CN116520090A - 可分离式导线及接续管故障监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及导线故障监测系统，具体为可分离式导线及接续管故障监测系统，包括圆环形可分离式承载系统，所述圆环形可分离式承载系统上设有能够与所述数据传输系统电连接的电场变化探测系统、温度探测系统、自主避障系统、驱动系统、GPS定位系统和电源供电系统；该故障监测系统能够提供一种结构相对简单，安全可靠，能够有效适用于室外架空导线自主避障和实时监测的机器人；系统性能可靠，结构合理简单，可以实现自动监测；能够进行故障跨越；能够利用电场、温度的异常变化情况监测导线的故障情况；该故障监测系统自动化程度高，大大减少了施工人员数量，确保施工人员的生命安全；能够针对不同尺寸的架空导线具有较好的适应能力，适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉及一种导线故障监测系统，具体为可分离式导线及接续管故障监测系统。
背景技术
电力线路是电力系统的重要组成部分，承担着输送和分配电能的任务，需要对输电线路进行定期的巡视检查，才可确保供电安全。目前对架空输电线路的检修工作主要由人工完成，传统作业方法要求工作人员佩戴众多防护和检修设备，沿高压线路巡查完成检修，这种方法劳动强度大、效率低，且工作环境较为恶劣，具有一定的危险性。因此近年来，我国开始研制各种用于完成架空输电线路巡检工作的巡线机器人，这些机器人能够在输电线路上完成自主巡察和故障诊断工作，然而现有的巡线机器人体积较大、功能单一，无法较好地完成故障监测任务。
目前主要采用两种方式对架空输电导线进行故障监测：一种是无人机，如国网宁夏电力有限公司银川供电公司的架空导线巡检无人机(申请号：CN202110017784.9)，其滞空时间有限，无人机飞行条件受天气影响较大，在大风或雨天条件下无法正常飞行；另一种是巡检机器人，如云南电网有限责任公司电力科学研究院的一种架空导线机器人(申请号：CN201811416906.6)，其整体体积较大，可靠性也有待考察，又如云南电网有限责任公司怒江供电局及云南电网有限责任公司电力科学研究院的巡检机器人，其设备结构复杂，自身重量大。
因此，开发一种结构简单、安全可靠的架空导线故障监测机器人对于输电线路运行维护领域具有十分重要的意义。鉴于此，我们提出可分离式导线及接续管故障监测系统。
发明内容
为了弥补以上不足，本发明提供了可分离式导线及接续管故障监测系统。
本发明的技术方案是：
可分离式导线及接续管故障监测系统，包括地面控制中心设有的地面控制系统，所述地面控制系统连接有数据传输系统，还包括圆环形可分离式承载系统，所述圆环形可分离式承载系统上设有能够与所述数据传输系统电连接的电场变化探测系统、温度探测系统、自主避障系统、驱动系统、GPS定位系统和电源供电系统。
优选的，所述圆环形可分离式承载系统包括第一圆形承载底盘和第二圆形承载底盘，所述第一圆形承载底盘和第二圆形承载底盘上分别设有能够通过横向液压伸缩杆相互连接且位置一一对齐的上下左右四部分。
优选的，所述第一圆形承载底盘包括通过电磁吸盘相互磁吸连接的第一上部承载底盘、第一下部承载底盘、第一左部承载底盘和第一右部承载底盘；且所述第二圆形承载底盘包括通过所述电磁吸盘相互磁吸连接的第二上部承载底盘、第二下部承载底盘、第二左部承载底盘和第二右部承载底盘。
优选的，所述第一圆形承载底盘和第二圆形承载底盘每个部分内侧均固定连接有竖向液压伸缩杆，且所述竖向液压伸缩杆末端通过螺栓安装有V形轮，所述驱动系统能够为所述V形轮提供动力。
优选的，所述电场变化探测系统包括固定安装在所述第一右部承载底盘和第二右部承载底盘上的微型电压探测器，所述微型电压探测器包括导体基座、真空石英罩和信号处理器，所述导体基座上设有相互交错安装的屏蔽芯片和感应芯片，两侧所述屏蔽芯片和感应芯片交错位置处设有焊点，且所述焊点上焊接有引线。
优选的，所述屏蔽芯片包括带有屏蔽电极的振动膜和分布两侧处的第一激振电极，所述第一激振电极和屏蔽电极分别向外引出所述引线至所述焊点；所述感应芯片包括感应电极和第二激振电极，所述第二激振电极与所述第一激振电极位置相对应，能够形成激振电极对，且所述第一激振电极大于所述第二激振电极。
优选的，所述温度探测系统能够探测架空导线温度，所述温度探测系统包括安装在所述第一上部承载底盘和第二上部承载底盘上的红外镜头和摄像头，还包括并列固定在所述第一上部承载底盘上的红外探测器和显示组件、处理电子元件和数据存储模块。
