CN113030641A - 一种智能化电缆故障巡检机器车及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化电缆故障巡检机器车及方法，机器车包括驱动***和测试***；驱动***保证巡检机器车能够在黑暗狭小、环境复杂的电缆隧道或是电缆沟中自如移动，驱动***包括：车体、驱动模块、避障模块和控制模块；测试***在巡检机器车行驶过程中，对故障电缆发出的高压脉冲信号进行实时测试，根据磁声同步信号判断出故障点准确位置，并将准确位置返回给用户端，测试***包括超声探头、高频电磁线圈和GPS收发模块。解决了现有巡检技术巡检步骤多，导致巡检效率低，现有机器车需要预设轨道的问题，本发明具有巡检效率高、保障了人员的安全问题，无需预设巡检轨道、成本低、可适用性强、定位精度更高的优点。

Description

一种智能化电缆故障巡检机器车及方法

技术领域

本发明涉及电缆巡检技术领域，具体涉及一种智能化电缆故障巡检机器车及方法。

背景技术

随着我国城市化进程步伐的加快以及城市美化亮化工程的大力推进,电缆线路在城市电力输送中得到广泛运用。电缆线路因电缆埋入地下,导致电缆故障的因素较多,对故障类型和故障点的准确定位难度较大。目前完成一次电力电缆故障查找一般需要故障性质诊断、故障粗测、电缆路径探寻、故障定点四个步骤。

故障性质诊断过程，就是对电缆的故障情况作初步了解和分析的过程，然后根据故障绝缘电阻的大小判断电缆故障的性质。故障粗测则是根据不同的故障性质选用不同的测距方式，测试电缆故障点距电缆首端的电气距离。对于直埋电缆或电缆沟中的电缆，作业人员不了解电缆的走向，在指导故障点电气距离后，仍无法直接寻找到电缆故障位置，需要在地面上使用仪器进行电缆路径探寻，沿途寻找电缆的实际走向。沿着电缆路径移动到电缆粗测位置附近后，需要使用仪器在附近区域寻找故障点的精确位置，故障定点的常用方法为磁声同步法，即对故障电缆施加高压脉冲使故障点放电，当向故障电缆中施加高压脉冲信号时，在电缆的周围就会产生一个脉冲磁场信号，同时因故障点放电又会产生一个放电的声音信号，由于磁场信号传播速度比声音信号快，用仪器的探头在地面上接收到的这两个信号将会有一个时间差，通过在地面上移动探头的位置，找到时间差最小的地方，该时间差最小的地方即为故障点的位置。

其中电缆路径探寻和故障定点需要人工携带仪器沿着电缆敷设方向搜寻故障，搜寻速度较慢，如遇到电缆线路较长搜寻难度较大，将会延长故障修复时间，进而可能会影响测试信心而放弃故障查找。

当前有一些用于电缆故障定位的专利设计，如发明CN201810454452.5公开了一种新式的电缆故障定点仪，其采用单体结构的声磁传感器组件能够可靠简洁的采集同一位置的声磁信号，使得整个故障点检测过程高效便捷，有助于供电公司、用电单位快速恢复供电。专利CN201911384445.3提供了一种配电网故障定点仪及检测方法根据过零点时间差计算相位角、计算阻性电流的方式，确定故障区段的接地点，从而克服现有技术中检测效率低、数据准确性差等缺陷，提高了检测效率以及数据的准确性。

另一方面，也有一些用于线路巡检的发明专利，专利CN201822 158102.2公开一种智能轨道巡检机器车，包括车体和设置于该车体上的检测***。该智能轨道巡检机器车实现了轻量化搬运，可在无人值守的情况下对轨道及隧道内壁面的进行在线测量，并在发现异常后，精确记录故障点所处位置。

现有专利中没有将电缆故障探寻的装置和自动巡线机器车装置结合的案例，同时也存在以下几个问题：

(1)使用目前的电缆故障探寻装置需要依次完成故障性质诊断、故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点四个步骤。整个操作工序较繁琐，完成故障排查任务时间较长。

(2)巡检机器车需要预设轨道的方式才能在电缆沟中移动，机器车的使用环境受到较大的限制，设备的实用性还不够高。

(3)对于电缆沟或是排管直埋电缆，需要人在相应地面上沿着电缆走向进行故障探寻，遇到地面上障碍物时，测试难度将会大大增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一方面，现有通过人工巡检故障电缆的方式，存在人身安全隐患的问题，电缆故障探寻时间长、工作效率低，且需要依次完成故障性质诊断、故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点四个步骤。整个操作工序较繁琐，完成故障排查任务时间较长；另一方面，现有通过巡检机器车巡检故障电缆的方式，需要预设机器车的运行轨道，受环境限制较高、成本高、且实用性不强，本发明提供了解决上述问题的一种智能化电缆故障巡检机器车及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

