CN112975937A - 一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，温湿度传感器与温湿度数据分析模块分别检测和分析温湿度数据；噪声传感器与噪声数据分析模块分别检测和分析噪声数据；电磁辐射探头检测工频电场和磁场场强数据；中央数据采集仪接收并将数据上传至电网职业性有害因素智能监测平台；电网职业性有害因素智能监测平台对接收的数据进行处理、分析、展示和存储，供移动终端查看。本申请实现了机器人全自动完成变电站内的巡检工作，整个过程无需人员操作，通过精确的传感器设备和机器人即可代替过去繁重的人工测试工作，数据直接通过网络上传平台，通过平台快速显示分析，更加智能化。

Description

一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统
技术领域
本发明属于电网职业性有害因素监测技术领域，涉及一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统。
背景技术
在进行500kV变电站职业性有害因素检测时，现有检测技术是人工使用检测设备，去变电站设点。由于变电站中工频电场、工频磁场交错复杂，很难找出其有代表性的检测点位，不能准确显示变电站工频电场、工频磁场分布情况，需要大量增加检测点位，工作量巨大。
使用人工测试时，只能对部分点位进行测试，不能对变电站进行密集布点，测试点位较少，不能完全反应变电站的电磁环境分布；检测数据也只能手工记录，检测完毕后整理；检测时，人员距离设备近时，还对检测数据产生干扰；外部人员进入变电站检测时，可能产生威胁变电站安全运行的风险，由于变电站内高压设备较多，对进入的外部人员的人身安全也产生一定的风险。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统。
为了实现上述目标，本申请的第一件发明采用如下技术方案：
一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，所述电磁检测系统包括中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声传感器、噪声数据分析模块、电磁辐射探头和网络通信设备；
所述温湿度传感器与温湿度数据分析模块连接，分别用于检测和分析温湿度数据；
所述噪声传感器与噪声数据分析模块连接，分别用于检测和分析噪声数据；
所述电磁辐射探头，用于检测工频电场和磁场场强数据；
所述中央数据采集仪接收温湿度数据分析模块、噪声数据分析模块和电磁辐射探头输出的温湿度数据、噪声数据、工频电场和磁场场强数据，并通过网络通讯设备将数据上传至电网职业性有害因素智能监测平台；
所述电网职业性有害因素智能监测平台对接收的数据进行处理、分析、展示和存储，供移动终端查看。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述噪声传感器接收到的模拟电信号通过屏蔽同轴线缆传输，通过BNC接头与噪声数据分析模块连接；
所述噪声数据分析模块为24Bit高精度ADC，内部集成处理系统，采用RS-485接口向中央数据采集仪输出声级数据和1/1、1/3倍频程噪声数据。
优选地，所述电磁辐射探头通过三个独立轴向完成全向测量，将空间电磁场信号处理为包含场强信息的数字信号并通过光纤接口输出。
优选地，所述中央数据采集仪包括光信号接口，用于将光信号转为TTL电平信号，以便接收电磁辐射探头通过光纤输出的工频电场、磁场场强数据；
所述中央数据采集仪通过RS-232接口接收温湿度数据；
所述中央数据采集仪通过RS-485接口接收噪声数据。
优选地，所述中央数据采集仪内嵌检测应用程序，所述应用程序包括显示模块、对比模块、分析模块和报警模块：
所述显示模块，用于将电磁场强度、1/3倍频程噪声数据、温湿度数据与GPS数据结合，显示整个变电站的检测数据分布、平均值；
所述对比模块，用于调取历史检测数据，进行数据对比；
所述分析模块，用于分析每个位置湿度与工频电场关系；
所述报警模块，用于根据不同次检测数据，建立每个位置的检测数据波动范围，设置控制线，超出控制线规划出的数据范围时，触发数据异常提醒。
优选地，所述中央数据采集仪包括自检报警模块，用于传感器故障报警，低电量报警和设备通信异常报警。
优选地，所述电磁检测系统还包括自动充电控制器、L型防干扰支架、GPS定位系统、摄像系统、激光导航仪、动力及转向系统和机器人控制器；
所述自动充电控制器与中央数据采集仪通信，受中央数据采集仪控制，对电磁辐射探头充电；
所述L型防干扰支架，用于安装和支撑所述中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声传感器、噪声数据分析模块、电磁辐射探头、网络通信设备和自动充电控制器；