优选的，所述自主避障系统包括固定于所述第一下部承载底盘和第二下部承载底盘上的避障模块、单片机、稳压芯片、循迹模块和电机驱动模块；所述循迹模块包括反射型光电探测器和电压比较器，所述避障模块内部设有超声波发射器和超声波接收器。
优选的，所述避障模块位于所述超声波发射器与能够输出脉冲的驱动端口之间设有电压放大电路，所述超声波接收器的接收电路包括能够达到KHz的工作频率KΩ滤波器中心频率调节电阻、前置放大器负反馈电阻、输出端负载电阻、检波电容及积分电容。
优选的，所述驱动系统包括安装在所述V形轮轮毂上且电气连接的轮毂电机和电机控制器，且所述第一圆形承载底盘和第二圆形承载底盘四部分上分别安装有功率转换器、电子控制器、电子差速器和电源系统。。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该可分离式导线及接续管故障监测系统，较之现有导线故障监测系统相比：该故障监测系统能够提供一种结构相对简单，安全可靠，能够有效适用于室外架空导线自主避障和实时监测的机器人；系统性能可靠，结构合理简单，可实现自动监测，实时监测，适宜推广；能够利用自主避障原理探测故障并进行故障跨越；能够利用电场、温度的异常变化情况监测导线的故障情况；该故障监测系统自动化程度高，大大减少了施工人员数量，确保施工人员的生命安全；能够针对不同尺寸的架空导线具有较好的适应能力，适用范围更广。
附图说明
图1为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统工作流程图；
图2为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统框图；
图3为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统上部承载底盘左视图；
图4为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统上部承载底盘右视图；
图5为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统左部承载底盘示意图；
图6为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统右部承载底盘示意图；
图7为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统下部承载底盘左视图；
图8为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统下部承载底盘右视图；
图9为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统自主避障系统驱动电路原理图；
图10为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统自主避障系统接收电路原理图；
图11为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统微型电压探测器示意图；
图12为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统微型电压探测器屏蔽芯片平面示意图；
图13为本发明可分离式导线及接续管故障监测系统微型电压探测器感应芯片平面示意图。
图中各个标号的意义为：
图中：1、圆环形可分离式承载系统；2、电场变化探测系统；3、温度探测系统；4、自主避障系统；5、驱动系统；6、GPS定位系统；7、数据传输系统；8、地面控制系统；9、电源供电系统；10、架空导线；101、第一圆形承载底盘；102、第二圆形承载底盘；103、V形轮；104、第一上部承载底盘；105、第一下部承载底盘；106、第一左部承载底盘；107、第一右部承载底盘；108、第二上部承载底盘；109、第二下部承载底盘；110、第二左部承载底盘；111、第二右部承载底盘；112、电磁吸盘；113、竖向液压伸缩杆；114、螺栓；115、横向液压伸缩杆；201、微型电压探测器；202、屏蔽芯片；203、感应芯片；204、导体基座；205、真空石英罩；207、焊点；208、引线；209、屏蔽电极；210、振动膜；211、第一激振电极；212、感应电极；213、第二激振电极；301、红外镜头；302、红外探测器；303、显示组件；304、处理电子元件；305、数据存储模块；307、摄像头；401、避障模块；402、单片机；403、循迹模块；404、稳压芯片；405、电机驱动模块；408、超声波发射器；409、超声波接收器；501、轮毂电机；502、电机控制器；503、功率转换器；504、电子控制器；505、电子差速器；506、电源系统；601、主控制模块；602、控制监测模块；603、天线；604、GPS接收机；701、中央计算机系统；702、数据终端设备；901、蓄电池；902、电池监测模块；903、电源模块；904、电压转换模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-13，本发明通过以下实施例来详述上述技术方案：
