高压开关柜全自动带电检测方法及装置与流程

本专利涉及一种高压开关柜全自动带电检测方法及装置，属高压电气设备运行维护检修技术领域。

背景技术：

高压开关柜承担直接向用户供电的任务，但大多数用电线路难以像输电线路按照“n-1”可靠性配置原则，开关柜设备的可靠性直接决定了向用户供电的可靠性。由于高压开关柜数量众多，设备造价低，监测设备成本高，开关柜不可能采用像变压器、gis设备那样的在线监测装置，实现全面、实时的在线监测。

根据中国电科院对1989年至1997年间和2004年40.5kv以下电压等级开关设备的故障类型调研结果，绝缘与载流性故障(含障碍)占30％～53％。而江西电网公司对2010年至2015年间开关柜故障类型的统计结果显示，绝缘与载流性故障的比例高达53％。

绝缘与载流故障初期表征为局部放电或发热现象。因此，开关柜实施局部局放检测及红外热像检测对降低设备的故障率有着重要积极的作用。目前，开关柜带电检测工作主要是操作员携带局部放电带电检测仪和红外热像检测仪按照不同检测项目分别开展，检测工作量大，检测工作时间长。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是设计一种高压开关柜全自动带电检测方法及装置，实现开关柜局部放电和红外热像自动检测及智能诊断。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种高压开关柜全自动带电检测装置，包括机器人本体，机器人本体包括主机模块、电源模块、检测模块及运动模块，电源模块电性连接主机模块和运动模块，主机模块信号连接运动模块和检测模块，所述检测模块包括可见光摄像机、红外热像仪、非接触式超声波传感器及特高频传感器。

进一步优选，所述运动模块包括水平运动模块、垂直运动模块及旋转运动模块。

进一步优选，所述水平运动模块由电动小车与激光导航系统组成，所述垂直运动模块固定在所述电动小车上，所述旋转运动模块固定在所述垂直运动模块上，所述检测模块固定在旋转运动模块上。

进一步优选，所述电动小车由两个主前动轮和两个主后动轮、驱动电机、驱动齿轮及机架组成，所述两个主前动轮和两个主后动轮、驱动电机、驱动齿轮固定在机架上。

进一步优选，主机模块固定在电动小车的机架上；所述主机模块由wifi通讯模块、图像处理模块、局部放电信号处理模块、运动控制系统及数据采集系统组成；运动控制系统信号连接运动模块和检测模块，数据采集系统信号连接检测模块。

进一步优选，高压开关柜全自动带电检测装置还配备站内控制终端、远程控制终端和移动查询终端以及后台服务器，所述远程控制终端通过光纤连接站内控制终端；所述移动查询终端通过4g通讯方式远程无线连接站内控制终端。

本发明还提供了一种高压开关柜全自动带电检测方法，基于前述的高压开关柜全自动带电检测装置；步骤如下：

步骤一、规划检测路径；

步骤二、根据开关柜布局创建一个任务包；

步骤三、检测对齐：检测工作开始时，操作员在远程通过电脑点击“一键检测”，高压开关柜全自动带电检测装置从充电坞出发，根据规划的路径轨迹进行运动，当到达第一个开关柜检测预设位时，高压开关柜全自动带电检测装置停止运动，自动调整车身和检测系统角度，使车身前端和检测系统面对开关柜；

步骤四、红外检测：将开关柜柜门分为a、b上下两个区域，自动开启红外热像仪，水平对准柜门拍摄区域a热成像图片，然后检测模块垂直旋转，使红外热像仪与水平成45度角，拍摄区域b热成像图片，检测模块恢复水平角度，完成此面开关柜的红外检测；

步骤五、局放检测：高压开关柜全自动带电检测装置向开关柜柜门靠近，当激光雷达检测到前方20cm有柜门时，高压开关柜全自动带电检测装置停止运动；启动垂直运动模块将检测模块匀速升高，并开启可见光摄像机，对开关柜进行第二次识别和特征提取，识别到开关柜的柜门缝隙后，检测模块停止运动；此时，特高频传感器和非接触式超声波传感器对准此柜门缝隙进行局放检测；检测模块继续升高寻找识别下一条柜门缝隙并进行检测，检测完成后检测模块下降至原始位置，完成此面开关柜的局放检测；

步骤六、高压开关柜全自动带电检测装置返回至检测路径，根据标定的开关柜位置地图运动到下一面开关柜进行检测；直到检测完毕所有的开关柜，并自主返回充电坞中。

更具体的是，步骤一中、让高压开关柜全自动带电检测装置自动遍历整个工作环境，在遍历工作环境的同时，高压开关柜全自动带电检测装置会利用激光导航系统创建一个二维地图，创建完毕后，会将该二维地图存储至后台服务器；操作员在远程电脑中调出二维地图，在其上面规划出检测路径，高压开关柜全自动带电检测装置根据规划的检测路径轨迹进行运动，运动的同时实时检测障碍，并绕过障碍回到之前规划的路径上。

