CN114104136B - 一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，包括：监控反馈单元，用于根据获取的工作指令，对绝缘子周边环境进行巡视，将绝缘子周边环境的图像信息传输至主体搭载平台；攀爬清扫单元，用于获取控制单元输出的工作指令，爬升至待清扫绝缘子，并对绝缘子进行清扫；主体搭载平台，用于输出工作指令，控制监控反馈单元进行巡视工作，还对监控反馈单元传输的图像信息进行分析，确定攀爬清扫单元的工作指令。优点：全过程无人员接触，大幅降低疫情风险；有效避免常规升降平台的升降高度和稳定性问题，即搭载平台只需完成攀爬清扫单元脱离前的定位调整准备工作，而不再需要考虑绝缘子高度、周围环境等问题，大大拓展绝缘子清扫装置的适用场景。

Description

一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备

技术领域

本发明涉及一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，属于变电站智能电子设备技术领域。

背景技术

目前变电站内绝缘子清扫装置可以分为简易的手持式辅助清扫装置和具有一定智能化水平的自动清扫装置。手持式辅助清扫装置结构简单，但整体重量较大，不适于人为抓持操作，而绝缘子自动清扫装置则可以在变电检修人员的辅助下，通过控制器自主完成目标绝缘子的清扫工作，清扫效果好效率高，具有较好的推广应用前景。现有的绝缘子清扫装置作业模式如下：

（1）远距离冲洗

绝缘子远距离冲洗作业可以分为陆地式和浮空式两种。浮空式是指采用直升机或无人机等飞行设备，搭载相应的喷嘴和清扫剂箱，通过从末端清洗工具处喷射干冰颗粒或洁净水到绝缘子表面，到达非接触清洗绝缘子的目的。该作业模式由变电检修人员进行操作，可以针对特定污秽点进行清扫，具有较强的针对性。

（2）接触式清扫

该模式应用于设备停电情况下，核心是利用直流电机控制清扫刷盘旋转以完成对绝缘子表面污垢的清洗，整个工作过程中可以覆盖绝缘子整个表面。安装清扫刷盘的清扫刷头具备多种机械结构，其目标绝缘子的定位方式通常采用非接触的激光定位或接触式的弹簧定位两种。清扫装置的升降由升降机构完成，常采用剪叉式升降结构，用轻型卡车作为清扫装置移动载体的解决方案。整个装置包括机械系统、液压系统、通信系统等几部分。机械系统包括改装的轻型卡车、绝缘升降平台、操作机械臂和旋转刷盘机构。液压系统是整个系统的动力部分，主要包括绝缘油缸、绝缘油管、液压马达、电磁阀等。

传统的绝缘子清扫装置受限于变电站绝缘子设备的的多样性，往往只能胜任特定尺寸结构绝缘子的清扫工作，并不具备良好的适用性。此外由于绝缘子伞群结构的不规则，清扫装置需要变电检修人员进行辅助定位和确认，操作难度较高，变电检修人员精力消耗大，且易发生装置定位失败等现象；

传统的绝缘子清扫装置对搭载平台的稳定性和灵活性要求较高。对于浮空式装置而言，要求搭载设备具有良好的浮空稳定性，而对于陆地式清扫装置而言，则要求其具备良好的升降稳定性和较大的升降范围。该性能要求作为影响绝缘子清扫装置的清扫效果的重要因素，会很大程度上影响装置的研发成本，且难以实现轻量化智能作业的要求；

传统的绝缘子清扫装置目前已经可以较好的完成绝缘子的清扫工作，但其只具备单一的清扫功能，缺乏相应的状态检测和清扫效果判断功能。作业依赖于变电检修人员的经验，需要人工进行绝缘子状态和清扫效果的判断，智能化水平有待提升。

综上所述，传统的绝缘子自动清扫装置则存在如下问题：一是装置智能化水平低，识别定位需要现场变电检修人员的协助，依然对人员有较大的依赖性；二是装置升降难度大，难以适应变电站现场复杂的作业环境，无法有效保证清扫作业的覆盖范围；三是装置的功能单一，局限性大，仅适用于绝缘子的清扫工作，并未融合多样化的检测功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备。

