镜头上设有转轴73；复合式镜头内集成有不同焦距的4个子镜头71；子镜头沿复合式镜头的周向均匀布置；初始状态下，复合式镜头的一个子镜头与相机的CMOS光传感器(或CCD传感器)对准，复合式镜头每转90度，则切换一个子镜头；复合式镜头的后端还设有与所述光电发射与接收装置适配的光反射片74；机身内还设有用于驱动镜头旋转的步进电机。光电发射与接收装置和光反射片可以是多套，优选2套，呈轴线对称，对准效果更好，只有2套光电发射与接收装置和光反射片都对准后，才认为镜头与CCD传感器对准了，这样对准精度更高。

(三)如图16，行走机器人上设有显示屏，行走机器人上设有用于调节显示屏发光亮度的亮度调节电路；所述的亮度调节电路包括MCU、LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；行走机器人上设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；

电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；

LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。

(四)如图17，恒流充电电路包括恒压驱动芯片和电流反馈电路；

(1)恒压驱动芯片的电压输出端为恒流充电电路的正输出端VOUT+；恒压驱动芯片的负输出端接地；

恒压驱动芯片由直流电压供电端VIN+和VIN-供电；

(2)所述的电流反馈电路包括电阻R1、R2和R5和参考电压端VREF+；

参考电压端VREF+通过依次串联的电阻R1、R2和R5接地；

电阻R5与R2的连接点为恒流充电电路的负输出端VOUT-；

电阻R1与R2的连接点接恒压驱动芯片的反馈端FB。

恒流充电电路还包括电压反馈电路；

电压反馈电路包括电阻R3和R4以及二极管D1；

电阻R3和R4串联后接在恒流充电电路的正输出端VOUT+与地之间；电阻R3和R4的连接点接二极管D1的阳极；二极管D1的阴极接恒压驱动芯片的反馈端FB。

(五)，如图18，电力设备如变压器等上设有温度传感器，温度传感器的输出信号为Vin；

Vin经可调放大倍数的放大器放大后进入MCU的ADC端口(即具有A/D转换功能的端口)；

所述的Vin经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

另外MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0。可以方便地实现量程和精度切换，提高检测精度

(六)飞行器及其他机器人的主机外壳采用高强度塑料制备。

所述高强度塑料由如下重量份的原材料组成:由间苯二甲酸和丙二醇的缩聚而成的不饱酯树脂27份,由对苯二甲酸和丙二醇缩聚而成的不饱和聚酯树脂26份,环烷酸钴0.2过氧化甲乙酮0.5份,碳酸钙20份,多元醇0.3份,铜粉末8份,氧化硅粉末7份,碳纤维18份。

所述高强度塑料由如下方法加工制成

a.首先将由间苯二甲酸和丙二醇的缩聚而成的不饱和聚酯树脂和由对苯二甲酸和丙二醇缩聚而成的不饱和聚酯树脂混合构成混合树脂,然后将环烷酸钴、过氧化甲乙酮、碳酸钙、多元醇加入到混合树脂中,用搅拌机混合均匀,得到树脂糊一；自然冷却至常。

b.将冷却后的树脂糊一重新加热至糊状,然后掺入铜粉末和氧化硅粉末,用搅机混合均匀,得到树脂糊二

c.将制成的树脂糊二在捏合机中浸润碳纤维,碳纤维限定在3min之内加入完全，捏合15～18min之后让其充分混合；最后于常温下放置24小时得到高强度塑料。

经过上述方法得到高强度塑料性能指标如下：

完全强度达到287MPa，测试标准ISO178-2001E；

冲击强度168KJ/m^2；采用ISO179-2000E；

成型收缩率为0.12％，ISO2577-1984E。

(七)如图11,12，采用开合式变压器从输电线上取电，开合式变压器的核心在于2个半圆形磁环81可以合并形成一个完整的圆环形磁环，每一个半圆形磁环均绕制有绕组，绕组中产生的感应电压经降压及整流后形成直流电，从而对锂电池进行充电，以及驱动飞行器破冰以及驱动除冰机器人行走和破冰，解决了高空除冰机器人以及飞行器除冰时的能源供应。磁环采用开合式结构，便于与输电线分离，灵活性好，变压器上具有开合驱动机构驱动2个半圆形磁环合并和打开，开合驱动机构为现有成熟的机构。

Claims (5)

1.一种电力故障检测系统，其特征在于，包括服务器和设置在输电线上的破冰机器人；

破冰机器人上设有摄像头和遥控信号接收模块；破冰机器人还设有无线传输模块；摄像头采集的图像通过无线传输模块上传到服务器；服务器基于所述的图像判断是否存在故障或故障隐患；

破冰机器人前端设有环绕式破冰机构；环绕式破冰机构由2个半环形构件组成，2个半环形构件合并时，能形成一个圆环形的破冰构件，2个半环形构件打开时，便于环绕式破冰机构套装在输电线上；

环绕式破冰机构的前端沿周线均匀设置有多个破冰单元；每一个破冰单元具有一个由电磁铁驱动的破冰刺(10)；破冰刺与圆环形的破冰构件的轴线的夹角为10-60度。

2.根据权利要求1所述的电力故障检测系统，其特征在于，无线传输模块为3G，4G和5G模块。

3.根据权利要求1所述的电力故障检测系统，其特征在于，在输电线区域部署带摄像头的飞行器。

4.根据权利要求3所述的电力故障检测系统，其特征在于，飞行器和行走机器人内均设有锂电池和为锂电池充电的恒流充电电路。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电力故障检测系统，其特征在于，电力设备上设有温度传感器，温度传感器的输出信号为Vin；

Vin经可调放大倍数的放大器放大后进入MCU的ADC端口；

所述的Vin经电阻R0的接运算放大器LM393的反相输入端，运算放大器LM393的同向输入端经电阻R0接地，运算放大器LM393的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接4选一选择器的4个输入通道，4选一选择器的输出通道接运算放大器LM393的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；

另外MCU的2个输出端口分别接4选一选择器的通道选端A和B；

Vout与Vin的计算公式：

Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同。