CN112798915A - 一种应用于电厂ais设备的超声波局部放电检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电厂升压站AIS设备的局部放电检测技术领域，特别公开了一种应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人。它其特征是，还包括安装于机器人本体上的主控模块及分别与主控模块电性连接的探测模块、驱动模块、供电模块、通讯模块、导航避障模块和存储模块，所述后台监控模块与通讯模块电性连接。1、本发明消除了了传统巡检机器人无法进行AIS设备局部放电检测的缺陷，实现了局部放电检测可视化，实现了局放检测记录可追溯性。
Description
技术领域
本发明涉及电厂升压站AIS设备的局部放电检测技术领域，特别涉及一种应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人。
背景技术
升压站是电厂的重要组成部分之一，它的正常运行是保证电厂电能向外输出的基础。为了保证升压站及高压变压器设备的正常运行，管理部门需要随时掌握升压站内设备的运行状况。目前，多采用的方式是根据升压站实际需要安排人员进行昼夜值守，值守人员定时对升压站内设备进行巡检检查，从而掌握升压站内设备的运行状况。然而，采用人工进行巡检的方式，劳动强度大、工作效率低，对升压站巡检质量和发现设备缺陷能力严重依赖人员素质高低，并受到值守人员主观情绪影响。并且，在巡检中将采集的各种数据录入管理信息系统工作耗时、繁琐。再者，在升压站高电压以及恶劣气象条件下，人工巡检还可能会对巡检人员人身造成危害。
目前，在升压站局部放电检测方面没有自动化检测的设备，特别是在针对AIS设备的局部放电检测方面，仍然采用人工巡检的方式来实现，巡检时间较长，且存在定位不准确需要多次校核等问题，操作繁琐，工作量大。目前使用的巡检机器人仅可通过可见光、热成像等检测传感器实现对设备外观、温度等进行巡检，对局部放电的检测仅能在晴朗夜晚，通过观测发电电弧来实现，存在应用范围受限、放电部位定位受限、无法检测放电强度等问题，不能很好的检测AIS设备的绝缘缺陷。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种实现自动化巡检的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，包括机器人本体和后台监控模块，其特征是，还包括安装于机器人本体上的主控模块及分别与主控模块电性连接的探测模块、驱动模块、供电模块、通讯模块、导航避障模块和存储模块，所述后台监控模块与通讯模块电性连接，其中：
探测模块安装于机器人本体上表面，它包括旋转云台，所述旋转云台顶端设有安装板，所述安装板上设有可见光模组、热成像模组、局放模组和激光定位器，其中可见光模组、热成像模组和局放模组成上下方向的品字形排列，局放模组在上，并且激光定位器安装于可见光模组上；
所述局放模组利用微动电机进行调整，使得可见光模组与局放模组具有相同的探测范围；
所述局放模组上设有超声波局放传感器。
所述微动电机有两个，它们左右并排安装于安装板上，两个微动电机分别与主控模块电性连接；所述局方模组包括：在安装板上固定安装一块下面板，所述微动电机的输出端固设有水平螺杆，所述水平螺杆啮合连接纵向螺杆，所述纵向螺杆穿过下面板的一端后插入一块上面板的卡槽内；所述下面板另一端设有弹簧压片，所述弹簧压片压在上面板上。
所述下面板上设有限位槽，所述上面板设有与限位槽配套的限位连杆。
所述超声波局放传感器过共有五个，它们成W形排列，并且安装于上面板的前端。
所述导航避障模块包括激光雷达和避障传感器，所述激光雷达安装于旋转云台的前方，所述避障传感器安装于机器人本体的前后端和左右两侧。
所述避障传感器共十个，机器人本体前后端各两个，左右侧各三个。
所述热成像模组为一个采用氧化钒非制冷形探测器的热成像摄像头。
所述可见光模组为一个采用400万像素CMOS传感器的网络摄像头。
所述通讯模块包括通讯板和天线，所述天线安装于旋转云台的后方。
所述旋转云台具有俯仰和水平两个选择自由度，其中俯仰自由度为-10°～60°，水平自由度为±120°，预置位50000个。
本发明的有益效果是：
1、本发明消除了了传统巡检机器人无法进行AIS设备局部放电检测的缺陷，能更好的辅助运维人员对AIS设备运行状态进行判定，缩短对异常事故的响应时间，可全面替代人工巡检，提高巡检效率及质量。
2、实现了局部放电检测可视化：本发明中使用微动电机控制局放模组，使之自动与可视光模组的拍摄范围相同，并将局放检测数据与可见光画面进行叠加处理，在可见光图像上同时展示局放分布图，直观显示局放位置及局放强度。
3、实现了局放检测记录可追溯性：本发明对AIS设备进行的局放检测结果采用图片、录像的形式存储于后台监控模块中，可按设备、时间等维度检索，方便后续排查和分析工作。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的工作原理示意图；
图3和图4为探测模块的工作原理示意图；
图5为局放模组的俯视结构示意图；
图6为局放模组的主视结构示意图；
图7为图6中上面板的右视结构示意图。
图中，1后台监控模块,1-1服务器，1-2终端机；
2主控模块；
3探测模块，3-1旋转云台，3-2可见光模组，3-3热成像模组，3-4局放模组，3-5激光定位器；