智能化电缆故障巡检机器车，包括驱动***和测试***；

所述驱动***包括：车体、驱动模块、避障模块和控制模块；

所述避障模块安装在所述车体上，用于实时获取所述车体与前方障碍物的距离信息，并将所述距离信息发送给所述控制模块；

所述控制模块根据所述距离信息，通过控制所述驱动模块的移动模式，使机器车避开障碍，并沿电缆隧道或电缆沟向前移动；

所述测试***包括：超声探头、高频电磁线圈和GPS收发模块；

所述超声探头用于接收电缆故障点反馈出的超声波信号，并将所述超声波信号发送给所述控制模块；

所述高频电磁线圈用于接收电缆故障点反馈出的高频电磁波信号，并将所述高频电磁波信号发送给所述控制模块；

所述控制模块用于计算接收到所述超声波信号与所述高频电磁波信号之间的时间差；当所述时间差最小时，表示所述机器车到达电缆故障点；

当所述机器车到达电缆故障点后，所述控制模块控制所述GPS收发模块获取电缆故障点的GPS位置信息，并将所述GPS位置信息发送给用户端。

所述驱动***能够保证所述机器车在狭小空间保持较高的移动和探测速度，改变传统人工搜寻故障的模式，解决了电缆故障探寻时间长、工作效率低的技术问题；高压脉冲发生器向电力电缆的缆芯注入高压脉冲；所述高压脉冲经电缆故障点流向电力电缆表面的金属屏蔽层上，电缆故障点向周围空间散发所述高频电磁波信号和所述超声波信号；所述测试***在所述机器车行驶过程中，对故障电缆反馈出的高频电磁波信号和超声波信号进行实时测试，根据磁声同步信号判断出故障点的准确位置，并将位置返回给用户端，克服了传统技术需要故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点这三个步骤，效率低的问题，解决了电缆故障探寻工序复杂的问题；所述机器车可以代替人进入电缆隧道和电缆沟，解决了电缆故障探寻存在人身安全隐患的问题，且无需安设专用移动轨道，可直接在电缆隧道和电缆沟中穿行，并不受环境明暗度的影响。

具体的，所述车体包括小车底盘和车轮。

优选的，所述驱动模块安装在所述小车底盘后侧，所述驱动模块与所述车轮连接。

优选的，所述避障模块分别安装在所述小车底盘的左、前、右三个方向上。

优选的，所述超声探头与所述高频电磁线圈并排安装在所述小车底盘的中间部位。

一种智能化电缆故障巡检方法，包括以下步骤：

将高压脉冲发生器接入电力电缆首端的缆芯上，保持电力电缆末端的缆芯悬空；

所述高压脉冲发生器向电力电缆的缆芯注入高压脉冲；

所述高压脉冲经电缆故障点流向电力电缆表面的金属屏蔽层上，电缆故障点向周围空间散发所述高频电磁波信号和所述超声波信号；

将所述机器车从电缆沟首端放入，所述机器车在所述避障模块的作用下沿电缆沟向前行驶；

所述机器车行驶至电缆故障点附近时，接收到所述高频电磁波信号和所述超声波信号，由于所述高频电磁波信号的传播速度高于所述超声波信号，所以所述机器车将先接收到所述高频电磁波信号；

计算所述机器车接收到所述高频电磁波信号和所述超声波信号的时间差，当时间差值最小时，即代表所述机器车行驶到电缆故障点的位置；

当所述机器车行驶到电缆故障点的位置时，通过GPS收发模块将所述电缆故障点的GPS位置信息发送至用户端。

电缆故障巡检机器车可以代替人进入电缆隧道和电缆沟，可充分保障免电缆故障探寻过程中的人身安全；该电缆故障巡检机器车可以在狭小空间保持较高的移动和探测速度，改变传统人工搜寻故障的模式，大幅提高了工作效率；该电缆故障巡检机器车能直接移动到电缆故障点位置后，发送GPS定位到用户端，取代了传统故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点这三个步骤，简化了电缆故障探寻的操作步骤；该电缆故障巡检机器车能直接移动到电缆故障点位置后，发送GPS定位到用户端，相比传统方法定位精度更高，操作人员更容易直接找到故障位置；该电缆故障车机器车无需安设专用移动轨道，可直接在电缆隧道和电缆沟中穿行，并不受环境明暗度的影响。

具体的，所述电力电缆安装在电缆沟中，且所述电力电缆的金属屏蔽层两端接地。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种智能化电缆故障巡检机器车及方法，机器车能够直接在电缆隧道和电缆沟中穿行，不受环境明暗度的影响，方便用于各种环境下电缆故障检测的工作；

