CN112531732B - 变电站无功电气设备与智能机器人联动巡检***与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***与方法，监控子***包括监控无功电气设备投运状态的高压带电指示器、信号检测转换装置、信号接收总机和串口服务器组成。信号检测转换装置包括：电源单元、信号检测单元、信号转换单元、通信单元和装置外壳；前端的高压带电指示器检测到设备投运信号后，***的无功联动控制器依照设置要求联动机器人是否进行相应设备巡检，并在巡检结束后自主返回充电；检测子***包括后台的数据管理中心和巡检智能机器人；本发明采用对投运信号进行采集的方式，在无功设备投入后与机器人***进行联动测温，提高了变电站的安全性。

Description

变电站无功电气设备与智能机器人联动巡检***与方法
技术领域
本发明涉及变电站内电气设备状态的自动监测监控技术领域，尤其涉及一种变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***与方法。
背景技术
变电站是输电网的枢纽，变电站运维工作中的设备巡检是变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作，传统上普遍采用人工巡视、手工记录的方式。随着变电站规模扩大，巡检区域不断增加，运行环境也变得更为复杂，这样使得变电站现场设备的巡视范围和工作量变大，简单依赖于巡视人员的感官和经验,很难做到全面准确巡检,给设备和电网安全运行带来隐患。目前大多数变电站已经升级为无人值守的变电站，运行期间基本上没有运维人员在站内；变电站内无功类电气设备正常运行时温度较高，必须实时关注这类电气设备温度变化。随着机器人技术的发展和成熟，智能巡检机器人辅助运维人员对变电站设备进行日常巡视，大大减少了站内值班人员的工作量。
CN107160388A公开了一种变电站智能巡检机器人监控***，通过机器人管理、任务管理、实时监控、巡检结果确认分析等模块，解决机器人监控后台功能不统一问题。CN211362271U公开了一种防爆式变电站巡检机器人，通过机体结构设计和视频监控设备，提高了承受高负荷长时间的工作和防爆的性能。目前大多数的变电站内的无功设备采用自动投切的模式，当***电压偏低时，投入电容器提高电压；当***电压偏高时，投入电抗器提高电压。该类无功设备的投切由***自动控制，无人值守变电站无运维人员在站，无法按正常周期进行测温，如果该类无功设备的异常发热不能被监视，将会造成安全的重大隐患。实际上，通过对近年来的变电站发热缺陷进行调查，无功设备发热占比高达50%以上，因此上述智能巡检机器人监控***无法解决该类变电站的异常发热监测问题。
同时，目前智能机器人***是一套独立运行的***，与变电站内误防***、辅控***等互不连接。智能机器人日常例行巡检、特殊巡视只能在机器人***上进行设定，无法根据变电站的投切情况来对使机器人进行精准、有针对性行的巡检工作。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***。首先采用对投运信号进行采集的方式，在无功设备投入后与机器人***进行联动测温，提高了变电站设备运行安全性。。
本发明完整的技术方案包括：
一种变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***，其特征在于，该变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***包括监控子***、无功联动控制器和检测子***；
监控子***包括监控无功电气设备投运状态的高压带电指示器、信号检测转换装置、信号接收总机和串口服务器，其中联动巡检***有多套监控子***共同监测，多套监控子***之间不直接互通；
所述高压带电指示器获取根据感应电场原理，现场感知无功设备是否带电，并将带电的信号作为投切信号，完成无功设备投切信号的获取工作，高压带电指示器安装位置在远离母线的隔离开关，并且感应探头要在该组隔离开关靠近电容器或者电抗器一侧；所述信号检测转换装置用于接收高压带电指示器的输出信号，按照通讯规约添加设备的地址码和校验码，用于甄别设备组别，并保证信息通信过程中的完整性，通过串行接口或者无线通信模块将信息发送出去；信号接收总机用于汇总信号检测转换模块的发送的信息，将多组信号检测转换模块发送的信息缓存、存储，然后转发到串口服务器；串口服务器用于接收信号接收总机转发的信息，并通过2.4G网络传输到无功联动控制器；
