CN202471867U - 变电站在线设备自动检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变电站在线设备自动检测装置，包括巡检小车以及二维旋转云台，其特征在于：巡检小车上的电路模块由主控模块、运动控制模块以及电源模块组成，其中主控模块上设置有主控制器、无线通信模块、温湿度测量电路、摄像头、紫外脉冲检测电路以及红外测温探头；运动控制模块上设置有单片机、电磁信号检测电路、电机驱动电路、云台舵机、左驱直流电机以及右驱直流电机；电源模块为主控模块和运动控制模块供电。其显著效果是：检测装置不受外界条件和天气影响，能根据预设的巡检路径可靠导航，系统可以通过远程自动控制，无需人工看守，减少人力浪费，降低检测成本，不仅包括放电检测和温度检测，还可实现视频监控，提高检测能力。

Description

变电站在线设备自动检测装置

技术领域

本实用新型涩及一种检测装置，具体地说，是一种变电站在线设备自动检测装置。

背景技术

变电站作为电力系统的重要组成部分，其在线状况直接关系着电网的安全、稳定运行。目前，电网的分布范围也越来越大，输电电压等级也不断提高，而各种工农业污染物的不断增多以及环境破坏造成的极端天气因素，使电力线路和设备的绝缘恶化越来越严重，造成的危害也越来越大。

据统计，绝缘事故已占到了整个电力系统事故的第二位，仅次于雷害事故。其主要原因是在发生绝缘事故时，周围几十或上百平方公里的地区内，设备绝缘恶化程度相似，容易发生大面积多点绝缘事故，引起跳闸后绝缘性很难自恢复，从而导致事故的扩大和长时间停电。

绝缘事故涉及面广，停电时间长，经济损失大，是电力安全发供电的一大威胁。多年来我国绝缘事故不断，已遍及全国，一次绝缘事故损失的电量可高达几万至几千万度，而间接的损失更是无法估计。由于绝缘状况恶化而必然伴随局部放电加剧的现象，设备的局部放电被作为了检测绝缘性能的重要指标。因此无论是研究机构，制造厂商，还是电力系统在线部门，都越来越关心局部放电检测技术的发展，并广泛地把局部放电检测作为质量监控的重要指标。

电力设备绝缘的某些薄弱部位在强电场的作用下会发生局部放电是高压绝缘中普遍存在的问题。虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿，因此需要对电力设备的放电状况进行检测。另外，随着现代电力向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，对电力系统设备可靠性也提出了越来越高的要求。由于电路的损耗，一部分电能将转化为热能，当电力设备发生缺陷(如接触性能不良)或故障时，缺陷部位或关键部位的温度将由于发热的增大而急剧上升。系统在过高的温度下在线会造成设备力学性能、物理化学性能和电气性能的劣化。如果不及时诊断并排除故障，设备的绝缘将遭到严重破坏，从而大大缩短设备的正常在线寿命，并且这些故障会逐渐发展演变，最终恶化而形成事故或使设备损坏，从而影响整个电力系统的正常工作，甚至造成巨大损失。为避免此类事故的发生，及时、准确的测出电力系统设备内各个关键点的温度对于发现并排除系统的故障具有重大的实际意义。

而现有技术中，电力系统对带电设备的检测一般采用人工巡检方式，由工作人员携带红外成像仪、紫外成像仪等检测仪器对设备进行检测。这种检测方式存在两个问题：一是红外成像仪和紫外成像仪，存在成本高、操作复杂、灵敏度不足，对早期放电危险难以预报，不能定量表示放电程度等弱点；二是传统的人工巡检方式，每次检测的指标比较单一，难以将多个检测指标进行融合，同时由于人为因素的影响有时难以及时发现设备异常和潜在的故障隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种变电站在线设备自动检测装置，能够实现远程控制，自动巡检，不但能对变电站带电设备的各个关键点进行局部放电检测和环境温度检测，还能进行视频监控，无需建网与维护，无需人员看守，减少人力浪费，降低检测成本，提高系统的稳定性。

为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：

一种变电站在线设备自动检测装置，包括巡检小车以及搭建在该巡检小车上的二维旋转云台，其关键在于：所述巡检小车上的电路模块由主控模块、运动控制模块以及电源模块组成，其中：

