CN208224417U - 一种gil管廊内空间电磁波监测定位装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置及系统，其中，监测定位装置，包括车身以及安装于车身上的检测定位模块；车身包括行走机构和行走驱动机构；检测定位模块包括控制单元、定位单元、电磁波信号传感器、幅值检测及存储单元和通信单元；控制单元通过控制行走驱动机构的运行控制车身行走机构行走。监测定位装置可实现对GIL管廊内的局放电磁波信号的监测，并能够根据信号方位在GIL管廊内移动，以接近或到达局放位置。监测定位系统则通过多个监测定位装置的组合，结合时差定位法以及监测定位装置的移动和定位功能，实现对管廊中GIL局部放电位置的定位，提高定位灵敏度，减少局放现象对GIL管廊绝缘性能的破坏。

Description

一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置及系统

技术领域

本实用新型涉及GIL管廊设备状态监测技术领域，特别是一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置、系统及方法。

背景技术

GIL(gas-insulated metal enclosed transmission line)即气体绝缘金属封闭输电线路，是一种采用六氟化硫(SF6)或其它气体绝缘、外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离电力传输设备，具有输电容量大、损耗小、占地少、运行可靠性高、维护量小、寿命长、环境影响小等显著优点。

管廊中GIL长度一般在数百米左右，特殊情况下可达几千米，且GIL管廊一般处于地下、河床下或者山体内部，很难实现人工高频率巡检，而GIL的绝缘能力是决定GIL能否安全运行的重要因素。

局部放电是发生在介质中的局部击穿现象，GIL设备在工作电压下的局部放电是使绝缘老化并发展到击穿的重要原因，因此局部放电检测是反应GIL绝缘状况的有效手段，避免绝缘击穿具有重要意义，也是当前研究的热点领域。

局部放电的定位可通过电气参数测量、超声波定位法、超高频电磁波定位法等方法来实现。超高频电磁波法具有检测频段比较高，可有效的避开常规电测量中的电晕放电、开关操作等多种电气信号干扰。电磁波在空气中的传播速度接近光速且比较稳定，可利用时差定位法进行局放定位，但是由于目前传感器灵敏度不够高、管廊弯曲等原因，时差法定位误差较大，需进一步精确定位。为此，拓展改进空间电磁波检测技术在GIL方面的应用前景广阔。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置及系统，其中，监测定位装置可实现对GIL管廊内的局放电磁波信号的监测，并能够根据信号方位在GIL管廊内移动，以接近或到达局放位置。监测定位系统则通过多个监测定位装置的组合，结合时差定位法以及监测定位装置的移动和定位功能，实现对管廊中GIL局部放电位置的定位，提高定位灵敏度，减少局放现象对GIL管廊绝缘性能的破坏。

本实用新型采取的技术方案为：一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，包括车身以及安装于车身上的检测定位模块；车身包括行走机构和行走驱动机构；

检测定位模块包括控制单元、定位单元、电磁波信号传感器、幅值检测及存储单元和通信单元；

控制单元通过控制行走驱动机构的运行控制车身行走机构行走；

定位单元采集车身实时位置数据传输至控制单元；

电磁波信号传感器采集GIL管廊内的电磁波信号，并将信号传输至幅值监测及存储单元；

幅值监测及存储单元检测接收到的电磁波信号的幅值并存储，同时存储相应电磁波信号的接收时间，并将电磁波幅值和接收时间数据传输至控制单元；

控制单元通过通信单元与外部设备连接通信。

本实用新型在应用时，控制单元可根据幅值监测及存储单元检测到的电磁波信号幅值和接收时间，控制车身朝局放位置方向运行。可采用现有技术，如在运动过程中实时获取电磁波信号幅值大小，当幅值变小则立即停止运动，停止处位置即为局放位置或极其接近局放位置。

进一步的，本实用新型的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置中，检测定位模块还包括红外测距传感器，红外测距传感器的输出端连接控制单元。可用于检测与其它监测定位装置之间的距离，避免相撞导致损坏。

进一步的，本实用新型的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置中，检测定位模块还包括报警单元，控制单元控制报警单元输出报警信号。报警单元可用于局放位置定位后的报警信号输出，便于现场检修人员更快找到局放位置，可采用声光结合报警的形式。