4驱动模块，4-1运动控制板，4-2四轮驱动电机，4-3转向机构，4-4转向电机；
5供电模块，5-1电池组，5-2供电控制板，5-3充电装置；
6通讯模块，6-1通讯板，6-2天线；
7导航避障模块，7-1激光雷达，7-2避障传感器；
8存储模块，9机器人本体，10下面板，11上面板，12微动电机，13水平螺杆，14纵向螺杆，15卡槽，16限位槽，17限位连杆，18弹簧压片，19安装板,20超声波局放传感器。
具体实施方式
附图为本发明的具体实施例。如图1至图7所示，该种应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，包括机器人本体9和后台监控模块1，在机器人本体9上安装主控模块2、探测模块3、驱动模块4、供电模块5、通讯模块6、导航避障模块7以及存储模块8，其中，主控模块2、驱动模块4、供电模块5、通讯模块6以及存储模块8安装于机器人本体9内，探测模块3安装于机器人本体9上表面，导航避障模块7安装于机器人本体9上表面及四周，探测模块3、驱动模块4、供电模块5、导航避障模块7和存储模块8分别与主控模块2电性连接，通讯模块6一端采用5G信号与后台监控模块1通讯连接，一端与主控模块2电性连接。
后台监控模块1包括服务器1-1和终端机1-2等设备，通过通讯模块6与主控模块2电性连接，用于显示巡检结果、监控机器人状态、设定机器人巡检任务以及对机器人的控制操作等。
主控模块2为整个发明的控制系统，它安装在机器人本体9上，选用搭载IntelCeleron N3350处理器的无风扇嵌入式工控机，用于控制机器人上的各个模块，内部嵌有对局防检测信号的处理程序及图像智能识别程序，对局防检测信号的处理程序采用改良性的MUSIC算法，图像智能识别程序采用YOLO程序。
探测模块3安装于机器人本体9上表面，用于获取升压站内设备的图像、温度以及局部放电信息，它包括旋转云台3-1，旋转云台3-1具有俯仰和水平两个选择自由度，其中俯仰自由度为-10°～60°（以水平面为准，俯为负，仰为正），水平自由度为±120°（以前后方向为0°），预置位50000个；旋转云台3-1顶端固定一块安装板19，安装板19上设有可见光模组3-2、热成像模组3-3、局放模3-4组和激光定位器3-5，其中可见光模组3-2、热成像模组3-3和局放模组3-4呈上下方向的品字形排列，最好是局放模组3-4在上，然后可见光模组3-2和热成像模组3-3左右排列，并且激光定位器3-5安装于可见光模组3-2上；
局放模组3-4的结构为：在安装板19上安装两个微动电机12，两个微动电机12分别与主控模块2电性连接，也就是说两个微动电机12之间可以同步运行，也可以独立运行，这两个微动电机12位于可见光模组3-2和热成像模组3-3之间，安装的高一点，并且前后方向安装，输出端超前；在安装板19上再安装一块下面板10，下面板10位于微动电机12上方，在微动电机12的输出端固定一根水平螺杆13，水平螺杆13再通过伞齿轮啮合连接一根纵向螺杆14，纵向螺杆14的顶端穿过下面板10的前端后插入一块上面板11前端的卡槽15内，纵向螺杆14与下面板101之间最好螺纹连接，这样的话下面板10也起到一个导向作用，纵向螺杆14的上端为球状，在卡槽15内可以转动；在下面板10的后端安装两块弹簧压片18，两块弹簧压片18压在上面板11的后端。在上面板11的前端安装5个超声波局放传感器20，超声波局放传感器20采用SPU0410LR5H-QB超声传感器，测量频率20kHz～40kHz，检测距离<30米，方向角±6º，灵敏度-90dB，动态范围60dB。这5个超声波局放传感器20分两行分布，上三下二呈W形排列。在下面板10的后端开两个限位槽16，左右各一，在上面板11的后端安装两根限位连杆17，限位连杆17为光滑的柱体，其插入限位槽16内并能在限位槽16内上下移动。通过微动电机12对上面板11进行角度调整，可使可见光模组3-2与局放模组3-4具有相同的探测范围。
微动电机12调整局放模组3-4的角度分左右、上下两个维度，各可最大微调0.5°。
热成像模组3-3为一个采用氧化钒非制冷形探测器的热成像摄像头，其最大成像尺寸384*288，测温最小距离范围1.2m，噪声等效温差< 50mk，测温精度±2℃，测温范围-20~150℃，探测距离超过150米，识别距离超过150米，带雨刷。
可见光模组3-2为一个采用400万像素CMOS传感器的网络摄像头，其最低照度彩色0.0005Lux @ (F1.5，AGC ON)、黑白0.0001Lux @ (F1.5，AGC ON)，0 Lux with IR，主码流50Hz:25fps(2560×1440)、60Hz:30fps(2560×1440)，支持H.265/H.264/MJPEG视频压缩标准，红外照射距离200米，37倍光学变倍，带雨刷。
局放模组3-4、热成像模组3-3和可见光模组3-2的品字形结构是不变的，他们前后方向的中轴线相互平行，相互间距离确定，他们随旋转云台同步运动。巡检时，通过控制旋转云台3-1，使被测设备位于可见光模组3-2拍摄的中心位置；当被检测设备确定后，如图3所示，可通过激光定位器3-5测得的与被测设备距离为h，在以可见光模组中心点A、局放模组中心点B、被测设备中心点C组成的三角形中，由于s,h确定，渴求的被测设备与局放模组中心点B的夹角α；如图4所示，在垂直于上述中轴线的平面上，△ABC垂直于该平面，可求得夹角α的两个分量夹角β和γ；通过微动电机调整上面板想激光定位器倾斜，使之水平夹角为β，垂直夹角为γ，此时可保证局放模组3-4与可见光模组3-2的探测中心点重合。
