CN111610398A - 变电站无功设备巡检测温系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站无功设备巡检测温系统及方法，涉及无功设备监测技术领域；系统包括服务器、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置，方法包括采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器提取该无功设备的编码并发送至无人驾驶车，无人驾驶车以无功设备相应的位置坐标导航，无人驾驶车发送抵达信息至服务器，服务器发送工作指令至测温仪并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器；其通过服务器、无线通信装置、无人驾驶车、测温仪和采集装置等，实现了及时发现无人值守变电站无功设备发热缺陷。

Description

变电站无功设备巡检测温系统及方法

技术领域

本发明涉及无功设备监测技术领域，尤其涉及一种变电站无功设备巡检测温系统及方法。

背景技术

背景1：目前500kV变电站全部为无人值守变电站，平时无运维人员在站。

背景2：目前500kV变电站无功设备采用AVC系统自动投切，人为无法控制无功设备的投切，且无功设备投切不规律，无法按正常周期进行测温，无功设备投入后往往由于无人在站造成无法及时测温。

背景3：变电站无功设备发热缺陷频发，调查2018年的91条发热缺陷中，有51条为无功设备发热，占比高达56.04％。如无功设备发热缺陷不能及时发现，将影响设备正常运行，甚至造成设备着火、损坏。

现有技术问题及思考：

如何解决不能及时发现无人值守变电站无功设备发热缺陷的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站无功设备巡检测温系统及方法，其通过服务器、无线通信装置、无人驾驶车、测温仪和采集装置等，实现了及时发现无人值守变电站无功设备发热缺陷。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种变电站无功设备巡检测温系统包括服务器、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置，所述机器人包括无人驾驶车和设置在无人驾驶车上的测温仪，所述无人驾驶车通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述测温仪通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述采集装置通过无线通信装置与服务器无线连接并单向通信。

进一步的技术方案在于：还包括管理人员使用的管理终端，所述管理终端与服务器连接并通信。

进一步的技术方案在于：所述管理终端为台式电脑、智能手机或者平板电脑。

进一步的技术方案在于：所述采集装置为电压互感器或者电流互感器。

进一步的技术方案在于：所述采集装置为带电显示装置。

进一步的技术方案在于：还包括测温模块，用于采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器接收采集装置发来的无功设备的已工作状态信息，服务器提取该无功设备的编码发送至无人驾驶车，无人驾驶车接收服务器发来的无功设备编码，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，无人驾驶车将自身的实时位置坐标发送至服务器，服务器接收无人驾驶车发来的实时位置坐标并与无功设备的位置坐标比对，当无人驾驶车的实时位置坐标与无功设备的位置坐标一致时，服务器获知无人驾驶车抵达该无功设备，发送工作指令至测温仪，测温仪接收服务器发来的工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

进一步的技术方案在于：还包括报警模块，用于服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞温度阈值时，服务器发出报警信息。

进一步的技术方案在于：温度阈值为70℃。

一种变电站无功设备巡检测温方法，基于服务器、无线通信装置、无人驾驶车、测温仪和采集装置，包括S1测温的步骤，采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器获知无功设备已经工作，提取该无功设备的编码并发送至无人驾驶车，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，当无人驾驶车抵达该无功设备时，无人驾驶车发送抵达信息至服务器，服务器获知抵达信息，发送工作指令至测温仪，测温仪收到工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

进一步的技术方案在于：还包括在S1测温步骤之后的S2报警的步骤，服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞70℃时，发出报警信息。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

一种变电站无功设备巡检测温系统包括服务器、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置，所述机器人包括无人驾驶车和设置在无人驾驶车上的测温仪，所述无人驾驶车通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述测温仪通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述采集装置通过无线通信装置与服务器无线连接并单向通信。其通过服务器、无线通信装置、无人驾驶车、测温仪和采集装置等，实现了及时发现无人值守变电站无功设备发热缺陷。