所述主控模块上设置有主控制器，该主控制器通过无线通信模块与远程计算机实现无线通信，在主控制器还上连接有温湿度测量电路、摄像头、紫外脉冲检测电路以及红外测温探头；

所述运动控制模块上设置有单片机，该单片机与所述主控模块中的主控制器相互连接，在单片机的输入端设置有电磁信号检测电路，该电磁信号检测电路接收检测导航电线中的电磁信号，用于实现巡检小车的自动导航，在单片机的输出端组上连接有电机驱动电路，该电机驱动电路分别与云台舵机、左驱直流电机以及右驱直流电机连接，所述云台舵机用于实现二维旋转云台的转动，所述左驱直流电机以及右驱直流电机用于实现巡检小车的移动；

所述电源模块为所述主控模块和运动控制模块供电。

该检测装置将紫外脉冲检测、红外温度检测以及视频监控等功能融为一体，本地检测数据通过无线通信传输到远程计算机中进行存储和处理，远程计算机可以根据接收到的检测数据进行智能判断，确定各种带电设备的运行是否安全。

该检测装置采用电磁导航技术，可以根据预设的巡检路径进行自动导航，装置的运动还可以通过远程计算机进行控制，无需人力看守，可实现全天24小时在线监测。

进一步的描述，所述摄像头、红外测温探头以及紫外脉冲检测电路中的脉冲探头均安装在二维旋转云台的顶端。

通过云台舵机带动二维旋转云台旋转，可以让红外测温探头以及紫外脉冲检测电路中的脉冲探头指向电力设备各个关键部位，同时实现视频扫描监控。

再进一步描述，所述主控模块中的主控制器与运动控制模块中的单片机之间通过RS232通信接口连接，便于各种控制指令的传输。

为了实现方便，所述无线通信模块为GPRS模块或者3G无线通信模块。

根据具体的情况，所述电机驱动电路由四路PWM输出电路和四路电机转向控制电路组成。

作为最优，所述电磁信号检测电路接收的电磁信号为19.3kHz的交流电流信号，该电磁信号由导航信号发生器生成并通过导航电线向外传输。

本实用新型的显著效果是：检测装置不受各种外界条件和天气影响，能根据预设的巡检路径可靠导航，系统的运行可以通过远程自动控制，无需人工看守，减少人力浪费，降低检测成本，而且系统可以实现24小时在线检测，不仅包括放电检测和温度检测，还可以实现视频监控，提高了检测能力，使得各种电气设备的运行更加稳定性。

附图说明

图1是实用新型的拓扑结构图；

图2是巡检小车中的电路模块原理框图；

图3是二维旋转云台的结构示意图；

图4为PWM输出电路的电路原理图；

图5为电机转向控制电路的电路原理图；

图6为紫外脉冲检测电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种变电站在线设备自动检测装置，包括巡检小车2以及搭建在该巡检小车2上的二维旋转云台，所述巡检小车2与远程计算机1之间通过无线通信实现数据传送，巡检小车2通过接收导航电线4中的电磁信号实现自动导航，导航电线4中的电磁信号由导航信号发生器3产生。

如图2所示，实施过程中，巡检小车2上的电路模块由主控模块21、运动控制模块22以及电源模块23组成，其中：

所述主控模块21上设置有主控制器211，该主控制器211通过无线通信模块212与远程计算机1实现无线通信，在主控制器211还上还连接有温湿度测量电路213、摄像头214、紫外脉冲检测电路215以及红外测温探头216；

所述运动控制模块22上设置有单片机221，该单片机221与所述主控模块21中的主控制器211相互连接，在单片机221的输入端设置有电磁信号检测电路222，该电磁信号检测电路222接收检测导航电线4中的电磁信号，用于实现巡检小车2的自动导航，在单片机221的输出端组上连接有电机驱动电路223，该电机驱动电路223分别与云台舵机224、左驱直流电机225以及右驱直流电机226连接，所述云台舵机224用于实现二维旋转云台的转动，所述左驱直流电机225以及右驱直流电机226用于实现巡检小车2的移动；