所述GPS定位系统根据机器人内置的变电站内地图，自动规划巡检路线并实时校正位置；
所述激光导航仪设于机器人的正前方、正后方、左侧和右侧，实现实时测距和定位，根据实时路况规划路径，躲避障碍物；
所述机器人控制器控制GPS定位系统、摄像系统、激光导航仪和动力及转向系统，完成变电站内的巡检工作，并将工作状态上传至中央数据采集仪。
优选地，所述电磁辐射探头内置大容量锂电池，电量足够从容的完成一次站内巡检工作。
优选地，所述自动充电控制器将自身工作使用的+12V电源通过充电芯片进行转化，适配于3.7V锂电池，用于对电磁辐射探头内置的锂电池充电。
优选地，所述中央数据采集仪通过RS-232接口与自动充电控制器通信，根据机器人的工作状态控制自动充电控制器对电磁辐射探头充电。
优选地，所述中央数据采集仪通过以太网口接收机器人控制器上传的机器人工作状态信息，所述工作状态信息包括充电状态、GPS信息、行驶速度和电量。
优选地，所述中央数据采集仪根据机器人是否进入充电状态向自动充电控制器发送指令，当机器人进入充电状态时发送指令控制自动充电控制器中的CPU操作可控电源装置输出+12V；当机器人进入充电状态时发送指令控制自动充电控制器中的CPU操作可控电源装置输出-12V。
优选地，所述L型防干扰支架包括横杆和竖杆；
所述横杆一端安装所述电磁辐射探头，另一端与竖杆的一端连接，与竖杆的连接处安装所述噪声传感器，所述竖杆的另一端设有设备舱，设备舱内安装所述中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声数据分析模块、网络通信设备和自动充电控制器。
优选地，所述移动终端安装于L型防干扰支架竖杆上；
所述设备舱舱体上设有环形固定器，用于嵌套机器人摄像云台。
优选地，所述设备舱底部贴合机器人背部形状的曲面设计，接触面为防滑材料。
优选地，所述横杆与电磁辐射探头之间、竖杆与设备舱之间均通过可插拔的接口连接。
优选地，所述L型防干扰支架内设磁吸式充电插头、尼龙空心传动链条和限程电动推杆，磁吸式充电插头通过充电线缆与自动充电控制器连接；
对电磁辐射探头充电时，自动充电控制器控制竖杆内的限程电动推杆运行，限程电动推杆推动尼龙空心传动链条沿着L型防干扰支架轨道传送，随之带动横杆内的磁吸式充电插头向电磁辐射探头移动，运行到电磁辐射探头处，磁吸式充电插头自动连接电磁辐射探头，电磁辐射探头开始充电；充电完成后，自动充电控制器控制限程电动推杆向下移动，随之磁吸式充电插头与电磁辐射探头断开连接。
优选地，所述磁吸式充电插头为2芯5A插头；
所述尼龙空心传动链条外部尺寸为35*42*350，节距为22，弯曲半径为55mm；
所述限程电动推杆行程为350mm，额定电压为12V，额定推力为800N，空载转速为14mm/s；
所述L型防干扰支架横杆和竖杆长度分别为530mm和1000mm，所述L型防干扰支架采用pvc材质。
本申请所达到的有益效果：
1.本申请实现了机器人全自动完成变电站内的巡检工作，电磁、噪声、温湿度传感设备在机器人站内巡检过程中自动完成整个站内的电磁、噪声数据采集和上传；部署的软件平台接收数据，完成数据的实时显示、存储，对变电站内的有害因素分布情况做分析展示，现场可通过移动终端查看测试数据。整个过程无需人员操作，通过精确的传感器设备和机器人即可代替过去繁重的人工测试工作，数据直接通过网络上传平台，通过平台快速显示分析，同样体现了系统的智能化概念；
2.本申请通过机器人内置变电站内地图，结合GPS系统自动规划巡检路线并实时校正位置。机器人在正前方、正后方、左侧、右侧均有激光导航仪进行更精细的测距和定位，可以躲避障碍物，根据实时路况重新规划路径；
3.本申请采用L形支架和传动充电插头式的自动充电设计，在测试时可避免金属材质接近电磁辐射探头，提高电磁辐射测量精度。
附图说明
图1是本申请一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统的结构示意图；
图2是本申请实施例中L型防干扰支架结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本申请的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，所述电磁检测系统包括中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声传感器、噪声数据分析模块、电磁辐射探头和网络通信设备；
所述温湿度传感器与温湿度数据分析模块连接，分别用于检测和分析温湿度数据；
所述噪声传感器与噪声数据分析模块连接，分别用于检测和分析噪声数据；