驱动模块4包括运动控制板4-1、四轮驱动电机4-2、转向机构4-3、转向电机4-4，运动控制板4-1一端与主控模块2电性连接，一端分别与四轮驱动电机4-2、转向电机4-4电性连接，四轮驱动电机4-2与机器人本体9上车轮连接，用于驱动机器人前后运动；转向电机4-3与转向机构4-4连接，控制前轮左右转向。本实例中机器人行走于较平坦路面上，高差<50mm，坡度<10º，采用橡胶轮驱动。
通讯模块6：包括通讯板6-1和天线6-2。通讯板6-1采用先行者M1模组，位于机器人本体9内，天线6-2采用2根外接式全向型天线，安装于机器人本体9上、旋转云台3-1的后方。通讯模组6一端与主控模块2电性连接，一端与后台监控模块1连接。
导航避障模块7：包括激光雷达7-1和避障传感器7-2；激光雷达7-1和避障传感器7-2分别与主控模块2电性连接连接。激光雷达7-1安装于机器人本体9上表面，位于旋转云台3-1的前方，激光雷达7-1采用SLAMTEC Mapper M2MI远测距激光建图传感器，实现运行场景地图构建及同步定位，测量最远距离40m，建图分辨率0.05m，重复定位精度0.02m。避障传感器7-2共十个，分布于机器人本体9周围，其中机器人本体9前后端各两个，左右侧各三个。避障传感器7-2采用UM0090超声波避障传感器，工作频率58kHz，测量分辨率≤1cm，测量范围17～300cm，抗干扰能力强，能有效适应升压站内环境。
存储模块8：采用1块3.5英寸DVR硬盘ST2000VX008，容量2TB，用于存储机器人巡检时采集到的信息及机器人状态信息等。存储模块8与主控模块2电性连接。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。
Claims (10)
1.一种应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，包括机器人本体和后台监控模块，其特征是，还包括安装于机器人本体上的主控模块及分别与主控模块电性连接的探测模块、驱动模块、供电模块、通讯模块、导航避障模块和存储模块，所述后台监控模块与通讯模块电性连接，其中：
探测模块安装于机器人本体上表面，它包括旋转云台，所述旋转云台顶端设有安装板，所述安装板上设有可见光模组、热成像模组、局放模组和激光定位器，其中可见光模组、热成像模组和局放模组成上下方向的品字形排列，局放模组在上，并且激光定位器安装于可见光模组上；
所述局放模组利用微动电机进行调整，使得可见光模组与局放模组具有相同的探测范围；
所述局放模组上设有超声波局放传感器。
2.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述微动电机有两个，它们左右并排安装于安装板上，两个微动电机分别与主控模块电性连接；所述局方模组包括：在安装板上固定安装一块下面板，所述微动电机的输出端固设有水平螺杆，所述水平螺杆啮合连接纵向螺杆，所述纵向螺杆穿过下面板的一端后插入一块上面板的卡槽内；所述下面板另一端设有弹簧压片，所述弹簧压片压在上面板上。
3.根据权利要求2所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述下面板上设有限位槽，所述上面板设有与限位槽配套的限位连杆。
4.根据权利要求2所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述超声波局放传感器过共有五个，它们成W形排列，并且安装于上面板的前端。
5.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述导航避障模块包括激光雷达和避障传感器，所述激光雷达安装于旋转云台的前方，所述避障传感器安装于机器人本体的前后端和左右两侧。
6.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述避障传感器共十个，机器人本体前后端各两个，左右侧各三个。
7.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述热成像模组为一个采用氧化钒非制冷形探测器的热成像摄像头。
8.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述可见光模组为一个采用400万像素CMOS传感器的网络摄像头。
9.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述通讯模块包括通讯板和天线，所述天线安装于旋转云台的后方。
10.根据权利要求1所述的应用于电厂AIS设备的超声波局部放电检测机器人，其特征是，所述旋转云台具有俯仰和水平两个选择自由度，其中俯仰自由度为-10°～60°，水平自由度为±120°，预置位50000个。
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Legal Events
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