CN110977926A - 电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法、系统及介质 - Google Patents

电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法、系统及介质，放电定位方法包括获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。本发明可利用电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂通过姿态调节获取两组时间差信息并解算出局部放电信号源的位置，具有定位准确、解算简单、安全可靠、适用于电缆隧道自动巡检作业的优点。

Description

电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法、系统及介质
技术领域
本发明涉及电缆隧道的局部放电检测技术，具体涉及一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法、系统及介质。
背景技术
在我国，大部分电缆主要铺设在隧道中，绝缘电力电缆作为传输电能的工具，得要求具有较高的供电可靠性和稳定性。对于安装在隧道内的电缆，由于受隧道内部电场、温度、水、酸碱混合物及微生物等环境的影响，导致其绝缘程度越来越低。绝缘性降低极易引发局部放电现象。此外，由于在安装或制造电缆过程中产生缺陷，大幅降低了其本身的绝缘性能，也加速了局部放电发生的可能，容易对电缆在运行过程中发生故障并造成停电事故，必将对电力系统稳定性造成破坏，造成经济损失，那么在发生故障前找出局放源，实现其精准定位尤为重要。目前常见的定位方法：幅值频率法，对不同的位置采集的局放信号在时域和频域上的特征来计算出局放源的位置，但只能得出模糊的定位结果，无法实现精准定位；到达时间分析法，该方法通过在不同位置同时采集局放信号来计算出局放源的位置，该方法需要铺设光纤将位于不同位置的传感器连接到一个采集系统，该发放成本昂贵，可见，传统定位方法存在定位不准与设备成本昂贵的局限性。隧道内部经常存在有各类有毒气体及可燃气体，内部大部分的设备都是高压、高辐射，对于隧道看守人员非常危险，通过机器人所携带UHF传感器进行局放定位，在已知技术上没有先例，本发明方法为机器人携带传感器进行局放定位提供了先例。并通过近年来，人工智能在全世界的兴起与国家对人工智能的大力扶持，其发展具有广阔应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法、系统及介质，本发明可利用电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂通过姿态调节获取两组时间差信息并解算出局部放电信号源的位置，能够对电力电缆的局部放电情况进行检测和定位，实现了局放源的精准定位，克服了对不能长电缆局放检测与定位问题，具有定位准确、解算简单、安全可靠、适用于电缆隧道自动巡检作业的优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法，实施步骤包括：
1)获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；
2)获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；
3)根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。
可选地，步骤1)中的第一时间差信息包括UHF传感器A、UHF传感器B之间的时间差t12，UHF传感器B、UHF传感器C之间的时间差t13，且UHF传感器B为圆点(0,0,0)，设局部放电信号源的位置为(x,y,z)，UHF传感器A、C的坐标分别为(0,0,r)、(0,d,-r)，其中d和r均为机械臂结构参数；步骤2)中第二时间差信息包括UHF传感器A、UHF传感器C之间的时间差Δt12，步骤2)中机械臂调节位置后的UHF传感器A、UHF传感器B保持不动、C的新坐标变为(0,d,r)；步骤3)中解算出局部放电信号源的位置的步骤包括：
3.1)根据下式联立求解出未知数z与t1的值；
Figure BDA0002306970090000021
上式中，z为局部放电信号源的z坐标值，t1为局部放电信号传播到圆点(0,0,0)的时间，v为光速；
3.2)根据下式联立求解出未知数x与y的值，从而得到局部放电信号源的坐标(x,y,z)；
Figure BDA0002306970090000022
3.3)根据下式局部放电信号源的坐标(x,y,z)计算局部放电信号源的坐标(x,y,z)和UHF传感器B之间的距离；
Figure BDA0002306970090000023
上式中，vt1为局部放电信号源的坐标(x,y,z)和UHF传感器B之间的距离。
此外，本发明还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法，实施步骤包括：
S1)将待检测的电缆隧道分成N个相同长度的检测区域，每个长度为电缆隧道巡检机器人的待局放检测定位区域；
S2)遍历选择一个检测区域作为当前检测区域；
S3)控制电缆隧道巡检机器人行驶至当前检测区域，调节电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂，通过安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号；
S4)判断是否采集到局部放电信号，若采集到局部放电信号，则跳转执行步骤S5)，否则跳转执行步骤S6)；
S5)采用前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法检测局部放电信号源的位置；
S6)判断检测区域是否遍历完毕，若尚未遍历完毕则跳转执行步骤S2)；否则若已经遍历完毕则结束并退出。
此外，本发明还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括：
第一时间差计算程序单元，用于获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；
第二时间差计算程序单元，用于获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；
坐标解算程序单元，用于根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。
此外，本发明还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的步骤。