高压带电指示器在符合安全工作距离外正常安装，信号检测转换模块另行安装到高压带电指示器控制箱内，高压带电指示器的输出信号直接通过电气连接到信号检测转换装置的信号输入端，信号检测转换模块的直流电源从高压带电指示器内获取，进行电气连接获取；接收总机服务器与串口服务区部署到室外接收总机与串口服务器控制箱内，
所述信号检测转换装置包括：电源单元、信号检测单元、信号转换单元、通信单元和装置外壳；
所述装置外壳容纳电源单元、信号检测单元、信号转换单元和通信单元，并通过标准接插件与外部连接；信号检测单元、信号转换单元、通信单元依次电气连接；
所述电源单元能够实现3.5V-28V宽电压输入，稳压后输出3.3V和5V直流电压为信号检测单元、信号转换单元、通讯单元提供稳定直流电源；电源单元的输入连接到高压带电指示器内部开关电源上；
所述信号检测单元具有光耦隔离功能，其信号接口通过电气线缆连接到高压带电设备的输出端，能够同时检测2路高压带电指示器的输出并由此检测出高压带电设备输出信号的输出，信号检测单元与2路高压带电指示器按照需求连接对应线缆；
所述信号转换单元识别出检测单元的信号，并自行附加上地址码及校验码按照串行通信规约传输到通讯单元；
所述通信单元包括2路RS-485，1路RS-232串行总线通信口、1个无线通信模块，信息能够通过无线通讯模块或者2路RS-485将其信息传出；无线通信模块能够实现多对一组网传输功能；在总机接收服务器能够实时查收到多组检测转换装置发送的信息；
装置外壳有6个自由调节的安装孔，通过标准接插件实现信号检测转换装置与外部设备的连接，外壳为不锈钢材质，保证信号检测转换装置可靠接地；
前端的高压带电指示器检测到设备投运信号后，***的无功联动控制器依照设置要求联动机器人是否进行相应设备巡检，并在巡检结束后自主返回充电；
检测子***包括后台的数据管理中心和巡检智能机器人；
数据管理中心通过无功设备投运频次、机器人检测数据、无功设备缺陷数据收集，进行生成曲线和报表，方便实时监控、历史查询、统计分析，数据出现异常时可以联动报警；
智能机器人***同无功联动控制器和数据管理中心对接，智能机器人通信接口，无功设备发生投切动作后，监控子***得到投切信号并发送给无功联动控制器，无功联动控制器单向传输至开关、刀闸设备的遥信变位信号给智能机器人，智能机器人特巡至投切信号源位置与事先关联的预置位并对无功设备进行现场设备图像采集和测温，辅助调控人员及时有效确认现场设备状态（现场设备状态包括故障设备和周围受影响设备），做出应急处置；
智能机器人包括机器人主体，主体上设有通信模块、主控模块、视频检测模块、温度检测模块和行走模块。
行走模块设于机器人主体下方，可由万向轮等行走设备组成。通信模块完成智能巡检机器人与无功联动控制器以及数据管理中心之间的无线通信。
视频检测模块为安装于机器人主体上的高清摄像头，对现场图像进行采集并传送给主控模块。
温度检测模块，包括红外测温单元，红外测温单元为设置在主体上的红外测温计，对无功设备表面进行红外测温。
附图说明
图1为本发明联动巡检***的结构示意图。
图2a为监控子***的结构图；
图2b为室外接收总机与串口服务器控制箱示意图；
图3为信号检测转换模块外观示意图。
图4为高压带电指示器安装图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。
下面对本发明所公开的一种变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***进行示意性说明。
如图1所示，该变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***包括监控子***、无功联动控制器和检测子***。
监控子***的结构图如图2a所示，包括监控无功电气设备投运状态的高压带电指示器、信号检测转换装置、信号接收总机和串口服务器。其中变电站内有多套监控子***共同监测电气设备正常运行。为了保证变电站***稳定性和安全性，多套监控子***之间不直接互通。