2、本发明一种智能化电缆故障巡检机器车及方法，搭载超声探头和高频电磁线圈同步检测装置，机器车能够自行行驶并记录电缆故障点的位置，取代了人工搜寻，解决了电缆故障探寻存在人身安全隐患的问题；

3、本发明一种智能化电缆故障巡检机器车及方法，取代了传统故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点这三个步骤，简化了电缆故障探寻的操作步骤，大幅提高了工作效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的机器车的结构示意图。

图2为本发明的机器车巡检示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-小车底盘，2-车轮，3-驱动模块，4-避障模块，5-控制模块，6-超声探头，7-高频电磁线圈，8-GPS收发模块，9-机器车，10-高压脉冲发生器，11-缆芯，12-电缆沟，13-电缆故障点，14-超声波信号，15-高频电磁波信号，16-电力电缆，17-金属屏蔽层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

一方面，现有通过人工巡检故障电缆的方式，存在人身安全隐患的问题，电缆故障探寻时间长、工作效率低，且需要依次完成故障性质诊断、故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点四个步骤。整个操作工序较繁琐，完成故障排查任务时间较长；另一方面，现有通过巡检机器车巡检故障电缆的方式，需要预设机器车的运行轨道，受环境限制较高、成本高、且实用性不强，本实施例提供了解决上述问题的一种智能化电缆故障巡检机器车及方法。

实施例1

智能化电缆故障巡检机器车，包括驱动***和测试***；

如图1所示，驱动***包括：车体、驱动模块3、避障模块4和控制模块5；

避障模块4安装在车体上，用于实时获取车体与前方障碍物的距离信息，并将距离信息发送给控制模块5；

控制模块5根据距离信息，通过控制驱动模块3的移动模式，使机器车避开障碍，并沿电缆隧道或电缆沟向前移动；

测试***包括：超声探头6、高频电磁线圈7和GPS收发模块8；

超声探头6用于接收电缆故障点反馈出的超声波信号，并将超声波信号发送给控制模块5；

高频电磁线圈7用于接收电缆故障点反馈出的高频电磁波信号，并将高频电磁波信号发送给控制模块5；

控制模块5用于计算接收到超声波信号与高频电磁波信号之间的时间差；当时间差最小时，表示机器车到达电缆故障点；

当机器车到达电缆故障点后，控制模块5控制GPS收发模块8获取电缆故障点的GPS位置信息，并将GPS位置信息发送给用户端。

驱动***能够保证机器车在狭小空间保持较高的移动和探测速度，改变传统人工搜寻故障的模式，解决了电缆故障探寻时间长、工作效率低的技术问题；测试***在机器车行驶过程中，对故障电缆发出的低压脉冲信号进行实时测试，根据磁声同步信号判断出故障点的准确位置，并将位置返回给用户端，克服了传统技术需要故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点这三个步骤，效率低的问题，解决了电缆故障探寻工序复杂的问题；机器车可以代替人进入电缆隧道和电缆沟，解决了电缆故障探寻存在人身安全隐患的问题，且无需安设专用移动轨道，可直接在电缆隧道和电缆沟中穿行，并不受环境明暗度的影响。

本实施例中：

车体包括小车底盘1和车轮2，驱动模块3安装在所述小车底盘1后侧，驱动模块3与车轮2连接。小车底盘1的左前右三个方向分别安装避障模块4，每个避障模块4对正前方实时发射和接收单一频率的超声信号，可以不受环境声音和光线的影响，实时测试到与前方障碍物的距离，控制模块5根据三个方向避障模块返回的实时信息，控制驱动模块3移动方式，从而带动车轮2实现智能避障并沿电缆隧道和电缆沟向前移动。

超声探头与高频电磁线圈并排安装在小车底盘的中间部位，GPS收发模块8安装在控制模块5左侧，并与控制模块5连接。

实施例2

如图2所示，本实施例是基于上述实施例1智能化电缆故障巡检机器车的一种智能化电缆故障巡检方法，包括以下步骤：

将高压脉冲发生器10接入电力电缆16首端的缆芯11上，保持电力电缆16末端的缆芯11悬空；

启动高压脉冲发生器10，高压脉冲发生器10向电力电缆16的缆芯11注入高压脉冲；

高压脉冲经电缆故障点13流向电力电缆表面的金属屏蔽层17上，此时，电缆故障点13向周围空间散发高频电磁波信号15和超声波信号14；

将机器车9从电缆沟12首端放入，机器车9在避障模块4的作用下沿电缆沟12向前行驶；

机器车9行驶至电缆故障点13附近时，接收到高频电磁波信号15和超声波信号14，由于高频电磁波信号15的传播速度远高于超声波信号，机器车9将先接收到高频电磁波信号15；