一种变电站无功设备巡检测温方法，基于服务器、无线通信装置、无人驾驶车、测温仪和采集装置，包括S1测温的步骤，采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器获知无功设备已经工作，提取该无功设备的编码并发送至无人驾驶车，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，当无人驾驶车抵达该无功设备时，无人驾驶车发送抵达信息至服务器，服务器获知抵达信息，发送工作指令至测温仪，测温仪收到工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。其通过S1测温步骤等，实现了及时发现无人值守变电站无功设备发热缺陷。

详见具体实施方式部分描述。

附图说明

图1是本发明实施例1的原理框图；

图2是本发明实施例2的原理框图；

图3是本发明实施例3的原理框图；

图4是本发明实施例4的流程图；

图5是本发明中设备投切信号获取的原理框图；

图6是本发明中检测设备地址码与设备关联的屏幕截图；

图7是本发明的控制逻辑图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明公开了一种变电站无功设备巡检测温系统包括服务器、管理人员使用的台式电脑、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置以及测温模块和报警模块，所述机器人包括无人驾驶车和固定在无人驾驶车上的测温仪，所述无人驾驶车通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述测温仪通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述采集装置通过无线通信装置与服务器无线连接并单向通信，所述台式电脑与服务器有线连接并双向通信。

所述采集装置为带电显示装置。

测温模块，用于采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器接收采集装置发来的无功设备的已工作状态信息，服务器提取该无功设备的编码发送至无人驾驶车，无人驾驶车接收服务器发来的无功设备编码，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，无人驾驶车将自身的实时位置坐标发送至服务器，服务器接收无人驾驶车发来的实时位置坐标并与无功设备的位置坐标比对，当无人驾驶车的实时位置坐标与无功设备的位置坐标一致时，服务器获知无人驾驶车抵达该无功设备，发送工作指令至测温仪，测温仪接收服务器发来的工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

报警模块，用于服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞70℃时，服务器生成报警信息发送至台式电脑。

其中，服务器、台式电脑、无线通信装置、无人驾驶车和测温仪本身以及相应的通信连接为现有技术在此不再赘述。

实施例2：

实施例2与实施例1的不同之处在于，管理终端为智能手机。

如图2所示，本发明公开了一种变电站无功设备巡检测温系统包括服务器、管理人员使用的智能手机、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置以及测温模块和报警模块，所述机器人包括无人驾驶车和固定在无人驾驶车上的测温仪，所述无人驾驶车通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述测温仪通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述采集装置通过无线通信装置与服务器无线连接并单向通信，所述智能手机与服务器无线连接并双向通信。

所述采集装置为带电显示装置。

测温模块，用于采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器接收采集装置发来的无功设备的已工作状态信息，服务器提取该无功设备的编码发送至无人驾驶车，无人驾驶车接收服务器发来的无功设备编码，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，无人驾驶车将自身的实时位置坐标发送至服务器，服务器接收无人驾驶车发来的实时位置坐标并与无功设备的位置坐标比对，当无人驾驶车的实时位置坐标与无功设备的位置坐标一致时，服务器获知无人驾驶车抵达该无功设备，发送工作指令至测温仪，测温仪接收服务器发来的工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

报警模块，用于服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞70℃时，服务器生成报警信息发送至智能手机。

其中，服务器、智能手机、无线通信装置、无人驾驶车和测温仪本身以及相应的通信连接为现有技术在此不再赘述。

实施例3：

实施例3与实施例1的不同之处在于，管理终端为平板电脑。

如图3所示，本发明公开了一种变电站无功设备巡检测温系统包括服务器、管理人员使用的平板电脑、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置以及测温模块和报警模块，所述机器人包括无人驾驶车和固定在无人驾驶车上的测温仪，所述无人驾驶车通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述测温仪通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述采集装置通过无线通信装置与服务器无线连接并单向通信，所述平板电脑与服务器无线连接并双向通信。