此外，本发明还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种电缆隧道巡检机器人，包括带有控制单元的电缆隧道巡检机器人，该控制单元被编程或配置以执行所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的步骤。
此外，本发明还提供一种电缆隧道巡检机器人，包括带有控制单元的电缆隧道巡检机器人，该控制单元的存储器上存储有被编程或配置以执行所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明就有下述优点：本发明放电定位方法包括获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置，本发明可利用电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂通过姿态调节获取两组时间差信息并解算出局部放电信号源的位置，能够对电力电缆的局部放电情况进行检测和定位，实现了局放源的精准定位，克服了对不能长电缆局放检测与定位问题，具有定位准确、解算简单、安全可靠、适用于电缆隧道自动巡检作业的优点。
附图说明
图1为本发明实施例局部放电定位方法的流程图。
图2为本发明实施例中电缆隧道巡检机器人的结构示意图。
图3为本发明实施例局部放电定位方法(作业方法)的流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的实施步骤包括：
1)获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；
2)获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；
3)根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。
本实施例中，步骤1)中的第一时间差信息包括UHF传感器A、UHF传感器B之间的时间差t12，UHF传感器B、UHF传感器C之间的时间差t13，且UHF传感器B为圆点(0,0,0)，设局部放电信号源的位置为(x,y,z)，UHF传感器A、C的坐标分别为(0,0,r)、(0,d,-r)，其中d和r均为机械臂结构参数(参见图2可知，d为UHF传感器B、UHF传感器C之间的Y轴方向的距离，z为UHF传感器B、UHF传感器C之间的Z轴方向的距离)；步骤2)中第二时间差信息包括UHF传感器A、UHF传感器C之间的时间差Δt12，步骤2)中机械臂调节位置后的UHF传感器A、UHF传感器B保持不动、C的新坐标变为(0,d,r)；步骤3)中解算出局部放电信号源的位置的步骤包括：
3.1)根据下式联立求解出未知数z与t1的值；
Figure BDA0002306970090000041
上式中，z为局部放电信号源的z坐标值，t1为局部放电信号传播到圆点(0,0,0)的时间，v为光速；
3.2)根据下式联立求解出未知数x与y的值，从而得到局部放电信号源的坐标(x,y,z)；
Figure BDA0002306970090000042
3.3)根据下式局部放电信号源的坐标(x,y,z)计算局部放电信号源的坐标(x,y,z)和UHF传感器B之间的距离；
Figure BDA0002306970090000043
上式中，vt1为局部放电信号源的坐标(x,y,z)和UHF传感器B之间的距离。
如图2所示，本实施例中的电缆隧道巡检机器人的机器人本体2吊装在轨道1上，机器人本体2下端安装有三自由度机械臂3，其三段机械臂包括第一机械臂31、第二机械臂32、第三机械臂33，第二机械臂32、第三机械臂33之间设有连接杆(长度为d)，UHF传感器A位于第一机械臂31的底端，UHF传感器B位于第二机械臂32的底端，UHF传感器C位于第三机械臂33的底端。第三机械臂33位于末端且端部安装有视频云台34，本实施例方法的检测目标是电缆4中局部放电信号源的位置P。作为一种可选的实施方式，本实施例中第一机械臂31的旋转角度范围为(-180°～+180°)，第二机械臂32的旋转角度范围(-95°～+95°)，第三机械臂33的旋转角度范围(-75°～+190°)。
参见图2，所有机械臂长度已知，在三自由度机械臂3建立空间坐标系，设UHF传感器B的坐标(0,0,0)，位置P的坐标(x,y,z)，则UHF传感器A的坐标为(0,0,r)，步骤1)中UHF传感器C的坐标为(0,d,-r)，局部放电信号源的位置P至传感器传播速度v(光速)。可列局部放电信号源的位置P到UHF传感器A的坐标(0,0,r)的距离关系式如式(1)：
Figure BDA0002306970090000051
可列局部放电信号源的位置P到UHF传感器B的坐标(0,0,0)的距离关系式如式(5)：
Figure BDA0002306970090000052
可列局部放电信号源的位置P到UHF传感器C的坐标(0,d,-r)的距离关系式如式(6)：
Figure BDA0002306970090000053
步骤2)中控制第三机械臂33旋转+180°后，UHF传感器A、UHF传感器B保持不动、C的新坐标变为(0,d,r)。设局部放电信号传播到UHF传感器A(0,0,r)的时间为Δt1(未知)，获取UHF传感器A、UHF传感器C之间的时间差Δt12(已知)，则此时局部放电信号传播到UHF传感器C的新坐标(0,d,r)的时间为Δt1+Δt12。由于步骤2)中机械臂调节位置后的UHF传感器A、UHF传感器B保持不动，可知局部放电信号传播到UHF传感器A(0,0,r)的时间为Δt1＝t1+t12，则局部放电信号传播到UHF传感器C的新坐标(0,d,r)的时间为t1+t12+Δt12。因此，可列局部放电信号源的位置P到UHF传感器C的新坐标(0,d,r)的距离关系式如式(7)：
Figure BDA0002306970090000054
将式(6)减去式(7)可得式(8)：
4zr＝v2(2t1+t13+t12+△t12)×(t13-t12-△t12) (8)
将式(4)减去式(5)可得式(9)：
r2-2zr＝r2×t12×(2t1+t12) (9)
根据式(8)、(9)即可联立求解出未知数z与t1的值，通过式(8)、(9)二个二元一次方程组组合即可得到式(1)。将求解出未知数z与t1的值代入式(2)即可得到位置P的坐标(x,y,z)中的x、y的值，由于z的值为已知，因此可以得到位置P的坐标(x,y,z)的值。然后将位置P的坐标(x,y,z)的值代入式(3)或式(5)，即可得到位置P的坐标(x,y,z)和UHF传感器B的坐标(0,0,0)之间的距离vt1。
此外，如图3所示，本实施例还从电缆隧道巡检机器人的作业角度提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法(机器人的作业方法)，实施步骤包括：
S1)将待检测的电缆隧道分成N个相同长度的检测区域，每个长度为电缆隧道巡检机器人的待局放检测定位区域；