为解决上述技术问题，本发明提供一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，包括：攀爬清扫单元、监控反馈单元和主体搭载平台；

所述监控反馈单元，用于根据获取的工作指令，对绝缘子周边环境进行巡视，将绝缘子周边环境的图像信息传输至主体搭载平台；

所述攀爬清扫单元，用于获取控制单元输出的工作指令，爬升至待清扫绝缘子，并对绝缘子进行清扫；

所述主体搭载平台，用于输出工作指令，控制监控反馈单元进行巡视工作，还用于对监控反馈单元传输的图像信息进行分析，确定攀爬清扫单元的工作指令。

进一步的，所述主体搭载平台，用于给搭载攀爬清扫单元和监控反馈单元提供电源，并在非工作状态时搭载攀爬清扫单元和监控反馈单元。

进一步的，所述主体搭载平台包括：平移定位调整模组，攀爬清扫单元释放模块，攀爬清扫单元控制模组，监控反馈单元停靠平台以及装置驱动电池模组：

所述平移定位调整模组，用于根据监控反馈单元所反馈的传感信号，对攀爬清扫单元的初始位置进行定位调整，确定待清扫绝缘子位于清扫单元的中心位置；

所述攀爬清扫单元释放模块采用磁吸原理，用于在非释放情况下保持通电状态以便攀爬清扫单元的吸附固定，而当平移定位调整模组完成定位调整完成，且攀爬清扫单元有效抱合后，攀爬清扫单元释放模块断电以便清扫单元与主体搭载平台的脱离释放；

所述攀爬清扫单元控制模组作为装置的控制核心，用于对监控反馈单元的巡视检测数据进行采集与分析，以及通过智能算法确定攀爬清扫单元所需的运动路径和工作指令；

所述监控反馈单元停靠平台，用于非工作状态下监控反馈单元的停靠与充电；

所述装置驱动电池模组，用于为装置的提供电源。

进一步的，所述对监控反馈单元传输的图像信息进行分析，确定攀爬清扫单元的工作指令，包括：

对监控反馈单元传输的图像信息进行图像处理，确定各绝缘子状态，针对各绝缘子状态进行分类并确定清扫优先级划分，根据划分的清扫优先级输出对应的控制指令给攀爬清扫单元，控制攀爬清扫单元对绝缘子进行清扫。

进一步的，所述监控反馈单元，还用于获取攀爬清扫单元清扫后的绝缘子图像信息，识别绝缘子表面污秽数据，与预先设置在监控反馈单元的数据库中的绝缘子表面污秽参考数据进行比对，确定清扫效果并进行评价，反馈至主体搭载平台。