所述电源模块23为所述主控模块21和运动控制模块22供电。

在实施过程中，主控模块21是由一个基于PXA270的嵌入式系统平台组成，即主控制器211选用芯片为Xscale处理器PXA270，根据实际需要，在PXA270芯片上扩展有Flash存储器、SDRAM存储器以及EEPROM存储器，用于程序在线和数据存储。通过PXA270上的全功能UART接口（FFUART）连接无线通信模块212，该无线通信模块212可以选用GPRS模块，也可以选用3G无线通信模块，作为目前成熟的无线通信技术，具体的工作原理将不再赘述。利用PXA270上的USB接口连接摄像头214，紫外脉冲检测电路215以及红外测温探头216与主控制器211之间通过通用的IO接口连接，温湿度测量电路213主要是为了获取一个环境变量，因为电力设备放电是一个复杂的过程，利用紫外检测电力设备的放电情况，必须考虑空气湿度的影响因素，而环境温度会影响红外测温的准确性。

运动控制模块22是由一个基于MC9S12XS128芯片的单片机系统组成，单片机221的芯片型号即为MC9S12XS128，单片机221与主控制器211之间通过RS232通信接口连接，用于接收主控制器211的控制指令，实现巡检小车2的导航控制、运动控制以及二维旋转云台的移动控制。

电源模块23主要包括蓄电池以及电源转换电路，为设备提供相应的电源。

如图3所示，所述摄像头214、红外测温探头216以及紫外脉冲检测电路215中的脉冲探头均安装在二维旋转云台的顶端，通过云台舵机224带动二维旋转云台旋转，可以让红外测温探头以及紫外脉冲检测电路215中的脉冲探头指向电力设备各个关键部位，同时实现视频扫描监控。

实施过程中，巡检小车2上的电机包括左驱直流电机225、右驱直流电机226以及二维旋转云台中的两个云台舵机224，因此所述电机驱动电路223由四路PWM输出电路和四路电机转向控制电路组成。

如图4所示，PWM输出电路由驱动芯片74LS245、高速光耦6N137和带斯密特触发的反相器74LS14组成。其中74LS245用于提供高速光耦驱动所需的电流，74LS14用于对PWM输出信号的反相和整形，确保输出信号的极性与单片机的输出PWM信号的极性一致。

如图5所示，电机转向控制电路由驱动芯片74LS245、光耦TLP521和带斯密特触发的反相器74LS14组成。其中74LS245用于提供光耦驱动所需的电流，74LS14用于对IO输出信号的反相和整形，确保输出信号的极性与单片机的输出IO信号的极性一致。

如图6所示，紫外脉冲检测电路是为了实现对设备放电产生的紫外光脉冲信号的探测，为了提高检测精度，在实施过程中，我们采用型号为UV-R2868的紫外光敏管作为检测传感器，紫外光敏管是一种基于光电发射原理和Thomas放电繁流理论的光电转换器件，在光敏管的阴极和阳极之间加上电压，会在两极之间产生电场，当光敏管接收到特定波段的紫外光并且入射光能量足够大时，会发生光电发射效应，迅速形成电子繁流放电。利用紫外光敏管，可将紫外光转换为光电流输出。紫外脉冲检测电路将紫外脉冲探头输出的光电流信号转换为脉冲电压信号，并实现对背景干扰的消除；

UV-R2868紫外光敏管仅响应185-265nm波段的紫外信号，本电路中，HV+为350V的直流电压，用于R2868的供电，UV_OUT为紫外脉冲检测电路的信号输出。TC4017为计数器，TC4538为可重触发的单稳态多谐振荡器，通过TC4017与TC4538的配合实现对背景干扰的消除，检测电路只有在2秒以内接收到来自R2868的设定数量脉冲，才会产生一个10ms脉宽的电压脉冲信号输出，脉冲数量的设置可通过跳线JP1实现，分别可选择1、3、5、7、9个脉冲。

为了避免外界电磁干扰和天气影响，所述电磁信号检测电路222接收的电磁信号为19.3kHz的交流电流信号，该电磁信号由导航信号发生器3生成并通过导航电线4向外传输。