更进一步的，本实用新型的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置还包括伸缩机构，伸缩机构包括伸缩臂和伸缩驱动件，伸缩臂竖直安装于车身上，电磁波信号传感器固定于伸缩臂的顶端，控制单元控制伸缩驱动件的动作从而控制伸缩臂的伸缩。伸缩机构采用现有电动伸缩臂。

优选的，所述电磁波信号传感器采用双向电磁波信号传感器，其两个信号接收端分别朝向GIL管廊两端。即电磁波信号传感器的天线大致平行于所在GIL管廊段的管廊轴向设置。

优选的，所述幅值监测及存储单元采用具有存储功能的示波器。记录接收到信号的时间以及实时计算信号幅值，为现有示波器的基本功能。

优选的，本实用新型的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置中，检测定位模块中的通信单元采用无线通信单元，外部设备可为其它监测定位模块或后台主控站，即多个检测定位模块之间，以及检测定位模块与后台主控站之间通过无线网络通信，以传输定位相关数据。

控制单元通过信号调理单元以及RS485通信电路实现对车身行走驱动机构的控制。车身行走驱动机构可采用继电器、电机与电机控制回路的组合，为现有技术。信号调理单元用于实现控制单元与行走驱动机构及相邻监测装置、后台主控站的通信，即实现控制命令数据转换、无线WIFI信号收发，采用现有技术。通过控制电机运行以及正反转实现车身的行走以及方向控制为现有技术。

本实用新型还公开一种基于前述GIL管廊内空间电磁波监测定位装置的监测定位系统，包括后台主控站和沿管廊长度分布设置的多个监测定位装置；相邻监测定位装置之间，以及各监测定位装置与后台主控站之间通过网络连接通信；

各监测定位装置实时采集管廊内的电磁波信号，获取电磁波信号的幅值和接收时间，将电磁波信号的接收时间以及自身位置数据传输至相邻监测定位装置，并根据自身与相邻监测定位装置之间的距离，以及电磁波信号接收时间的差值，利用时差法初步判断局放点位置；

监测定位装置根据局放点位置的初步判断结果，控制行走机构的运行，使得车身朝局放位置行走，直至到达或接近电磁波信号幅值的最大位置处，即认为车身到达局放点位置，监测定位装置控制车身停止行走，并将当前车身位置数据发送至后台主控站。

优选的，相邻监测定位装置之间，以及各监测定位装置与后台主控站之间通过无线WIFi网络连接通信。

优选的，GIL管廊内设有多个行驶轨道，相邻监测定位装置分别在不同的行驶轨道上移动。可避免相邻定位机器人在误判或其它意外情况下的相撞。行驶轨道可采用在管道底部与顶部分别设置的形式。管道底部也可不设置滑轨，而仅靠车轮无轨道行走。

优选的，监测定位装置还包括由控制单元控制的伸缩机构，电磁波信号传感器安装于伸缩机构的顶端；控制单元通过伸缩机构控制电磁波信号传感器的高度位置变化，以定位电磁波信号的幅值最大高度位置，即发生局放的具体输电线路。电磁波信号传感器的实时高度可根据伸缩机构的结构特点进行计算，为现有技术。

优选的，监测定位装置还包括红外测距传感器，监测定位装置通过红外测距传感器检测与其它监测定位装置之间的距离，发送至控制单元，当距离小于一设定距离阈值，控制单元控制车身停止行走。此时监测定位装置可向后台主控站发送停止信号以及车身位置数据，同时发送车身停止原因为避免碰撞。所述距离阈值可设置为5-10CM左右。此时后台主控站可认为车身停止位置即为接近局放位置，进而对相应位置进行检修排查。

优选的，监测定位装置还包括报警单元，监测定位装置到达局放位置停止行走后，控制单元控制报警单元输出报警信号。

有益效果

1)本实用新型的监测定位装置能够实时采集自身位置信息，同时对GIL管廊内的局放电磁波信号进行实时监测，并根据信号方位控制自身行走机构朝局放位置点行走，并在到达信号幅值最大的位置时停止行走，从而定位局放位置点，且定位较精确；

2)本实用新型的监测定位系统，通过在GIL管廊内设置多个监测定位装置，使得相邻监测定位装置，以及各监测定位装置与后台主控站之间连接通信，实现利用时差法对局放位置点的初步定位，进而通过控制监测定位装置的行走使其到达局放位置点，实现时差法基础之上的局放位置点精确定位，对于长距离管廊中局部放电点的精确定位非常适用。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例一种GIL管廊内空间电磁波监测定位系统原理框图；