进一步的，所述监控反馈单元为搭载无线通信模块、传感器模块和高清摄像头的无人机；

所述无线通信模块，用于传输和接收数据；

所述高清摄像头，用于采集绝缘子以及周边环境的高清图像信息；

所述传感器模块，用于采集目标绝缘子设备的综合状态数据，并通过无线通信模块传输给主体搭载平台进行设备的缺陷判断。

进一步的，所述传感器模块包括红外传感器、紫外传感器、超声波传感器、电场强度测量传感器；

所述红外传感器，用于检测目标绝缘子设备本体的温度状况；

所述紫外传感器，用于检测目标绝缘子设备本体的放电弧光；

所述超声波传感器，用于检测目标绝缘子设备表面的裂纹等物理损伤；

所述电场强度测量传感器，用于检测目标绝缘子的电场强度分布情况。

进一步的，所述攀爬清扫单元包括：伸缩装置以及设在伸缩装置上下两端的可开合的清扫手爪；

所述清扫手爪，用于做收紧和放松动作，实现在目标绝缘子上的锁定和解锁，还用于对绝缘子进行清理；

所述伸缩装置，用于做伸缩动作，配合清扫手爪进行攀爬动作。

进一步的，所述清扫手爪包括：采用线圈和智能纤维制成的具有缺口的环形的人工肌肉、与人工肌肉相匹配的充放电装置、清扫刷盘和清扫电机；

通过充放电装置对人工肌肉进行充电和放点，控制人工肌肉的收紧和放松，实现清扫手爪的闭合和张开；

若干清扫刷盘设在人工肌肉的上方或者下发，清扫电机通过传到机构控制清扫刷盘转动。

本发明所达到的有益效果：

（1）全过程无人员接触，大幅降低了疫情风险。

（2）基于攀爬清扫单元的脱离式变电站绝缘子智能清扫模式。该模式结合无人机监测反馈实现清扫装置沿绝缘子的运动和清扫工作，有效避免了常规升降平台的升降高度和稳定性问题，即搭载平台只需完成攀爬清扫单元脱离前的定位调整准备工作，而不再需要考虑绝缘子高度、周围环境等问题，大大拓展了绝缘子清扫装置的适用场景，该装置有效避免了工作过程中的人员接触问题，在疫情期间具有很大的技术优势。

（3）该变电站绝缘子智能清扫设备综合了攀爬清扫单元和无人机监测反馈系统的优点，控制和反馈形成闭环，大大提高了装置的自动化和智能化水平，不再需要变电检修人员进行辅助定位和确认，很大程度上减轻了人员工作量，同时避免了由于人为失误而导致的装置定位失败等现象；

（4）以无人机为核心的监测反馈系统极大拓展了绝缘子智能清扫设备的功能。其采用图像处理技术获取绝缘子位置信息，不仅区别于常规的激光定位或接触式定位方法，有效减轻了装置本体的重量，而且可以针对装置清扫效果进行比对、记录与评估。同时，超声波和红外仪等物理传感器可以实时检测绝缘子状态，及时发现设备缺陷和隐患，在完成清扫工作的同时兼具了隐患排查功能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是攀爬清扫单元；

图3是攀爬清扫单元释放模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。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发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，包括监测反馈单元1（Monitoring Feedback Unit,MFU），攀爬清扫单元2（ClimbingClearUnit,CCU）和主体搭载平台3(Main Carrier,MC)。

（1） 监测反馈单元1（Monitoring FeedbackUnit,MFU）

变电站绝缘子智能清扫设备的监测反馈单元1由具备灵活飞行移动能力的无人机和其上挂载的高清摄像头、红外传感器、紫外传感器、超声波传感器、电场强度测量传感器等构成。平台非工作状态下，无人机停靠于主体搭载平台31上，当接收到工作指令时，无人机飞起并进行周边环境巡视，现场工作环境图像及周围绝缘子设备的状态通过无线通讯模块传递至远端控制室，控制室计算机通过图像处理技术针对各绝缘子状态进行分类和清扫优先级划分，记录相应的数据并反馈回搭载平台的控制器。当智能清扫设备完成绝缘子清扫工作后，无人机通过图像识别技术比对数据库中的绝缘子表面污秽数据，自主对清扫效果进行评价并反馈至控制后台。

（2）攀爬清扫单元2（ClimbingClearUnit,CCU）

如图2所示，攀爬清扫单元2是变电站绝缘子智能清扫设备的关键部件，其由上下两个可开合的清扫手爪21和伸缩装置22构成。该单元采用连接至主体搭载平台3的长电源线进行供电。清扫手爪21通过根部安装的开合电机23，借助相应的铰链结构实现手爪的张开和闭合，其上对称安装有8个清扫刷盘24，左右分别通过1台清扫电机25进行控制。两个清扫手爪21之间通过伸缩装置22进行连接，伸缩装置22根部安装有磁吸装置26，同时手爪根部均安装有人工肌肉27和其对应的充放电装置28。采用线圈和智能纤维制成的人工肌肉能够在充电和放电时做出收紧和放松个动作，实现攀爬清扫单元在目标绝缘子上的自锁。