所述采集装置为带电显示装置。

测温模块，用于采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器接收采集装置发来的无功设备的已工作状态信息，服务器提取该无功设备的编码发送至无人驾驶车，无人驾驶车接收服务器发来的无功设备编码，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，无人驾驶车将自身的实时位置坐标发送至服务器，服务器接收无人驾驶车发来的实时位置坐标并与无功设备的位置坐标比对，当无人驾驶车的实时位置坐标与无功设备的位置坐标一致时，服务器获知无人驾驶车抵达该无功设备，发送工作指令至测温仪，测温仪接收服务器发来的工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

报警模块，用于服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞70℃时，服务器生成报警信息发送至平板电脑。

其中，服务器、平板电脑、无线通信装置、无人驾驶车和测温仪本身以及相应的通信连接为现有技术在此不再赘述。

实施例4：

如图4所示，本发明公开了一种变电站无功设备巡检测温方法包括S1测温和S2报警的步骤，基于实施例1的系统，具体如下。

S1测温

采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器获知无功设备已经工作，提取该无功设备的编码并发送至无人驾驶车，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，当无人驾驶车抵达该无功设备时，无人驾驶车发送抵达信息至服务器，服务器获知抵达信息，发送工作指令至测温仪，测温仪收到工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

S2报警

服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞70℃时，服务器生成报警信息发送至台式电脑。

本发明的目的：

研发一套无功设备投入与机器人联动测温系统，当无人值守变电站无功设备投入后，机器人自动对投入的无功设备进行测温，保证无人值守变电站无功设备测温的时效性，确保及时发现设备异常，提高设备运行稳定性。

技术方案说明：

投切信号转换如下：

如图5所示，在无功设备间隔装设带电显示装置，当无功设备投入后，带电显示装置通过电磁感应触发I/V变换模块及信号比较模块，通过逻辑电路及信号输出电路输出触发信号，触发信号通过无线传输至机器人转发装置，转发装置将原485信号转换为机器人可识别的无线信号，通过无线网桥传输至机器人无线基站。

网络层设计如下：

投切信号采集装置无线通信设备采用OFDM调制技术，一方面可实现高速率、长距离的无线通信，另一方面由于物理层采用高阶调制，通过OFDM技术在高速的射频上对传送的信号进行编码，让被传输的信号在传输过程中不容易被窃取，使得常规的无线设备难以与其实现物理层同步，从而保证信号传送具有更高的安全性。IEEE 802.11x标准定义了两种机理来提供无线LAN的访问控制和保密：服务配置标识符SSID和加密技术，即WEP、WAP、WAP2。

通常无线通讯最牢靠的安全方式就是针对无线通讯数据进行加密，加密方式种类也很多，从最基本的WEP加密到WPA加密。然而近年来，虽然WEP和WPA加密方式被陆续破解，需专业人员和工具，不过WPA2还是安全的。选用的无线网桥均提供WPA2加密。

通过配置无线网桥的安全选项，可提高无线网络的安全性：

1.采用无法破解的WPA-AES2无线加密方式。

2.采用强力的密码，如采用足够长度的大小写字符、数字、特殊符号的组合等。

3.禁止广播服务集合标识符SSID。

对可接入无线设备的MAC地址进行控制，只允许接入移动机器人的无线网桥，接入点AP根据用户的身份认证结果决定是否允许其接入无线网络中，网线网桥支持MAC地址绑定和过滤功能，只有指定的MAC地址和IP地址的计算机发出的报文才能通过指定端口转发。

为加强系统无线通讯的安全性，在巡检系统应用层再增加自定义的安全机制，即采用加密算法将巡检后台与投切信号采集装置之间的通讯数据进行二次加密，加密密匙根据时间动态更新。

投切信号采集装置和控制系统之间在建立通信前首先要通过身份认证，通过认证后才能取得控制权，在身份识别的基础上,根据身份对提出的资源访问1请求加以控制，访问控制中约定了保护规则，定义了控制系统和投切信号采集装置的相互访问和作用的途径。

投切信号转换如下：

每台检测设备都有特定的地址码信息，高压带电显示装置发出的接点闭合信号根据机器人系统通讯规约进行二次加工转换，每个检测装置投切信号连同设备的地址码一同转换成机器人能够识别的网络信息，通过现有的机器人无线基站，传到机器人控制系统中，完成投切信号的转换。