图3为本实用新型实施例一种管廊中气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)空间电磁波监测定位装置装载于滚轮移动式机器人上的GIL管廊轴向截面示意图；

图4为本实用新型管廊中气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)空间电磁波监测定位装置定位局部放电点的一种具体实施方式流程图；

图5为本实用新型实施例一种管廊中气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)空间电磁波监测定位装置装载于滚轮移动式机器人上的GIL管廊径向截面示意图；

图6为本实用新型实施例一种管廊中气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)空间电磁波监测定位装置装载于悬挂轨道移动式机器人上的GIL管廊径向截面示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

实施例1 GIL管廊内空间电磁波监测定位装置

结合图1和图2所示，GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，包括车身1以及安装于车身上的检测定位模块；车身包括行走机构和行走驱动机构；

参考图1，检测定位模块包括控制单元3、定位单元4、电磁波信号传感器8、幅值检测及存储单元2和通信单元；

控制单元3通过控制行走驱动机构的运行控制车身行走机构行走；

定位单元4采集车身实时位置数据传输至控制单元3；

电磁波信号传感器8采集GIL管廊内的电磁波信号，并将信号传输至幅值监测及存储单元2；

幅值监测及存储单元2检测接收到的电磁波信号的幅值并存储，同时存储相应电磁波信号的接收时间，并将电磁波幅值和接收时间数据传输至控制单元3；

控制单元3通过通信单元与外部设备连接通信。

实施例1-1

本实施例中，幅值监测及存储单元2采用具有存储功能的示波器。记录接收到信号的时间以及实时计算信号幅值，为现有示波器的基本功能。

电磁波信号传感器8采用双向电磁波信号传感器，其两个信号接收端分别朝向GIL管廊两端。即电磁波信号传感器的天线大致平行于所在GIL管廊段的管廊轴向设置。

GIL管廊内空间电磁波监测定位装置还包括伸缩机构7，伸缩机构包括伸缩臂和伸缩驱动件，伸缩臂竖直安装于车身上，电磁波信号传感器固定于伸缩臂的顶端，控制单元控制伸缩驱动件的动作从而控制伸缩臂的伸缩。伸缩机构采用现有电动伸缩臂。

检测定位模块还包括红外测距传感器9，红外测距传感器的输出端连接控制单元。红外测距传感器可在车身上设置多个，用于检测与其它监测定位装置之间的距离，避免相撞导致损坏。

检测定位模块还包括报警单元6，控制单元3控制报警单元输出报警信号。报警单元可用于局放位置定位后的报警信号输出，便于现场检修人员更快找到局放位置，可采用声光结合报警的形式。

检测定位模块中的通信单元采用无线通信单元，外部设备可为其它监测定位模块或后台主控站，即多个检测定位模块之间，以及检测定位模块与后台主控站之间通过无线网络通信，以传输定位相关数据。

控制单元通过信号调理单元以及RS485通信电路实现对车身行走驱动机构的控制。车身行走驱动机构可采用继电器、电机与电机控制回路的组合，为现有技术。信号调理单元用于实现控制单元与行走驱动机构及相邻监测装置、后台主控站的通信，即实现控制命令数据转换、无线WIFI信号收发，采用现有技术。通过控制电机运行以及正反转实现车身的行走以及方向控制为现有技术。

在应用时，控制单元可根据幅值监测及存储单元检测到的电磁波信号幅值和接收时间，控制车身朝局放位置方向运行。可采用现有技术，如在运动过程中实时获取电磁波信号幅值大小，当幅值变小则立即停止运动，停止处位置即为局放位置点或极其接近局放位置。

实施例2 GIL管廊内空间电磁波监测定位系统

结合图1和图3所示，采用实施例1所述GIL管廊内空间电磁波监测定位装置的监测定位系统，包括后台主控站和沿管廊长度分布设置的多个监测定位装置；相邻监测定位装置之间，以及各监测定位装置与后台主控站之间通过网络连接通信；

各监测定位装置实时采集管廊内的电磁波信号，获取电磁波信号的幅值和接收时间，将电磁波信号的接收时间以及自身位置数据传输至相邻监测定位装置，并根据自身与相邻监测定位装置之间的距离，以及电磁波信号接收时间的差值，利用时差法初步判断局放位置；