实施例中，所述噪声传感器接收到的模拟电信号通过屏蔽同轴线缆传输，通过BNC接头与噪声数据分析模块连接；
所述噪声数据分析模块为24Bit高精度ADC，内部集成处理系统，采用RS-485接口向中央数据采集仪输出声级数据和1/1、1/3倍频程噪声数据。
所述电磁辐射探头，用于检测工频电场和磁场场强数据；
实施例中，所述电磁辐射探头通过三个独立轴向完成全向测量，将空间电磁场信号处理为包含场强信息的数字信号并通过光纤接口输出。
所述中央数据采集仪接收温湿度数据分析模块、噪声数据分析模块和电磁辐射探头输出的温湿度数据、噪声数据、工频电场和磁场场强数据，并通过网络通讯设备将数据上传至电网职业性有害因素智能监测平台；
实施例中，所述中央数据采集仪包括光信号接口，用于将光信号转为TTL电平信号，以便接收电磁辐射探头通过光纤输出的工频电场、磁场场强数据；
所述中央数据采集仪通过RS-232接口接收温湿度数据；
所述中央数据采集仪通过RS-485接口接收噪声数据。
所述中央数据采集仪内嵌检测应用程序，所述应用程序包括显示模块、对比模块、分析模块和报警模块，各模块功能如下：
所述显示模块，用于将电磁场强度、1/3倍频程噪声数据、温湿度数据与GPS数据结合，显示整个变电站的检测数据分布、平均值；
所述对比模块，用于调取历史检测数据，进行数据对比；
所述分析模块，用于分析每个位置湿度与工频电场关系；
所述报警模块，用于根据不同次检测数据，建立每个位置的检测数据波动范围，设置控制线，超出控制线规划出的数据范围时，触发数据异常提醒。
所述中央数据采集仪包括自检报警模块，用于传感器故障报警，低电量报警和设备通信异常报警。
所述电网职业性有害因素智能监测平台对接收的数据进行处理、分析、展示和存储，供移动终端查看。
如图1所示，实施例中，所述电磁检测系统还包括自动充电控制器、L型防干扰支架、GPS定位系统、摄像系统、激光导航仪、动力及转向系统和机器人控制器；
所述自动充电控制器与中央数据采集仪通信，受中央数据采集仪控制，对电磁辐射探头充电；
所述L型防干扰支架，用于安装和支撑所述中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声传感器、噪声数据分析模块、电磁辐射探头、网络通信设备和自动充电控制器；
所述GPS定位系统根据机器人内置的变电站内地图，自动规划巡检路线并实时校正位置；
所述激光导航仪设于机器人的正前方、正后方、左侧和右侧，实现实时测距和定位，根据实时路况规划路径，躲避障碍物；
所述机器人控制器控制GPS定位系统、摄像系统、激光导航仪和动力及转向系统，完成变电站内的巡检工作，并将工作状态上传至中央数据采集仪。
实施例中，所述电磁辐射探头内置大容量锂电池，电量足够巡检机器人从容的完成一次站内巡检工作。
所述自动充电控制器将自身工作使用的+12V电源通过充电芯片进行转化，适配于3.7V锂电池，用于对电磁辐射探头内置的锂电池充电。
所述中央数据采集仪通过RS-232接口与自动充电控制器通信，根据机器人的工作状态控制自动充电控制器对电磁辐射探头充电。当机器人巡检完成后进入充电房充电，开始充电后机器人控制器向中央数据采集仪上传充电提示信息，中央数据采集仪控制自动充电控制器对电磁辐射探头的充电，机器人充电完成后提示中央数据采集仪，中央数据采集仪控制自动充电控制器停止对电磁辐射探头充电；
所述中央数据采集仪通过以太网口接收机器人控制器上传的机器人工作状态信息，所述工作状态信息包括充电状态、GPS信息、行驶速度和电量。
所述中央数据采集仪根据机器人是否进入充电状态向自动充电控制器发送指令，当机器人进入充电状态时发送指令控制自动充电控制器中的CPU操作可控电源装置输出+12V；当机器人进入充电状态时发送指令控制自动充电控制器中的CPU操作可控电源装置输出-12V。
如图2所示，所述L型防干扰支架包括横杆和竖杆；
所述横杆一端安装所述电磁辐射探头，另一端与竖杆的一端连接，与竖杆的连接处安装所述噪声传感器，所述竖杆的另一端设有设备舱，设备舱内安装所述中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声数据分析模块、网络通信设备和自动充电控制器。
实施例中，所述移动终端(屏幕显示器)安装于L型防干扰支架竖杆上；
所述设备舱舱体上设有环形固定器，用于嵌套机器人摄像云台。
所述设备舱底部贴合机器人背部形状的曲面设计，接触面为防滑材料。
所述横杆与电磁辐射探头之间、竖杆与设备舱之间均通过可插拔的接口连接。
所述L型防干扰支架内设磁吸式充电插头、尼龙空心传动链条和限程电动推杆，磁吸式充电插头通过充电线缆与自动充电控制器连接；