可分离式导线及接续管故障监测系统，包括地面控制中心设有的地面控制系统8，地面控制系统8连接有数据传输系统7，还包括圆环形可分离式承载系统1，圆环形可分离式承载系统1上设有能够与数据传输系统7电连接的电场变化探测系统2、温度探测系统3、自主避障系统4、驱动系统5、GPS定位系统6和电源供电系统9。其工作原理为：自主避障系统4能够将在架空导线10路径上所测得的障碍物数据通过数据传输系统7无线发送给地面控制系统8，并由数据传输系统7接收地面控制系统8的命令；电场变化探测系统2的微型电压探测器201测得的电场强度变化数据由数据传输系统7发送给地面控制系统8；GPS定位系统6将所在位置数据通过数据传输系统7发送给地面控制系统8；感温探测系统3能够将测得的架空导线10温度数据由无线数据传输系统7发送给地面控制系统8。
圆环形可分离式承载系统1包括第一圆形承载底盘101和第二圆形承载底盘102，第一圆形承载底盘101和第二圆形承载底盘102上分别设有能够通过横向液压伸缩杆115相互连接且位置一一对齐的上下左右四部分。
第一圆形承载底盘101包括通过电磁吸盘112相互磁吸连接的第一上部承载底盘104、第一下部承载底盘105、第一左部承载底盘106和第一右部承载底盘107；且第二圆形承载底盘102包括通过HCNE1-P20型电磁吸盘112相互磁吸连接的第二上部承载底盘108、第二下部承载底盘109、第二左部承载底盘110和第二右部承载底盘111。
第一圆形承载底盘101和第二圆形承载底盘102每个部分内侧均固定连接有竖向液压伸缩杆113，且竖向液压伸缩杆113末端通过螺栓114安装有V形轮103，驱动系统5能够为V形轮103提供动力。需要说明的是，如图1所示，当收到地面控制系统7的越障命令时，靠近障碍一侧的第二圆形承载底盘102或第一圆形承载底盘101上的HCNE1-P20型电磁吸盘112断电；四根横向液压伸缩杆115带动上下左右四部分伸长直到跨越障碍；HCNE1-P20型电磁吸盘112通电，第二圆形承载底盘102或第一圆形承载底盘101的上下左右四部分恢复原状，实现越障。
电场变化探测系统2包括固定安装在第一右部承载底盘107和第二右部承载底盘111上的微型电压探测器201，用于架空导线10巡线时检测由于故障而引起的表面电场变化情况，微型电压探测器201包括导体基座204、真空石英罩205和信号处理器，导体基座204上设有相互交错安装的屏蔽芯片202和感应芯片203，两侧屏蔽芯片202和感应芯片203交错位置处设有焊点207，且焊点207上焊接有引线208；屏蔽芯片202包括带有屏蔽电极209的振动膜210和分布两侧处的第一激振电极211，第一激振电极211和屏蔽电极209分别向外引出引线208至焊点207；感应芯片203包括感应电极212和第二激振电极213，第二激振电极213与第一激振电极211位置相对应，能够形成激振电极对，且第一激振电极211大于第二激振电极213；如图6和图11，本实施例的屏蔽芯片202位于电源供电系统9中的蓄电池901及电源模块903的下方及数据传输系统7中的中央计算机系统701及数据终端设备702的上方处。
温度探测系统3能够探测架空导线10温度，温度探测系统3包括安装在第一上部承载底盘104和第二上部承载底盘108上的OMMA035A型红外镜头301和zw v380pro型摄像头307，还包括并列固定在第一上部承载底盘104上的hikmicro LH25型红外探测器302和显示组件303、处理电子元件304和数据存储模块305。如图3所示，OMMA035A型红外镜头301镶嵌于上部分的右侧面圆心角90°处，且镜头凸出部分占整体的三分之一，zw v380pro型摄像头307镶嵌于左部分右侧面的圆心角0°处及右部分的右侧面圆心角180°处。
自主避障系统4包括固定于第一下部承载底盘105和第二下部承载底盘109上的避障模块401、单片机402、稳压芯片404、循迹模块403和电机驱动模块405，能够用于探测架空导线10上的障碍，并将数据通过数据传输系统7发送给地面控制系统8；循迹模块403包括反射型光电探测器和电压比较器，避障模块401内部设有超声波发射器408和超声波接收器409。