监测定位装置根据局放位置的初步判断结果，控制行走机构的运行，使得车身朝局放位置行走，直至到达或接近电磁波信号幅值的最大位置处，即认为车身到达局放位置，监测定位装置控制车身停止行走，并将当前车身位置数据发送至后台主控站。

实施例2-1

本实施例中，相邻监测定位装置之间，以及各监测定位装置与后台主控站之间通过无线WIFi网络连接通信。

参考图5和图6所示，GIL管廊内设有多个行驶轨道，如分别设置在管廊的顶部和底部，顶部监测定位装置采用悬挂式安装，管道底部可不设置滑轨，而仅靠车轮进行无轨道行走。相邻监测定位装置分别在不同的行驶轨道上移动，可避免相邻定位机器人在误判或其它意外情况下的相撞。

各种监测定位装置还包括由控制单元控制的伸缩机构，电磁波信号传感器安装于伸缩机构的顶端；控制单元通过伸缩机构控制电磁波信号传感器的高度位置变化，以定位电磁波信号的幅值最大高度位置，即发生局放的具体输电线路。电磁波信号传感器的实时高度可根据伸缩机构的结构特点进行计算，可采用现有技术。

各监测定位装置还包括红外测距传感器，监测定位装置通过红外测距传感器检测与其它监测定位装置之间的距离，发送至控制单元，当距离小于一设定距离阈值，控制单元控制车身停止行走。此时监测定位装置可向后台主控站发送停止信号以及车身位置数据，同时发送车身停止原因为避免碰撞。所述距离阈值可设置为5-10CM左右。此时后台主控站可认为车身停止位置即为接近局放位置，进而对相应位置进行检修排查。

监测定位装置还包括报警单元，监测定位装置到达局放位置停止行走后，控制单元控制报警单元输出报警信号。

本实用新型GIL管廊内空间电磁波监测定位系统在应用时，定位方法包括：

S1，监测定位装置采集输电线路局放电磁波信号，同时记录采集到局放电磁波信号的时间，实时获取自身位置数据；

S2，基于各监测定位装置的位置，以及采集到局放电磁波信号的时间，利用时差法计算局放位置点与最先采集到局放电磁波信号的监测定位装置之间的位置关系，进而确定当前位于局放位置点两侧的监测定位装置；

S3，控制当前位于局放位置点两侧的两个监测定位装置中的至少一个向局放位置点行走；

S4，监测定位装置在行走过程中，根据实时采集的电磁波信号幅值大小，控制车身停止在电磁波信号幅值最大的位置，或者停止在接近电磁波信号幅值最大的位置处；

S5，停止的监测定位装置，将停止信息发送至后台主控站，停止信息包括当前停止位置数据。

步骤S2中，在进行时差法计算前，首先需要确定时差法计算的主体，本实施例以最先采集到局放电磁波信号的两个监测定位装置为时差法计算主体。

具体的，各监测定位装置在采集到局放电磁波信号后，可向后台主控站发送信号接收时间，后台主控站通过各监测定位装置接收时间的先后，确定最先采集到局放电磁波信号的两个监测定位装置，然后向相应的监测定位装置发送时差法计算指令。

本实用新型系统在时差法基础之上实现对局放位置点的进一步定位，具体参考图4所示的流程图：

定义GIL管廊内依次分布的监测定位装置序列R₁,R₂,...,R_i,...,R_n；

步骤S2中，定义GIL管廊内发生局放现象时，距离局放点位置最近的监测定位装置R_i和第二近的R_i-1最先依次接收到局放电磁波信号，则监测定位装置R_i与R_i-1进行通信；

定义R_i与局放点之间的距离为X_i，局放电磁波信号传输速度为c，R_i与R_i-1接收到局放电磁波信号的时间分别为t_i和t_i-1，R_i与R_i-1之间的实时距离为L，则监测定位装置R_i与R_i-1接收到局放电磁波信号的时间差Δt为：

则R_i与局放点之间的距离为X_i为：

若计算得到的X_i不等于0，则判断局放点位于R_i与R_i-1之间，否则局放点位于R_i与R_i+1之间。

在得到局放位置点的方位后，局放位置点两侧的任一个监测定位装置控制车身朝局放位置点行走。

步骤S4中，监测定位装置在行走过程中，实时采集电磁波信号幅值大小，并将实时电磁波信号幅值对时间求导，当d|u|/dt≤0时，控制车身停止行走，则此时到达电磁波信号幅值最大的位置。