当变电站绝缘子智能清扫设备接收到工作指令后，主体搭载平台根据无人机的实时监测信息，构建相应的运动地图并自主移动至需要清扫的绝缘子处。根据无人机实时反馈的绝缘子位置信息，搭载平台灵活调整搭载有攀爬清扫单元的水平丝杠模块以进行绝缘子的定位工作。定位完成后，攀爬清扫单元的磁吸装置消磁，与搭载平台的丝杆模组进行脱离。此时，攀爬清扫单元直接受控于无人机监测反馈系统，其根据无人机反馈的绝缘子状态和尺寸信息，自主计算清扫手爪开合角度以及每次伸缩运动所需的伸缩量。上下两个清扫手爪21依次进行张开和闭合操作。当下部清扫手爪张开时，充放电装置28控制对应的人工肌肉27放松，与绝缘子表面脱离。此时上部清扫手爪保持闭合状态，充放电装置28控制对应的人工肌肉27收紧，保证攀爬清扫单元整体自锁于绝缘子4上，并进行相应伞群的清扫工作。清扫完成后，下部清扫手爪闭合，对应的人工肌肉27锁紧，上部清扫手爪则张开，对应的人工肌肉27放松，装置整体通过下部的人工肌肉27自锁与绝缘子上。伸缩装置22将上部清扫手爪抬高给定距离，完成攀爬动作。随后上部手爪闭合，下部清扫手爪张开，重复同样的工作过程直至清扫完毕。由于清扫手爪闭合状态下，对应手爪的清扫电机控制清扫刷盘旋转，对绝缘子4的伞群进行清扫，因此整个工作流程保证每一绝缘子伞群至少清扫两次，有效的保证了清扫效果。

（3）主体搭载平台(Main Carrier,MC)

如图1所示，主体搭载平台3是变电站绝缘子智能清扫设备的核心，包括：平移定位调整模组31，攀爬清扫单元释放模块32，攀爬清扫单元控制模组33，监控反馈单元停靠平台34以及装置驱动电池模组35：

所述平移定位调整模组31，采用常规的丝杠结构，并配合相应的驱动电机实现前进后退和左右移动功能；根据监控反馈单元所反馈的传感信号，对攀爬清扫单元的初始位置进行定位调整，保证待清扫绝缘子位于清扫单元的中心位置，可以实现有效的抱合；

如图3所示，所述攀爬清扫单元释放模块32采用磁吸原理，在非释放情况下保持通电状态实现攀爬清扫单元的吸附固定，而当平移定位调整模组完成定位调整完成，且攀爬清扫单元有效抱合后，模块断电实现清扫单元与主体搭载平台的脱离释放；

攀爬清扫单元释放模块32采用强力电磁吸盘321作为对接和释放功能的核心部件，通电时通过强力电磁吸盘321完成攀爬清扫单元2的对接回收，并结合释放驱动模块322内部的电机组，控制丝杠323运动使移动抱合部件324完成攀爬清扫单元2的抱合锁死，强力电磁吸盘321断电。释放时，首先保证强力电磁吸盘321处于通电吸附状态，待攀爬清扫单元2完成绝缘子抱合后，控制丝杠323运动使移动抱合部件324打开，最后断开强力电磁吸盘321的电源实现攀爬清扫单元2的安全释放。

所述攀爬清扫单元控制模组33作为装置的控制核心，内部安装有核心处理板卡，驱动控制单元，继电器，稳压电源模块以及相应的保护装置，一方面对监控反馈单元的巡视检测数据进行采集与分析，另一方面通过智能算法确定攀爬清扫单元所需的运动路径和工作指令；

所述监控反馈单元停靠平台34采用充电桩结构，用于监测反馈单元通过激光定位信号完成与停靠平台的对接和充电功能；

所述装置驱动电池模组35，作为装置电源，采用户外便携式大容量移动电源组合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，包括：攀爬清扫单元、监控反馈单元和主体搭载平台；