避障模块401位于超声波发射器408与能够输出脉冲的驱动端口之间设有电压放大电路，超声波接收器409的接收电路包括能够达到40KHz的工作频率200KΩ滤波器中心频率调节电阻、前置放大器负反馈电阻、输出端负载电阻、检波电容及积分电容；因为当超声波发射器408直接由驱动端口输出40KHz的脉冲(高电平为5V)来驱动时，发出的超声波强度远远达不到用于测量所需的强度，即使接收到了反射波信号那也是十分微弱的，不利于从杂波中区别出来，不能进一步的处理。
驱动系统5包括安装在V形轮103轮毂上且电气连接的轮毂电机501和电机控制器502，且第一圆形承载底盘101和第二圆形承载底盘102四部分上分别安装有功率转换器503、电子控制器504、电子差速器505和电源系统506。驱动系统5为V形轮103提供动力，控制前进、后退及停止。本实施例如图4，电子差速器505及电源系统506均位于最右侧，其中电子差速器505在左边，电源系统506在右边，功率转换器503位于电子差速器505与电源供电系统9中的电池监测模块902之间；电子控制器504位于电源系统506与电源供电系统9中的电压转换模块904之间；如图8所示，在下部分的右半部分上，电子差速器505及电源系统506均位于最右侧，其中电子差速器505在右边，电源系统506在左边，功率转换器503位于电子差速器505与电源供电系统9中的电池监测模块902之间，电子控制器504位于电源系统506与电源供电系统9中的电压转换模块904之间；在左部承载底盘106的上半部分上，电子差速器505位于最上方的左侧，右侧为电源系统506，功率转换器503位于电子差速器505的下方，电子控制器504位于电源系统506的下方，同时位于功率转换器503的右侧；在右部承载底盘107的上半部分上，电子差速器505位于最上方的左侧，右侧为电源系统506，功率转换器503位于电子差速器505的下方，电子控制器504位于电源系统506的下方，同时位于功率转换器503的右侧。
需要说明的是，本实施例中的GPS定位系统6用于确定当前所处的位置并发送给地面控制系统8，包括主控制模块601、控制监测模块602、玥达电子YDC型天线603和华测创时M300型GPS接收机604；数据传输系统7能够用于接收各系统所测的图像、温度、电场强度数据，并发送给地面控制系统8，并将地面控制系统8发送的命令传递给各个系统，包括中央计算机系统701及Seuic东集AUTOID Pad Air-(Win)型数据终端设备702。
本实施例的可分离式导线及接续管故障监测系统，电源供电系统9为电场变化探测系统2、感温探测系统3、自主避障系统4、驱动系统5、GPS定位系统6及数据传输系统7提供稳定电源，驱动系统5为V形轮103提供动力，控制机器人的前进，前进过程中温度探测系统3探测架空导线10的温度、自主避障系统4探测架空导线10上的障碍物、GPS定位系统6确定当前所处的位置，而后将温度、障碍物及位置数据由数据传输系统7发送给地面控制系统8；若温度数据出现异常，地面控制系统8向摄像头307发送命令，摄像头307将拍摄的照片数据传回地面控制系统8，同时向GPS定位系统6发送命令将实时位置传回地面控制系统8；当使用该系统的机器人行驶到障碍物前方时，自主避障系统4将障碍物数据由数据传输系统7发送给地面控制系统8，地面控制系统8发出越障命令，机器人停止行驶，靠近障碍一侧的第一圆形承载底盘101或第二圆形承载底盘102的电磁吸盘112断电，四根分别连接四部分的横向液压伸缩杆115带动四个部分伸长直到跨越障碍；随后电磁吸盘112通电，第一圆形承载底盘101或第二圆形承载底盘102再次恢复原状；若电场变化探测系统2监测到架空导线10周围的电场发生异常变化，则将电场异常数据通过数据传输系统7发送给地面控制系统8，地面控制系统8向摄像头307发送命令，摄像头307将拍摄的照片数据传回地面控制系统8，同时向GPS定位系统6发送命令将实时位置传回地面控制系统8。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.可分离式导线及接续管故障监测系统，包括地面控制中心设有的地面控制系统(8)，所述地面控制系统(8)连接有数据传输系统(7)，其特征在于：还包括圆环形可分离式承载系统(1)，所述圆环形可分离式承载系统(1)上设有能够与所述数据传输系统(7)电连接的电场变化探测系统(2)、温度探测系统(3)、自主避障系统(4)、驱动系统(5)、GPS定位系统(6)和电源供电系统(9)。