对电磁辐射探头充电时，自动充电控制器控制竖杆内的限程电动推杆运行，限程电动推杆推动尼龙空心传动链条沿着L型防干扰支架轨道传送，随之带动横杆内的磁吸式充电插头向电磁辐射探头移动，运行到电磁辐射探头处，磁吸式充电插头自动连接电磁辐射探头，电磁辐射探头开始充电；充电完成后，自动充电控制器控制限程电动推杆向下移动，随之磁吸式充电插头与电磁辐射探头断开连接。
所述磁吸式充电插头为2芯5A插头；
所述尼龙空心传动链条外部尺寸为35*42*350，节距为22，弯曲半径为55mm；
所述限程电动推杆行程为350mm，额定电压为12V，额定推力为800N，空载转速为14mm/s；
所述L型防干扰支架横杆和竖杆长度分别为530mm和1000mm，所述L型防干扰支架采用高强度耐磨pvc材质。
本申请L型防干扰支架和传动充电插头式的自动充电设计对于电磁辐射测量的必要性：
金属物体与电磁辐射探头接近时会严重影响测试结果，所以在测试时要绝对避免金属材质接近电磁辐射探头。所以，巡检机器人进行巡检工作时，电磁辐射探头不可以直接连接金属线(包括通信线缆和充电线)。
虽然电磁辐射探头内置的电池可支持探头工作12小时，多次巡检后电量耗尽，为保障长时间无人运维的机器人的巡检工作，在L型防干扰支架内植入了自动充电装置，电磁辐射探头的充电工作可自动完成。
上述充电方式，在巡检工作开始前，充电线缆从电磁辐射探头抽出放置在竖杆中，与电磁辐射探头距离保持在350mm以上，不会影响电磁辐射探头对工频电场的测试。
机器人完成巡检工作自动驶回充电房后，充电线被推进到探头充电口进行充电。
根据大量实验结果，结合探头重量与L形支撑架的承重能力，将探头与金属拉开350mm的距离最优。
另外，本申请横杆固定电磁辐射探头的测试方式，可减小湿度对工频电场测试造成的影响。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述电磁检测系统包括中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声传感器、噪声数据分析模块、电磁辐射探头和网络通信设备；
所述温湿度传感器与温湿度数据分析模块连接，分别用于检测和分析温湿度数据；
所述噪声传感器与噪声数据分析模块连接，分别用于检测和分析噪声数据；
所述电磁辐射探头，用于检测工频电场和磁场场强数据；
所述中央数据采集仪接收温湿度数据分析模块、噪声数据分析模块和电磁辐射探头输出的温湿度数据、噪声数据、工频电场和磁场场强数据，并通过网络通讯设备将数据上传至电网职业性有害因素智能监测平台；
所述电网职业性有害因素智能监测平台对接收的数据进行处理、分析、展示和存储，供移动终端查看。
2.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述噪声传感器接收到的模拟电信号通过屏蔽同轴线缆传输，通过BNC接头与噪声数据分析模块连接；
所述噪声数据分析模块为24Bit高精度ADC，内部集成处理系统，采用RS-485接口向中央数据采集仪输出声级数据和1/1、1/3倍频程噪声数据。
3.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述电磁辐射探头通过三个独立轴向完成全向测量，将空间电磁场信号处理为包含场强信息的数字信号并通过光纤接口输出。
4.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述中央数据采集仪包括光信号接口，用于将光信号转为TTL电平信号，以便接收电磁辐射探头通过光纤输出的工频电场、磁场场强数据；
所述中央数据采集仪通过RS-232接口接收温湿度数据；
所述中央数据采集仪通过RS-485接口接收噪声数据。
5.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述中央数据采集仪内嵌检测应用程序，所述应用程序包括显示模块、对比模块、分析模块和报警模块：
所述显示模块，用于将电磁场强度、1/3倍频程噪声数据、温湿度数据与GPS数据结合，显示整个变电站的检测数据分布、平均值；
所述对比模块，用于调取历史检测数据，进行数据对比；
所述分析模块，用于分析每个位置湿度与工频电场关系；
所述报警模块，用于根据不同次检测数据，建立每个位置的检测数据波动范围，设置控制线，超出控制线规划出的数据范围时，触发数据异常提醒。
6.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述中央数据采集仪包括自检报警模块，用于传感器故障报警，低电量报警和设备通信异常报警。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述电磁检测系统还包括自动充电控制器、L型防干扰支架、GPS定位系统、摄像系统、激光导航仪、动力及转向系统和机器人控制器；