软件功能模块开发如下：

如图6所示，机器人系统软件要完成网络信息的解析，现场检测设备地址码与机器人系统数据库对应设备的相互关联，机器人巡检逻辑的重新设计。机器人控制系统通过无线系统接收设备投切信号后，根据机器人通讯规约解析出当前检测设备的投切动作，确定一次无功设备是投入运行还是退出运行，同时解析出投切信号的地址码，确定哪个一次设备有投切动作。

软件设计分为采集器硬件的写入程序设计和上位机PC的软件设计，每个信号采集器作为一个接点通过CAN总线互联，当接收到上位机的命令后，首先进行命令判断，根据不同的命令作出相应的数据处理。上位机PC主要包括清零点、数字量的投切信息、回传投切信息、查询投切信息、屏蔽报警等命令。下位机的软件设计主要由数据采集程序即A/D转换、数据处理程序以及CAN总线通信程序三大部分组成。启动CAN中断以前，在主程序中进行一次数据采集，得到传感器系统的初始值，这其中包括A/D的转换通道、延时、完成通道的初始化；数据采集是在CAN中断程序中完成的，每一次中断完成一组投切信息数据的采集以及相应的A/D转换；同时读取转换结果，对转换结果进行数字处理。数字处理主要由数字滤波与投切信息解耦两大部分组成，数字滤波主要采用窗口移动法与数据平均值法相结合；数据经过解耦处理后，通过SendData()函数，将数据发送到CAN总线上，上位机通过ID识别接受采集器硬件的写入程序数据。

一次电气设备、设备投切信号、巡检任务三者要一一对应，需要将投切检测设备的地址码填入巡检模型配置的在线监测关联设备ID表中。

任务逻辑如下：

1.启动条件

如图7所示，当无功设备投入后，经过30min延时，无功设备投入后30min进行测温，如此时无功设备仍在投入状态，信号处于触发状态，则自动启动机器人进行测温，在测温过程中如无功设备拉开，触发信号消失，则取消该任务，本月完成一次完整测温后，无功设备再次投入后不再执行测温任务。

2.优先级判断

如无功设备投入后，机器人正在执行常规巡检任务，优先级别低任务，则优先进行无功设备测温，如机器人正在执行其他无功设备测温，同优先级别任务，则进行“任务列队”，执行完当前任务后执行下一项任务，如此时列队任务中的无功设备拉开，则自动取消列队。

控制器会根据机器人当前定位坐标，与系统中设置的N个点坐标计算出距离，并进行比较，并将最近点坐标传送给机器人，通过计算最小值实现机器人任务执行最优化。

设两个点A、B以及坐标分别为A(x1,y1)、B(x2,y2)，则A和B两点之间的距离为：

通过计算，坐标1与机器人距离为AB1，坐标2与机器人距离为AB2，以此类推，坐标N与机器人当前距离为ABN、AB1、AB2…ABN作为数组存在内存中，通过比较数组的值大小，选出最小值，则与最小值对应的坐标为与机器人最短距离的坐标。

3.任务设置

以间隔巡检设备数量为单元，当测温完成全部间隔内设备时，认定为有效任务，此间隔认定为当月已测温，本月再次投入后不再启动测温任务，下月继续进行该逻辑确认，确保每个间隔每月完成完整测温。

数据分析如下：

1.巡检机器人可设定数据的上限、下限值，对巡视数据进行分析。在巡检期间对异常数据在“设备报警信息”中实时显示，同时发出报警声响。巡检完毕后，在“设备巡检报告”中“报警设备记录”显示异常数据。

2.红外测温报警设定：一是设备绝对温度大于70度；二是温升，即设备绝对温度-环境温度大于40K；三是同一设备三相对比，((最高温度-最低温度)/(最高温度-环境温度)*100％)，比值大于60％为一般缺陷，大于80％为严重缺陷；大于95％为危急缺陷。满足以上任一条件即为异常数据。