高压带电指示器用于检测敞开式变电站电气设备是否带电，并输出带电信号。由于在变电站无功设备投切时，会在误防***、综合测控***中存在投切信号，但是误防***和综合测控***是一个完全封闭的***，从国家电网网络安全方面考虑，不允许有其他网络信号的接入，因此本发明采用在无功设备现场安装符合安全规范条件的辅助设备即高压带电指示器。该高压带电指示器获取根据感应电场原理，现场感知无功设备是否带电，并将带电的信号作为投切信号，完成无功设备投切信号的获取工作。所述信号检测转换装置用于接收高压带电指示器的输出信号，通过自身MCU按照通讯规约添加设备的地址码和校验码，用于甄别设备组别，并保证信息通信过程中的完整性，通过RS-485串行接口或者无线通信模块将信息发送出去；信号接收总机用于汇总信号检测转换模块的发送的信息，将多组信号检测转换模块发送的信息缓存、存储，然后转发到串口服务器；串口服务器用于接收信号接收总机转发的信息，并通过2.4G网络传输到无功联动控制器，从而实现与其他***联动功能。
整个监控子***的室外接收总机与串口服务器控制箱示意图如图2b所示，其中变电站高压带电指示器在符合安全工作距离外正常安装，且能正常检测到变电站电气设备是否投切带电。
信号检测转换模块另行安装到高压带电指示器控制箱内，在该控制箱内，将高压带电指示器的输出信号直接通过电气连接到信号检测转换装置的信号输入端。信号检测转换模块的直流电源从高压带电指示器内获取，进行简单电气连接获取。
接收总机服务器与串口服务区部署到室外接收总机与串口服务器控制箱内，该控制箱需要安装到变电站设备区内，接收多组信号检测转换装置发送的信息，汇总、缓存、存储之后通过串口服务器按照2.4G无线通信网络发送。变电站站内其他***通过接收2.4G无线网络接口，获取到变电站电气设备当前运行状态，其他***以此来决定是否对当前的电气设备进行监测，保证变电站设备正常运行。
关于本发明信号检测转换装置的结构，由于变电站内高压带电指示器只是用来指示敞开式电气设备是否带电，高压带电指示器独立运行，而在本发明中，敞开式变电站需要安装多组高压带电指示器，该高压带电指示器输出信息孤岛式存在，同时敞开式变电站占地面积较大，设备间隔稀疏，高压带电设备使用电缆进行信息组网，敷设电缆施工会覆盖全站范围，不利于变电站内安全生产。
因此本发明设计提供了一种信号检测转换装置用于解决该问题，如图3所示，包括：电源单元、信号检测单元、信号转换单元、通信单元和装置外壳。
装置外壳容纳电源单元、信号检测单元、信号转换单元和通信单元，并通过标准接插件与外部连接。信号检测单元、信号转换单元、通信单元依次电气连接；
其中电源单元能够实现3.5V-28V宽电压输入，稳压后输出3.3V和5V直流电压为信号检测单元、信号转换单元、通讯单元提供稳定直流电源；电源单元的输入连接到高压带电指示器内部开关电源上，本发明所用高压带电指示器的开关电源为直流12V或者24V，满足本信号检测转换装置电源供应。
信号检测单元具有光耦隔离功能，其信号接口通过电气线缆连接到高压带电设备的输出端，能够同时检测2路高压带电指示器的输出并由此检测出高压带电设备输出信号的输出，信号检测单元与2路高压带电指示器按照需求连接对应线缆。
信号转换单元识别出检测单元的信号，并自行附加上地址码及校验码按照串行通信规约传输到通讯单元；
通信单元2路RS-485，1路RS-232串行总线通信口、1个无线通信模块，信息能够通过无线通讯模块或者2路RS-485将其信息传出；无线通信模块能够实现多对一组网传输功能。其通信模式工作在无线组网模式，由通信模块自行完成，在总机接收服务器能够实时查收到多组检测转换装置发送的信息。同时，为了保证信号传输过程中的可靠性和安全性，可以选择其中1路RS-485串行总线完成信息的组网共享。
装置外壳有6个自由调节的安装孔，通过标准接插件实现信号检测转换装置与外部设备的连接。装置需要安装到高压带电指示器内部，6个自由调整的安装孔位保证该装置能牢固固定，同时设备外壳为不锈钢材质，保证监测转换装置可靠接地。
该信号检测转换装置能够实现多组高压带电指示器输出信号组网，并通过信息共享实现变电站内多个设备联动功能。
。在高压带电指示器的安装位置方面，由于变电站每一个无功设备间隔都由2组隔离开关、1组断路器、1组电流互感器、1组避雷器、1组电抗器或者1组串抗连接1组电容器组成，而无功电气设备投切动作都是通过断路器接入或切断负荷电流。因此本发明的高压带电指示器安装位置要远离母线的隔离开关，并且感应探头要在该组隔离开关靠近电容器或者电抗器一侧，高压带电指示器的安装位置如图4所示。
前端的高压带电指示器检测到设备投运信号后，***的无功联动控制器依照设置要求联动机器人是否进行相应设备巡检，并在巡检结束后自主返回充电。