更具体的是，步骤二中，操作员根据开关柜室的开关柜布局创建一个任务包，开始检测前高压开关柜全自动带电检测装置下载服务器上的任务包，利用任务包中开关柜布局对之前创建的二维地图进行加工，在地图上标定出开关柜位置及开关柜柜门序号。

进一步优选，在检测过程中高压开关柜全自动带电检测装置实时将热成像图片和局放检测图谱发至后台服务器，红外检测结果与原始热成像图片进行比对，如检测到一个区域有异常温升，继续检测下一个的区域，直到检测区域无异常温升。

进一步优选，局放检测图谱与原始图谱进行比对，如非接触式超声波传感器或特高频传感器局放检测图谱显示有一条缝隙存在异常放电信号，继续检测下一条缝隙，直到检测缝隙超声波和特高频均无异常放电信号。

进一步优选，一旦诊断出疑似发热缺陷区域或疑似放电区域，高压开关柜全自动带电检测装置暂停检测，并通过后台服务器报警。操作员收到报警可在远程查看检测图谱，进行人工判断，通过电脑选择是否对疑似缺陷区域进行复测，或继续下一面开关柜的检测。

本发明通过机动移动平台搭载一组高性能检测仪器，实现对高压开关柜局部放电及红外热像检测项目的自动检测；并将检测数据传送至后台服务器并保存在云端，实现对高压开关柜状态实时监控。

本发明的有益效果：可实现变电站高压室高压开关柜局部放电及红外热像检测项目的全自动检测作业，不需要操作员到达现场，从而大幅度降低带电检测人工成本。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是运动模块的结构框图；

图3是本发明的立体图。

图4是高压开关柜全自动带电检测路径示意图。

图5是高压开关柜全自动带电检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细阐明本专利。

如图1和图2所示，一种高压开关柜全自动带电检测装置，包括机器人本体11，所述机器人本体11由主机模块2、电源模块3、检测模块44及运动模块5构成，电源模块3电性连接主机模块2和运动模块5，主机模块2信号连接运动模块5和检测模块44，所述检测模块44包括可见光摄像机41、红外热像仪42、非接触式超声波传感器43及特高频传感器44。

较佳的实施例，所述运动模块5，包括水平运动模块51、垂直运动模块52及旋转运动模块53。所述水平运动模块51由电动小车62与激光导航系统61组成。所述垂直运动模块52固定在所述电动小车62上，可实现所述检测模块44垂直方向50cm～150cm范围内高度调节。所述旋转运动模块53固定在所述垂直运动模块52上，可实现所述检测模块44水平方向360°旋转及垂直方向-60°～60°旋转。可见光摄像机41、红外热像仪42、非接触式超声波传感器43及特高频传感器44固定在旋转运动模块53上。所述激光导航系统固定在电动小车前端；采用室内激光雷达slam导航技术，机器人前下方安装有hokuyo公司的urg-04lx二维激光雷达。

较佳的实施例，所述可见光摄像机41采用1/2.8″progressivescancmos传感器，焦距4.5～135mm、30倍光学变倍；所述红外热像仪42采用非制冷焦平面微热型探测器、波长范围为8～14um；所述非接触式超声波传感器43采用pac超声波局放检测仪，检测频带为20khz～80khz，且附带聚波器；所述特高频传感器44采用多臂螺旋天线，检测频带为300mhz～1500mhz，具备定向接收性。

更特别的是，电动小车由有两个主前动轮和两个主后动轮、直流无刷伺服电机、驱动齿轮及机架组成，所述两个主前动轮和两个主后动轮、直流无刷伺服电机、驱动齿轮固定在机架上。

更特别的，主机模块2固定在电动小车的机架上；所述主机模块2由wifi通讯模块、图像处理模块、局部放电信号处理模块、运动控制系统及数据采集系统组成；所述wifi模块采用rt3070l模块；所述图像处理模块采用i.mx6q核心板，并以jpeg格式实现图像压缩编码；所述局部放电信号处理模块采用dsp模块为系统的主控部分，包含dsp芯片及其外围扩展芯片，选择ti公司的tms320c6173bdsp作为主控芯片，采用三星k4h5系列芯片作为外扩sdram；所述数据采集系统包含cpld+放电信号a/d转换+包络检波器和cpld+视频信号a/d转换两部分，选择adi公司的ad7490芯片作为放电信号和视频信号的a/d转换芯片；所述运动控制系统采用stm32f405rgt6增强型微控制器作为控制核心，采用tms320lf2407adsp芯片和驱动电路作为电机驱动控制；运动控制系统信号连接运动模块5和检测模块44，数据采集系统信号连接检测模块44。所述主机模块2与站内控制终端12采用wifi通讯方式。

如图2所示，所述运动模块由运动控制系统通过rs485总线控制，水平运动模块51由电动小车62与激光导航系统61组成，所述电动小车62内有驱动装置，其包括伺服驱动器、电机和编码器，控制机器人运动，所述伺服驱动器连接电机，驱动电机上带有编码器。

更特别的，垂直运动模块52由推杆电机、驱动器、位置编码器、及限位器组成，固定在电动小车机架上，与主机模块2电气连接；垂直运动模块52由升降杆、气泵、气缸、卷线机构及定位机构组成；垂直运动模块52离地高度伸缩范围为50cm～150cm。