本申请保密运行一段时间后，现场技术人员反馈的有益之处在于：

方案比较如下：

目前各500kV变电站均配置了智能巡检机器人，可在现有机器人系统框架下进行升级改造，实现无功设备投入后自动测温。项目实施的关键在于如何获取无功设备的投切信息，无功设备投切信息获取可通过监控系统、断路器辅助接点、视频摄像头、带电显示装置接点等方式，各方案的优缺点如表1：

表1：

综上所述，综合各方案优缺点，选取带电显示装置获取无功设备投切状态。即在现场加装带电显示装置，无功设备投入后，带电显示装置接点闭合，通过转换装置将带电显示装置接点闭合信号转换为机器人可识别的信号，无线发送至机器人控制系统启动机器人进行测温。

本发明已在500kV试点保密安装，经现场测试，系统能够实现无功设备投入后机器人自动测温。同时根据软件逻辑设计，实现不同优先级测温任务，高级别优先、同级测温任务按顺序排列。并自动监测无功设备投入情况，无功设备在投入情况下的测温才有效，否则自动中断测温任务，待下次投入后再进行测温。

自动测温系统大大解决了目前无人值守变电站无功设备无法测温的问题，避免由于无功设备测温不及时造成设备损坏，提高了设备运行的稳定性。

推广前景：

本发明依靠安装在设备的带电显示装置接点，经过逻辑转化为机器人可识别的触发信号，控制机器人进行无功设备测温，带电显示装置安装不需停电，该发明已在500kV站试点保密应用，可在其他500kV变电站推广使用。

Claims (10)

1.一种变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：包括服务器、无线通信装置、用于巡检测量无人值守变电站无功设备温度的机器人和用于获知无功设备工作状态的采集装置，所述机器人包括无人驾驶车和设置在无人驾驶车上的测温仪，所述无人驾驶车通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述测温仪通过无线通信装置与服务器无线连接并双向通信，所述采集装置通过无线通信装置与服务器无线连接并单向通信。

2.根据权利要求1所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：还包括管理人员使用的管理终端，所述管理终端与服务器连接并通信。

3.根据权利要求2所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：所述管理终端为台式电脑、智能手机或者平板电脑。

4.根据权利要求1所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：所述采集装置为电压互感器或者电流互感器。

5.根据权利要求1所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：所述采集装置为带电显示装置。

6.根据权利要求1所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：还包括测温模块，用于采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器接收采集装置发来的无功设备的已工作状态信息，服务器提取该无功设备的编码发送至无人驾驶车，无人驾驶车接收服务器发来的无功设备编码，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，无人驾驶车将自身的实时位置坐标发送至服务器，服务器接收无人驾驶车发来的实时位置坐标并与无功设备的位置坐标比对，当无人驾驶车的实时位置坐标与无功设备的位置坐标一致时，服务器获知无人驾驶车抵达该无功设备，发送工作指令至测温仪，测温仪接收服务器发来的工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

7.根据权利要求6所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：还包括报警模块，用于服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞温度阈值时，服务器发出报警信息。

8.根据权利要求7所述的变电站无功设备巡检测温系统，其特征在于：温度阈值为70℃。

9.一种变电站无功设备巡检测温方法，其特征在于：基于服务器、无线通信装置、无人驾驶车、测温仪和采集装置，包括S1测温的步骤，采集装置获知无功设备已经工作的状态信息并发送至服务器，服务器获知无功设备已经工作，提取该无功设备的编码并发送至无人驾驶车，无人驾驶车将无功设备编码遍历数据库找到该无功设备相应的位置坐标并导航，当无人驾驶车抵达该无功设备时，无人驾驶车发送抵达信息至服务器，服务器获知抵达信息，发送工作指令至测温仪，测温仪收到工作指令并测温，测温仪获知无功设备的温度数据并发送至服务器。

10.根据权利要求9的变电站无功设备巡检测温方法，其特征在于：还包括在S1测温步骤之后的S2报警的步骤，服务器接收测温仪发来的温度数据，当温度数据＞70℃时，发出报警信息。

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