步骤S5中，监测定位装置停止后，向后台主控站发送停止信息，停止信息包括当前位置数据，工作人员于后台主控站可知局放现象发生的管廊内轴向上的位置。同时监测定位装置在停止位置处发出报警信号，可方便现场检修人员更快找到局放位置。

步骤S3中，也可控制局放点两侧的监测定位装置分别朝局放位置点行走，监测定位装置分别采集自身与其它监测定位装置之间的距离；各监测定位装置行走至到达电磁波信号幅值最大点处或即将与其它监测定位装置相撞则停止，到达电磁波信号幅值最大点处即到达局放位置点，即将与其它监测定位装置相撞时停止即停止在接近电磁波信号幅值最大的位置处；步骤S5中，停止信息还包括车身停止原因数据。

本实施例可避免行驶轨道相同情况下的相撞。即将与其它监测定位装置相撞即当两者之间的距离小于一设定距离阈值时。监测定位装置向后台主控站发送停止原因数据，可方便后台主控站进一步判断当前停止位置是到达局放位置点还是接近局放位置点。

本实施例存在两种情形，一种是局放位置点与两侧监测定位装置之间的距离相同，而监测定位装置的行走速度亦相同，则两侧监测定位装置到达局放位置点的时间相同。由于两侧监测定位装置由于车身具有一定长度得限制，在相撞前可能到达幅值最大位置处，则当两监测定位装置因监测到即将相撞而停止时，实际上两车已经极其接近幅值最大位置处，因此后台主控站在获得停止信息后仍可认为已经定位成功。

另一种情况是，两侧监测定位装置到达局放位置点的时间不相同，则必然有一个监测定位装置可在相撞前到达幅值最大位置处，而另一个监测定位装置则会因避免碰撞而停止，显然这种情况下是可以最先停止的监测定位装置发出的位置信息作为局放位置点的准确定位的。

当步骤S4结束，监测定位装置停止行走后，监测定位装置通过伸缩机构控制电磁波信号传感器在GIL管廊径向截面上的高度变化，使得电磁波信号传感器停留在电磁波信号幅值最大的高度位置处；S5中，监测定位装置还将电磁波信号传感器的高度位置数据发送至后台主控站。电磁波信号传感器最终停留的高度位置可方便工作人员定位发生局放的具体输电线路。对电磁波信号幅值最大高度位置的判断可参考行走过程中的判断，同样采用求导的计算方法。

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

Claims (7)

1.一种GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，包括车身以及安装于车身上的检测定位模块；车身包括行走机构和行走驱动机构；

监测定位模块包括控制单元、定位单元、电磁波信号传感器、幅值监测及存储单元和通信单元；

控制单元通过控制行走驱动机构的运行控制车身行走机构行走；

定位单元采集车身实时位置数据传输至控制单元；

电磁波信号传感器采集GIL管廊内的电磁波信号，并将信号传输至幅值监测及存储单元；

幅值监测及存储单元检测接收到的电磁波信号的幅值并存储，同时存储相应电磁波信号的接收时间，并将电磁波幅值和接收时间数据传输至控制单元；

控制单元通过信号调理单元与外部设备连接通信。

2.根据权利要求1所述的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，检测定位模块还包括红外测距传感器，红外测距传感器的输出端连接控制单元。

3.根据权利要求1所述的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，检测定位模块还包括报警单元，控制单元控制报警单元输出报警信号。

4.根据权利要求1所述的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，还包括伸缩机构，伸缩机构包括伸缩臂和伸缩驱动件，伸缩臂竖直安装于车身上，电磁波信号传感器固定于伸缩臂的顶端，控制单元控制伸缩驱动件的动作从而控制伸缩臂的伸缩。

5.根据权利要求1所述的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，所述幅值监测及存储单元采用具有存储功能的示波器。

6.根据权利要求1所述的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，所述电磁波信号传感器采用双向电磁波信号传感器，其两个信号接收端分别朝向GIL管廊两端。

7.根据权利要求1所述的GIL管廊内空间电磁波监测定位装置，其特征是，检测定位模块中的通信单元采用无线通信单元。