2.如权利要求1所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述圆环形可分离式承载系统(1)包括第一圆形承载底盘(101)和第二圆形承载底盘(102)，所述第一圆形承载底盘(101)和第二圆形承载底盘(102)上分别设有能够通过横向液压伸缩杆(115)相互连接且位置一一对齐的上下左右四部分。
3.如权利要求2所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述第一圆形承载底盘(101)包括通过电磁吸盘(112)相互磁吸连接的第一上部承载底盘(104)、第一下部承载底盘(105)、第一左部承载底盘(106)和第一右部承载底盘(107)；且所述第二圆形承载底盘(102)包括通过所述电磁吸盘(112)相互磁吸连接的第二上部承载底盘(108)、第二下部承载底盘(109)、第二左部承载底盘(110)和第二右部承载底盘(111)。
4.如权利要求3所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述第一圆形承载底盘(101)和第二圆形承载底盘(102)每个部分内侧均固定连接有竖向液压伸缩杆(113)，且所述竖向液压伸缩杆(113)末端通过螺栓(114)安装有V形轮(103)，所述驱动系统(5)能够为所述V形轮(103)提供动力。
5.如权利要求4所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述电场变化探测系统(2)包括固定安装在所述第一右部承载底盘(107)和第二右部承载底盘(111)上的微型电压探测器(201)，所述微型电压探测器(201)包括导体基座(204)、真空石英罩(205)和信号处理器，所述导体基座(204)上设有相互交错安装的屏蔽芯片(202)和感应芯片(203)，两侧所述屏蔽芯片(202)和感应芯片(203)交错位置处设有焊点(207)，且所述焊点(207)上焊接有引线(208)。
6.如权利要求5所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述屏蔽芯片(202)包括带有屏蔽电极(209)的振动膜(210)和分布两侧处的第一激振电极(211)，所述第一激振电极(211)和屏蔽电极(209)分别向外引出所述引线(208)至所述焊点(207)；所述感应芯片(203)包括感应电极(212)和第二激振电极(213)，所述第二激振电极(213)与所述第一激振电极(211)位置相对应，能够形成激振电极对，且所述第一激振电极(211)大于所述第二激振电极(213)。
7.如权利要求6所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述温度探测系统(3)能够探测架空导线(10)温度，所述温度探测系统(3)包括安装在所述第一上部承载底盘(104)和第二上部承载底盘(108)上的红外镜头(301)和摄像头(307)，还包括并列固定在所述第一上部承载底盘(104)上的红外探测器(302)和显示组件(303)、处理电子元件(304)和数据存储模块(305)。
8.如权利要求7所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述自主避障系统(4)包括固定于所述第一下部承载底盘(105)和第二下部承载底盘(109)上的避障模块(401)、单片机402、稳压芯片(404)、循迹模块(403)和电机驱动模块(405)；所述循迹模块(403)包括反射型光电探测器和电压比较器，所述避障模块(401)内部设有超声波发射器(408)和超声波接收器(409)。
9.如权利要求8所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述避障模块(401)位于所述超声波发射器(408)与能够输出脉冲的驱动端口之间设有电压放大电路，所述超声波接收器(409)的接收电路包括能够达到40KHz的工作频率200KΩ滤波器中心频率调节电阻、前置放大器负反馈电阻、输出端负载电阻、检波电容及积分电容。
10.如权利要求9所述的可分离式导线及接续管故障监测系统，其特征在于：所述驱动系统(5)包括安装在所述V形轮(103)轮毂上且电气连接的轮毂电机(501)和电机控制器(502)，且所述第一圆形承载底盘(101)和第二圆形承载底盘(102)四部分上分别安装有功率转换器(503)、电子控制器(504)、电子差速器(505)和电源系统(506)。
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