更特别的，旋转运动模块53为一个二自由度云台，固定在垂直运动模块52的升降杆上，与主机模块2电气连接；所述旋转运动模块53由驱动电机、转动轴及周向定位机构组成，水平旋转角度为0～360°、垂直旋转角度为-60°～60°。

如图1所示，高压开关柜多功能带电检测机器人还配备站内控制终端12、远程控制终端13和移动查询终端14，站内控制终端12用于控制机器人本体运动轨迹、自动检测及数据处理及数据通讯，带电检测数据分析及诊断；远程控制终端13接收所述站内控制终端12上传的现场检测数据进行集中监控、报警；移动查询终端14用于查询高压开关柜现场检测数据。所述远程控制终端13通过光纤连接站内控制终端12；所述移动查询终端14通过4g通讯方式远程无线连接站内控制终端12。

在新的环境中，需要让高压开关柜全自动带电检测装置自动遍历整个工作环境，在遍历工作环境的同时，高压开关柜全自动带电检测装置会利用激光导航系统61创建一个二维地图，创建完毕后，会将该二维地图存储至后台服务器。操作员在远程电脑中调出二维地图，在其上面规划出检测路径20，高压开关柜全自动带电检测装置会根据规划的检测路径轨迹进行运动，运动的同时实时检测障碍，并绕过障碍回到之前规划的路径上。

操作员根据开关柜室的开关柜布局创建一个任务包，开始检测前高压开关柜全自动带电检测装置下载服务器上的任务包，利用任务包中开关柜布局对之前创建的二维地图进行加工，在地图上标定出开关柜位置及开关柜柜门序号。

高压开关柜全自动带电检测装置不工作时，呆在高压开关柜全自动带电检测装置充电坞中。检测工作开始时，操作员在远程通过电脑点击“一键检测”，高压开关柜全自动带电检测装置从充电坞出发，根据规划的路径轨迹进行运动，当到达第一个开关柜检测预设位时，高压开关柜全自动带电检测装置停止运动，自动调整车身和检测系统角度，使车身前端和检测系统面对开关柜。

首先进行红外检测，将开关柜柜门分为a、b上下两个区域，自动开启红外热像仪42，水平对准柜门拍摄区域a热成像图片，然后检测模块4垂直旋转，使红外热像仪42与水平成45度角，拍摄区域b热成像图片，检测模块4恢复水平角度，完成此面开关柜的红外检测。

然后进行局放检测，高压开关柜全自动带电检测装置向开关柜柜门靠近，当激光雷达检测到前方20cm有柜门时，高压开关柜全自动带电检测装置停止运动。启动垂直运动模块52将检测模块4匀速升高，并开启可见光摄像机41，对开关柜进行第二次识别和特征提取，识别到开关柜的柜门缝隙后，检测模块4停止运动。此时，特高频传感器44和非接触式超声波传感器43对准此柜门缝隙进行局放检测。检测模块4继续升高寻找识别下一条柜门缝隙并进行检测，检测完成后检测模块4下降至原始位置，完成此面开关柜的局放检测。

高压开关柜全自动带电检测装置返回至检测路径20，根据标定的开关柜位置地图运动到下一面开关柜进行检测。直到检测完毕所有的开关柜，并自主返回充电坞中。

在检测过程中高压开关柜全自动带电检测装置实时将热成像图片和局放检测图谱发至后台服务器，红外检测结果与原始热成像图片进行比对，如检测到一个区域有异常温升，继续检测下一个的区域，直到检测区域无异常温升，例如：检测到#1开关柜a区域到#3开关柜b区域都存在异常温升(t≠0)，则得到发热区域温升数集t{t1、t2、t3、t4、t5、t6}，如图5。根据横向比较法，自动诊断出发热缺陷疑似区域为最大温升值tmax的区域；

局放检测图谱与原始图谱进行比对，如非接触式超声波传感器43或特高频传感器44局放检测图谱显示有一条缝隙存在异常放电信号，继续检测下一条缝隙，直到检测缝隙超声波和特高频均无异常放电信号，例如：检测到#1开关柜缝隙1到#3开关柜缝隙2有超声波局放量q1和特高频局放量q′(q1+q′≠0)，得到超声波信号幅值数集q{q1、q2、q3、q4、q5、q6}和特高频信号峰值数集q′{q′1、q′2、q′3、q′4、q′5、q′6}，根据横向比较法，若qmax和q′max为同一个缝隙处局放量，自动诊断出发热缺陷疑似区域为qmax/q′max缝隙区域；若qmax和q′max为不同缝隙处局放量，则通过后台服务器显示检测结果，操作员进行人工复测。

一旦诊断出疑似发热缺陷区域或疑似放电区域，高压开关柜全自动带电检测装置暂停检测，并通过后台服务器报警。操作员收到报警可在远程查看检测图谱，进行人工判断，通过电脑选择是否对疑似缺陷区域进行复测，或继续下一面开关柜的检测。