检测子***包括后台的数据管理中心和巡检智能机器人。
数据管理中心通过无功设备投运频次、机器人检测数据、无功设备缺陷数据收集，进行生成曲线和报表，方便实时监控、历史查询、统计分析，数据出现异常时可以联动报警。
智能机器人***同联动巡检***对接，通信接口采用变电站SCADA***的厂家定义接口，无功设备发生投切动作后，联动巡检***单向传输至开关、刀闸等设备的遥信变位信号给机器人***，机器人特巡至联动信号源与事先关联的预置位，辅助调控人员及时有效确认现场设备状态（包括故障设备和周围受影响设备），做出应急处置。
智能机器人包括机器人主体，主体上设有通信模块、主控模块、视频检测模块、温度检测模块和行走模块。
机器人主体可由现有技术中任何可承载上述模块的框架或箱体构成，行走模块设于机器人主体下方，可由万向轮等行走设备组成。通信模块完成智能巡检机器人与无功联动控制器以及数据管理中心之间的无线通信。
视频检测模块为安装于机器人主体上的高清摄像头，对现场图像进行采集并传送给主控模块。
温度检测模块，包括红外测温单元，红外测温单元为设置在主体上的红外测温计，对无功设备表面进行红外测温。
该温度检测模块的设计思路为：根据目前机器人智能巡检的情况来看，由于目前的机器人智能巡检多采用红外测温的方式，而巡检时由于要求机器人距离无功设备有一定的安全距离（通常为5~6米），红外测温方式由于本身的特点，会造成一定的温度误差，对巡检工作造成误导和困难。
红外测温计的测温原理是通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能测定它的表面温度，由于响应时间快，可远距离测温被广泛用于目前的智能巡检机器人中。但红外测温计有两个问题，一是测温精度较差，现场测试发现，与传统的接触式测温传感器相比，红外测温计误差最高能达到5~10℃。另外一个问题是受环境影响较大，在环境温度较高，或者存在灰尘、烟雾和雾霾的条件下，红外测温的误差会进一步放大。而传统的接触式测温传感器虽然测温准确，但是响应时间慢，通常需要10~30s左右才能反应到测温温度。而且由于变电站无功类电气设备的特点，也不允许接触式测温传感器靠近无功设备。
出于以上两个问题的考虑，本发明设计的温度检测模块，包括红外测温单元以外，同时在无功联动控制器和数据管理中心增设温度校正单元，结合视频摄像头采集的图像数据，利用不带电的普通发热设备进行模拟训练，对其进行红外和接触式温度数据采集，并对大量历史数据进行分析训练后，得到针对红外测温数据的校正方法。具体如下：
（1）模拟训练时，在智能巡检机器人加装一个伸缩测温单元，该单元包括在主体上固定连接的电动伸缩杆，电动伸缩杆前端固定连接有连接头，连接头上安装有接触式温度传感器，智能巡检机器人到达模拟的发热设备前方70cm处，由红外温度计对模拟的发热设备表面进行测温，得到红外测温数据TU，同时将摄像头对环境图像进行拍摄，此时温度传感器此时记录的温度即为环境温度数据TA；随后智能机器人的电动伸缩杆向前伸出，使温度传感器接触模拟的发热设备表面并停留30~150s，待温度传感器的测温数据稳定在±0.2℃后，得到传感测温数据TC。将所得到的红外测温数据TU，环境温度数据TA，传感测温数据TC，和环境图像发送给数据管理中心。
（2）数据管理中心对环境图像进行处理，对空气中的灰尘、烟雾和雾霾等有可能干扰红外测温的环境情况进行判断并分成良好（M0）、中等干扰（M1）、严重干扰（M2）三个级别。随后采用机器学习的方法如人工神经网络模型，对所得到的红外测温数据TU，环境温度数据TA，传感测温数据TC和环境情况进行训练，具体为将环境温度数据TA，环境情况M作为神经网络的输入，将传感测温数据TC和红外测温数据TU的比值TN作为神经网络的输出。采用人工神经网络模型对输入的数据进行训练并优化。
（3）在随后的实际巡检过程中，与前述步骤类似，智能巡检机器人对无功电气设备进行红外测温、环境测温和环境图像获取，数据管理中心环境温度数据TA，环境情况M输入神经网络，利用训练好的神经网络模型得到该条件下传感测温数据和红外测温数据的比值TN，将获得的红外测温数据乘以该比值，即得到该时刻的无功电气设备实际温度数据。
步骤（1）中，智能巡检机器人通过摄像头拍摄的图像，由无功联动控制器判断与模拟的发热设备的距离。
步骤（1）中，智能巡检机器人通过摄像头拍摄的图像，由无功联动控制器判断温度传感器与模拟的发热设备的距离。