所述自动充电控制器与中央数据采集仪通信，受中央数据采集仪控制，对电磁辐射探头充电；
所述L型防干扰支架，用于安装和支撑所述中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声传感器、噪声数据分析模块、电磁辐射探头、网络通信设备和自动充电控制器；
所述GPS定位系统根据机器人内置的变电站内地图，自动规划巡检路线并实时校正位置；
所述激光导航仪设于机器人的正前方、正后方、左侧和右侧，实现实时测距和定位，根据实时路况规划路径，躲避障碍物；
所述机器人控制器控制GPS定位系统、摄像系统、激光导航仪和动力及转向系统，完成变电站内的巡检工作，并将工作状态上传至中央数据采集仪。
8.根据权利要求7所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述电磁辐射探头内置大容量锂电池，电量足够从容的完成一次站内巡检工作。
9.根据权利要求8所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述自动充电控制器将自身工作使用的+12V电源通过充电芯片进行转化，适配于3.7V锂电池，用于对电磁辐射探头内置的锂电池充电。
10.根据权利要求7所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述中央数据采集仪通过RS-232接口与自动充电控制器通信，根据机器人的工作状态控制自动充电控制器对电磁辐射探头充电。
11.根据权利要求10所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述中央数据采集仪通过以太网口接收机器人控制器上传的机器人工作状态信息，所述工作状态信息包括充电状态、GPS信息、行驶速度和电量。
12.根据权利要求11所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述中央数据采集仪根据机器人是否进入充电状态向自动充电控制器发送指令，当机器人进入充电状态时发送指令控制自动充电控制器中的CPU操作可控电源装置输出+12V；当机器人进入充电状态时发送指令控制自动充电控制器中的CPU操作可控电源装置输出-12V。
13.根据权利要求7所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述L型防干扰支架包括横杆和竖杆；
所述横杆一端安装所述电磁辐射探头，另一端与竖杆的一端连接，与竖杆的连接处安装所述噪声传感器，所述竖杆的另一端设有设备舱，设备舱内安装所述中央数据采集仪、温湿度传感器、温湿度数据分析模块、噪声数据分析模块、网络通信设备和自动充电控制器。
14.根据权利要求13所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述移动终端安装于L型防干扰支架竖杆上；
所述设备舱舱体上设有环形固定器，用于嵌套机器人摄像云台。
15.根据权利要求13所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述设备舱底部贴合机器人背部形状的曲面设计，接触面为防滑材料。
16.根据权利要求13所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述横杆与电磁辐射探头之间、竖杆与设备舱之间均通过可插拔的接口连接。
17.根据权利要求13所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述L型防干扰支架内设磁吸式充电插头、尼龙空心传动链条和限程电动推杆，磁吸式充电插头通过充电线缆与自动充电控制器连接；
对电磁辐射探头充电时，自动充电控制器控制竖杆内的限程电动推杆运行，限程电动推杆推动尼龙空心传动链条沿着L型防干扰支架轨道传送，随之带动横杆内的磁吸式充电插头向电磁辐射探头移动，运行到电磁辐射探头处，磁吸式充电插头自动连接电磁辐射探头，电磁辐射探头开始充电；充电完成后，自动充电控制器控制限程电动推杆向下移动，随之磁吸式充电插头与电磁辐射探头断开连接。
18.根据权利要求17所述的一种变电站巡检机器人搭载的电磁检测系统，其特征在于：
所述磁吸式充电插头为2芯5A插头；
所述尼龙空心传动链条外部尺寸为35*42*350，节距为22，弯曲半径为55mm；
所述限程电动推杆行程为350mm，额定电压为12V，额定推力为800N，空载转速为14mm/s；
所述L型防干扰支架横杆和竖杆长度分别为530mm和1000mm，所述L型防干扰支架采用pvc材质。
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