本实用新型的工作原理是：

操作人员通过远程计算机1对巡检小车2进行控制，导航信号发生器3产生巡检小车2巡检导航所需的电磁信号，巡检小车2沿预设的巡检路径运动，实现对变电站电力设备的检测。根据需要巡检的变电站电力设备的位置，确定巡检路径并沿巡检路径铺设导航电线4，通常导航电线4穿入PVC管中，埋设在地面下1-2cm深处，导航电线4与导航信号发生器3连接，为了避开周围其它磁场的干扰，导航信号发生器3的输出为19.3kHz，100mA的交流电流。当巡检小车2通过无线通讯模块212接收到远程计算机1发出的巡检命令后，主控制器211通过RS232通讯接口向单片机221发出行走命令。单片机221接收到行走命令后，利用电磁信号检测电路222检测导航电线4中通过19.3kHz交流电流信号所产的电磁场，从而确定导航电线4的位置，然后通过单片机221以及电机驱动电路223实时调节左驱直流电机225以及右驱直流电机226的转速，使巡检小车2沿导航电线4行走。

当巡检小车2到达被测设备后，停在指定区域，主控制器211通过RS232通讯接口向单片机221发出检测定位命令，单片机221接收到检测定位命令后，控制二维旋转云台的运动，带动紫外脉冲探头和红外测温探头216指向被测电力设备的指定区域，执行完成后向主控制器211发出确认信号，主控制器211收到确认信号后，启动紫外脉冲检测电路215及紫外脉冲探头、红外测温探头216进行紫外检测和红外检测，同时启动温度湿度测量电路213测量当前的环境温度和湿度。

当主控制器211完成紫外检测、红外检测和环境温湿度检测后，启动摄象头214拍摄当前被测设备的图像，以便用户定位检测区域。主控制器211利用当前环境的温度和湿度数据修正检测到的紫外数据和红外数据，得到设备被检测区域的放电数据和温度数据，同时对被测设备的图像进行压缩。主控制器211在完成数据和图像的处理后，通过无线通讯模块212将数据和图像传送给远程计算机1，然后向单片机221发出下一条检测定位命令，实现对电力设备下一个关键区域的检测。

当巡检小车2实现对当前电力设备所有关键区域的检测后，主控制器211向单片机221发出行走命令，实现对下一个电力设备的检测。远程计算机1实现对检测数据和设备图像的存档管理。

Claims (6)

1.一种变电站在线设备自动检测装置，包括巡检小车（2）以及搭建在该巡检小车（2）上的二维旋转云台，其特征在于：所述巡检小车（2）上的电路模块由主控模块（21）、运动控制模块（22）以及电源模块（23）组成，其中：

所述主控模块（21）上设置有主控制器（211），该主控制器（211）通过无线通信模块（212）与远程计算机（1）实现无线通信，在主控制器（211）还上连接有温湿度测量电路（213）、摄像头（214）、紫外脉冲检测电路（215）以及红外测温探头（216）；

所述运动控制模块（22）上设置有单片机（221），该单片机（221）与所述主控模块（21）中的主控制器（211）相互连接，在单片机（221）的输入端设置有电磁信号检测电路（222），该电磁信号检测电路（222）接收检测导航电线（4）中的电磁信号，用于实现巡检小车（2）的自动导航，在单片机（221）的输出端组上连接有电机驱动电路（223），该电机驱动电路（223）分别与云台舵机（224）、左驱直流电机（225）以及右驱直流电机（226）连接，所述云台舵机（224）用于实现二维旋转云台的转动，所述左驱直流电机（225）以及右驱直流电机（226）用于实现巡检小车（2）的移动；

所述电源模块（23）为所述主控模块（21）和运动控制模块（22）供电。

2.根据权利要求1所述的变电站在线设备自动检测装置，其特征在于：所述摄像头（214）、红外测温探头（216）以及紫外脉冲检测电路（215）中的脉冲探头均安装在二维旋转云台的顶端。

3.根据权利要求1所述的变电站在线设备自动检测装置，其特征在于：所述主控模块（21）中的主控制器（211）与运动控制模块（22）中的单片机（221）之间通过RS232通信接口连接。

4.根据权利要求1所述的变电站在线设备自动检测装置，其特征在于：所述无线通信模块（212）为GPRS模块或者3G无线通信模块。

5.根据权利要求1所述的变电站在线设备自动检测装置，其特征在于：所述电机驱动电路（223）由四路PWM输出电路和四路电机转向控制电路组成。

6.根据权利要求1所述的变电站在线设备自动检测装置，其特征在于：所述电磁信号检测电路（222）接收的电磁信号为19.3kHz的交流电流信号，该电磁信号由导航信号发生器（3）生成并通过导航电线（4）向外传输。

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