以上申请的仅为本申请的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (1)

1.一种变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***，其特征在于，该变电站无功类电气设备与智能机器人联动巡检***包括监控子***、无功联动控制器和检测子***；
监控子***包括监控无功电气设备投运状态的高压带电指示器、信号检测转换装置、信号接收总机和串口服务器，其中联动巡检***有多套监控子***共同监测，多套监控子***之间不直接互通；
所述高压带电指示器根据感应电场原理，现场感知无功设备是否带电，并将带电的信号作为投切信号，完成无功设备投切信号的获取工作，高压带电指示器安装位置在远离母线的隔离开关，并且感应探头在隔离开关靠近电容器或者电抗器一侧；所述信号检测转换装置用于接收高压带电指示器的输出信号，按照通讯规约添加设备的地址码和校验码，用于甄别设备组别，并保证信息通信过程中的完整性，通过串行接口或者无线通信将信息发送出去；信号接收总机用于汇总信号检测转换模块的发送的信息，将多组信号检测转换模块发送的信息缓存、存储，然后转发到串口服务器；串口服务器用于接收信号接收总机转发的信息，并通过2.4G网络传输到无功联动控制器；
高压带电指示器在符合安全工作距离外正常安装，信号检测转换模块另行安装到高压带电指示器控制箱内，高压带电指示器的输出信号直接通过电气连接到信号检测转换装置的信号输入端，信号检测转换模块的直流电源从高压带电指示器内获取，进行电气连接获取；接收总机服务器与串口服务区部署到室外接收总机与串口服务器控制箱内，
所述信号检测转换装置包括：电源单元、信号检测单元、信号转换单元、通信单元和装置外壳；
所述装置外壳容纳电源单元、信号检测单元、信号转换单元和通信单元，并通过标准接插件与外部连接；信号检测单元、信号转换单元、通信单元依次电气连接；
所述电源单元能够实现3.5V-28V宽电压输入，稳压后输出3.3V和5V直流电压为信号检测单元、信号转换单元、通信单元提供稳定直流电源；电源单元的输入连接到高压带电指示器内部开关电源上；
所述信号检测单元具有光耦隔离功能，其信号接口通过电气线缆连接到高压带电设备的输出端，能够同时检测2路高压带电指示器的输出并由此检测出高压带电设备输出信号的输出，信号检测单元与2路高压带电指示器按照需求连接对应线缆；
所述信号转换单元识别出信号检测单元的信号，并自行附加上地址码及校验码按照串行通信规约传输到通信单元；
所述通信单元包括2路RS-485，1路RS-232串行总线通信口、1个无线通信模块，信息能够通过无线通讯模块或者2路RS-485将其信息传出；无线通信模块能够实现多对一组网传输功能；在接收总机服务器能够实时查收到多组检测转换装置发送的信息；
装置外壳有6个自由调节的安装孔，通过标准接插件实现信号检测转换装置与外部设备的连接，外壳为不锈钢材质，保证信号检测转换装置可靠接地；
前端的高压带电指示器检测到设备投运信号后，***的无功联动控制器依照设置要求联动机器人是否进行相应设备巡检，并在巡检结束后自主返回充电；
检测子***包括后台的数据管理中心和巡检智能机器人；
数据管理中心通过无功设备投运频次、机器人检测数据、无功设备缺陷数据收集，进行生成曲线和报表，方便实时监控、历史查询、统计分析，数据出现异常时可以联动报警；
智能机器人为轨道机器人，轨道机器人***同无功联动控制器和数据管理中心对接，智能机器人通信接口，无功设备发生投切动作后，监控子***得到投切信号并发送给无功联动控制器，无功联动控制器单向传输至开关、刀闸设备的遥信变位信号给智能机器人，智能机器人特巡至投切信号源位置与事先关联的预置位并对无功设备进行现场设备图像采集和测温，辅助调控人员及时有效确认现场设备状态，做出应急处置；
智能机器人包括机器人主体，主体上设有智能机器人通信模块、主控模块、视频检测模块、温度检测模块和行走模块；
行走模块设于机器人主体下方，智能机器人通信模块完成智能巡检机器人与无功联动控制器以及数据管理中心之间的无线通信；
视频检测模块为安装于机器人主体上的高清摄像头，对现场图像进行采集并传送给主控模块；
温度检测模块，包括红外测温单元，红外测温单元为设置在主体上的红外测温计，对无功设备表面进行红外测温。
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