控制模块5计算机器车9接收到高频电磁波信号15和超声波信号14的时间差，当时间差值最小时，即代表机器车9行驶到电缆故障点13的位置；

当机器车9行驶到电缆故障点13的位置时，通过GPS收发模块8将电缆故障点13的GPS位置信息发送至用户端。

电缆故障巡检机器车可以代替人进入电缆隧道和电缆沟，可充分保障免电缆故障探寻过程中的人身安全；该电缆故障巡检机器车可以在狭小空间保持较高的移动和探测速度，改变传统人工搜寻故障的模式，大幅提高了工作效率；该电缆故障巡检机器车能直接移动到电缆故障点位置后，发送GPS定位到用户端，取代了传统故障测距、电缆路径探寻、故障精确定点这三个步骤，简化了电缆故障探寻的操作步骤；该电缆故障巡检机器车能直接移动到电缆故障点位置后，发送GPS定位到用户端，相比传统方法定位精度更高，操作人员更容易直接找到故障位置；该电缆故障车机器车无需安设专用移动轨道，可直接在电缆隧道和电缆沟中穿行，并不受环境明暗度的影响。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.智能化电缆故障巡检机器车，其特征在于，包括驱动***和测试***；

所述驱动***包括：车体、驱动模块(3)、避障模块(4)和控制模块(5)；

所述避障模块(4)安装在所述车体上，用于实时获取所述车体与前方障碍物的距离信息，并将所述距离信息发送给所述控制模块(5)；

所述控制模块(5)根据所述距离信息，通过控制所述驱动模块(3)的移动模式，使机器车避开障碍，并沿电缆隧道或电缆沟向前移动；

所述测试***包括：超声探头(6)、高频电磁线圈(7)和GPS收发模块(8)；

所述超声探头(6)用于接收电缆故障点反馈出的超声波信号，并将所述超声波信号发送给所述控制模块(5)；

所述高频电磁线圈(7)用于接收电缆故障点反馈出的高频电磁波信号，并将所述高频电磁波信号发送给所述控制模块(5)；

所述控制模块(5)用于计算接收到所述超声波信号与所述高频电磁波信号之间的时间差；当所述时间差最小时，表示所述机器车到达电缆故障点；

当所述机器车到达电缆故障点后，所述控制模块(5)控制所述GPS收发模块(8)获取电缆故障点的GPS位置信息，并将所述GPS位置信息发送给用户端。

2.根据权利要求1所述的智能化电缆故障巡检机器车，其特征在于，所述车体包括小车底盘(1)和车轮(2)。

3.根据权利要求2所述的智能化电缆故障巡检机器车，其特征在于，所述驱动模块(3)安装在所述小车底盘(1)后侧，所述驱动模块(3)与所述车轮(2)连接。

4.根据权利要求2所述的智能化电缆故障巡检机器车，其特征在于，所述避障模块分别安装在所述小车底盘(1)的左、前、右三个方向上。

5.根据权利要求2所述的智能化电缆故障巡检机器车，其特征在于，所述超声探头(6)与所述高频电磁线圈(7)并排安装在所述小车底盘(1)的中间部位。

6.一种智能化电缆故障巡检方法，其特征在于，基于权利要求1-5任一所述的智能化电缆故障巡检机器车，包括以下步骤：

将高压脉冲发生器(10)接入电力电缆(16)首端的缆芯(11)上，保持电力电缆末端的缆芯(11)悬空；

所述高压脉冲发生器(10)向电力电缆(16)的缆芯(11)注入高压脉冲；

所述高压脉冲经电缆故障点(13)流向电力电缆(16)表面的金属屏蔽层(17)上，电缆故障点(13)向周围空间散发所述高频电磁波信号(15)和所述超声波信号(14)；

将所述机器车(9)从电缆沟(12)首端放入，所述机器车(9)在所述避障模块(4)的作用下沿电缆沟(12)向前行驶；

所述机器车(9)行驶至电缆故障点(13)附近时，接收到所述高频电磁波信号(15)和所述超声波信号(14)，由于所述高频电磁波信号(15)的传播速度高于所述超声波信号(14)，所以所述机器车(9)将先接收到所述高频电磁波信号(15)；

计算所述机器车(9)接收到所述高频电磁波信号(15)和所述超声波信号(14)的时间差，当时间差值最小时，即代表所述机器车(9)行驶到电缆故障点(13)的位置；

当所述机器车(9)行驶到电缆故障点(13)的位置时，通过GPS收发模块(8)将所述电缆故障点(13)的GPS位置信息发送至用户端。

7.根据权利要求6所述的一种智能化电缆故障巡检方法，其特征在于，所述电力电缆(16)安装在电缆沟(12)中，且所述电力电缆(16)的金属屏蔽层(17)两端接地。

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