所述监控反馈单元，用于根据获取的工作指令，对绝缘子周边环境进行巡视，将绝缘子周边环境的图像信息传输至主体搭载平台；

所述攀爬清扫单元，用于获取控制单元输出的工作指令，爬升至待清扫绝缘子，并对绝缘子进行清扫；

所述主体搭载平台，用于输出工作指令，控制监控反馈单元进行巡视工作，还用于对监控反馈单元传输的图像信息进行分析，确定攀爬清扫单元的工作指令；

所述主体搭载平台包括：平移定位调整模组，攀爬清扫单元释放模块，攀爬清扫单元控制模组，监控反馈单元停靠平台以及装置驱动电池模组：

所述平移定位调整模组，用于根据监控反馈单元所反馈的传感信号，对攀爬清扫单元的初始位置进行定位调整，确定待清扫绝缘子位于清扫单元的中心位置；

所述攀爬清扫单元释放模块采用磁吸原理，用于在非释放情况下保持通电状态以便攀爬清扫单元的吸附固定，而当平移定位调整模组定位调整完成，且攀爬清扫单元有效抱合后，攀爬清扫单元释放模块断电以便清扫单元与主体搭载平台的脱离释放；

所述攀爬清扫单元控制模组作为装置的控制核心，用于对监控反馈单元的巡视检测数据进行采集与分析，以及通过智能算法确定攀爬清扫单元所需的运动路径和工作指令；

所述监控反馈单元停靠平台，用于非工作状态下监控反馈单元的停靠与充电；

所述装置驱动电池模组，用于为装置的提供电源。

2.根据权利要求1所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述主体搭载平台，用于给搭载攀爬清扫单元和监控反馈单元提供电源，并在非工作状态时搭载攀爬清扫单元和监控反馈单元。

3.根据权利要求1所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述对监控反馈单元传输的图像信息进行分析，确定攀爬清扫单元的工作指令，包括：

对监控反馈单元传输的图像信息进行图像处理，确定各绝缘子状态，针对各绝缘子状态进行分类并确定清扫优先级划分，根据划分的清扫优先级输出对应的控制指令给攀爬清扫单元，控制攀爬清扫单元对绝缘子进行清扫。

4.根据权利要求1所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述监控反馈单元，还用于获取攀爬清扫单元清扫后的绝缘子图像信息，识别绝缘子表面污秽数据，与预先设置在监控反馈单元的数据库中的绝缘子表面污秽参考数据进行比对，确定清扫效果并进行评价，反馈至主体搭载平台。

5.根据权利要求1所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述监控反馈单元为搭载无线通信模块、传感器模块和高清摄像头的无人机；

所述无线通信模块，用于传输和接收数据；

所述高清摄像头，用于采集绝缘子以及周边环境的高清图像信息；

所述传感器模块，用于采集目标绝缘子设备的综合状态数据，并通过无线通信模块传输给主体搭载平台进行设备的缺陷判断。

6.根据权利要求5所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述传感器模块包括红外传感器、紫外传感器、超声波传感器、电场强度测量传感器；

所述红外传感器，用于检测目标绝缘子设备本体的温度状况；

所述紫外传感器，用于检测目标绝缘子设备本体的放电弧光；

所述超声波传感器，用于检测目标绝缘子设备表面的裂纹等物理损伤；

所述电场强度测量传感器，用于检测目标绝缘子的电场强度分布情况。

7.根据权利要求1所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述攀爬清扫单元包括：伸缩装置以及设在伸缩装置上下两端的可开合的清扫手爪；

所述清扫手爪，用于做收紧和放松动作，实现在目标绝缘子上的锁定和解锁，还用于对绝缘子进行清理；

所述伸缩装置，用于做伸缩动作，配合清扫手爪进行攀爬动作。

8.根据权利要求7所述的变电站电气设备绝缘子智能清扫设备，其特征在于，所述清扫手爪包括：采用线圈和智能纤维制成的具有缺口的环形的人工肌肉、与人工肌肉相匹配的充放电装置、清扫刷盘和清扫电机；

通过充放电装置对人工肌肉进行充电和放电 ，控制人工肌肉的收紧和放松，实现清扫手爪的闭合和张开；

若干清扫刷盘设在人工肌肉的上方或者下方 ，清扫电机通过传到机构控制清扫刷盘转动。

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