S2)遍历选择一个检测区域作为当前检测区域；
S3)控制电缆隧道巡检机器人行驶至当前检测区域，调节电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂，通过安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号；
S4)判断是否采集到局部放电信号，若采集到局部放电信号，则跳转执行步骤S5)，否则跳转执行步骤S6)；
S5)采用前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法检测局部放电信号源的位置；
S6)判断检测区域是否遍历完毕，若尚未遍历完毕则跳转执行步骤S2)；否则若已经遍历完毕则结束并退出。
此外，本实施例还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括：
第一时间差计算程序单元，用于获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；
第二时间差计算程序单元，用于获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；
坐标解算程序单元，用于根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。
此外，本实施例还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种电缆隧道巡检机器人，包括带有控制单元的电缆隧道巡检机器人，该控制单元被编程或配置以执行前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种电缆隧道巡检机器人，包括带有控制单元的电缆隧道巡检机器人，该控制单元的存储器上存储有被编程或配置以执行前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行前述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法，其特征在于实施步骤包括：
1)获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；
2)获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；
3)根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。
2.根据权利要求1所述的电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法，其特征在于，步骤1)中的第一时间差信息包括UHF传感器A、UHF传感器B之间的时间差t12，UHF传感器B、UHF传感器C之间的时间差t13，且UHF传感器B为圆点(0,0,0)，设局部放电信号源的位置为(x,y,z)，UHF传感器A、C的坐标分别为(0,0,r)、(0,d,-r)，其中d和r均为机械臂结构参数；步骤2)中第二时间差信息包括UHF传感器A、UHF传感器C之间的时间差Δt12，步骤2)中机械臂调节位置后的UHF传感器A、UHF传感器B保持不动、C的新坐标变为(0,d,r)；步骤3)中解算出局部放电信号源的位置的步骤包括：
3.1)根据下式联立求解出未知数z与t1的值；
Figure FDA0002306970080000011
上式中，z为局部放电信号源的z坐标值，t1为局部放电信号传播到圆点(0,0,0)的时间，v为光速；
3.2)根据下式联立求解出未知数x与y的值，从而得到局部放电信号源的坐标(x,y,z)；
Figure FDA0002306970080000012
3.3)根据下式局部放电信号源的坐标(x,y,z)计算局部放电信号源的坐标(x,y,z)和UHF传感器B之间的距离；
Figure FDA0002306970080000013
上式中，vt1为局部放电信号源的坐标(x,y,z)和UHF传感器B之间的距离。
3.一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法，其特征在于实施步骤包括：
S1)将待检测的电缆隧道分成N个相同长度的检测区域，每个长度为电缆隧道巡检机器人的待局放检测定位区域；
S2)遍历选择一个检测区域作为当前检测区域；
S3)控制电缆隧道巡检机器人行驶至当前检测区域，调节电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂，通过安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号；
S4)判断是否采集到局部放电信号，若采集到局部放电信号，则跳转执行步骤S5)，否则跳转执行步骤S6)；
S5)采用权利要求1或2所述的电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法检测局部放电信号源的位置；
S6)判断检测区域是否遍历完毕，若尚未遍历完毕则跳转执行步骤S2)；否则若已经遍历完毕则结束并退出。
4.一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，其特征在于包括：
第一时间差计算程序单元，用于获取三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第一时间差信息，所述三个UHF传感器A、B、C分别安装在电缆隧道巡检机器人的三自由度机械臂的三段机械臂上；
第二时间差计算程序单元，用于获取三自由度机械臂最末端的机械臂调节位置后的三个UHF传感器A、B、C采集局部放电信号的第二时间差信息；
坐标解算程序单元，用于根据第一时间差信息、第二时间差信息解算出局部放电信号源的位置。
5.一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的步骤。
6.一种电缆隧道巡检机器人的局部放电定位系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
7.一种电缆隧道巡检机器人，包括带有控制单元的电缆隧道巡检机器人，其特征在于，该控制单元被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的步骤。
8.一种电缆隧道巡检机器人，包括带有控制单元的电缆隧道巡检机器人，其特征在于，该控制单元的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行权利要求1～3中任意一项所述电缆隧道巡检机器人的局部放电定位方法的计算机程序。
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