一种基于机器人的超声波局部放电自动诊断系统及其方法与流程

本发明涉及电力设备的绝缘检测技术领域，涉及一种基于机器人的超声波局部放电自动诊断系统及其方法。

背景技术

气体绝缘金属全封闭输电线路gil(gas-insulatedmetal-enclosedtransmissionline,gil)，gil又称“管道母线”，是一种采用sf6气体或者sf6与n2等绝缘气体混合作为绝缘介质，接地外壳与内部管状导体同轴布置的大电流、高电压电力传输设备，实现与空中输电线输送相当的电量，超长距离gil大容量输电得到越来越广泛的应用，因此gil的安全运行对于电力系统至关重要，而要保证gil安全的运行，必须加强和重视对gil设备的局部放电检测工作。局部放电是指在电力设备绝缘系统中，由于绝缘体内存在裂纹、气隙、针尖状突出物、可自由移动的金属微粒、固定微粒或其周围存在悬浮电位体、导体间接触不良等原因，而造成电力设备局部区域发生放电、漏电的现象。gil在运行中会出现悬浮电位体或一定长度的自由金属体放电，同时母线内产生的绝缘缺陷也会引起电晕放电。自由金属微粒是降低gil设备绝缘性能的主要因素，这些问题会导致gil在运行中发生故障。在一定情况下，某些局部放电现象可能长时间存在，每次发生局部放电都会对gil绝缘造成损坏，当这种损坏累积到一定程度时，最终会导致gil设备损坏。

由于gil设备距离长，不便于大规模布置传感网络以实施在线监测，同时由于gil设备待测试点多、测试部位高低不同，因此检测工作量较大，采用人工检测不仅成本高，而且效率低，也不利于数据的整合。此外，因为长距离gil设备的法兰面采用全金属封闭设计，所以不能采用特高频法对gil进行局部放电检测。

另外，随着我国电力系统电压等级的不断提高，变电站内的气体绝缘金属封闭开关设备(gas-insulatedmetal-enclosedswitchgear)的体积和使用数量也不断增加，常规人工检测的工作量巨大，如果能采用智能机器人自动巡检完成该工作，将极大的提高工作效率和检测效果。

技术实现要素：

针对现有长距离gil和大体积gis设备不便于实施在线监测、人工巡检成本高且效率低、不能采用特高频法检测等问题，本发明提出了一种基于机器人的超声波局部放电自动诊断系统及其方法，巡检机器人通过搭载超声波局部放电自动检测装置实施智能巡检任务，完成对gil/gis设备的绝缘性能检测工作。该方法安全高效、成本低廉，同时能够有效发现gil/gis设备事故隐患，保障gil/gis设备安全运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种基于机器人的超声波局部放电自动诊断系统，其特征在于，包括搭载在巡检机器人机械手臂上的超声波局部放电自动检测装置和与巡检机器人进行通讯的局部放电检测及诊断系统软件；超声波局部放电自动检测装置用于检测gil/gis设备的局放信号，通过所述巡检机器人将数据传输至局部放电检测及诊断系统软件；局部放电检测及诊断系统软件部署在后台服务器中，用于建立任务，命令巡检机器人按任务执行巡检工作，并接收所述巡检机器人传输的数据并进行存储、展示和诊断，从而得到gil/gis设备的绝缘状态；所述超声波局部放电自动检测装置包括伸缩旋转结构单元、综合控制单元、滑动伸缩臂、旋转臂、硅脂喷涂与擦除单元和连接机构单元；综合控制单元通过伸缩旋转结构单元、连接机构单元与巡检机器人相连；所述滑动伸缩臂安装在综合控制单元的一侧，可前后滑动伸缩，所述旋转臂安装在滑动伸缩臂末端，可在滑动伸缩臂侧面平面内旋转，所述硅脂喷涂与擦除单元设置在旋转臂外端上部，所述旋转臂端面上设有局部放电超声波传感器。

上述局部放电超声波传感器与旋转臂之间设有用于使局部放电超声波传感器的超声探头检测时紧密贴在gil/gis设备表面的弹簧装置。

上述超声波局部放电自动检测装置采用rs485接口、以太网接口和无线模块接口与巡检机器人进行通讯。

上述超声波局部放电自动检测装置的电源采用24v锂电池，由巡检机器人机身供电。

上述局部放电检测及诊断系统软件包括系统软件、局部放电检测及诊断系统服务和数据库，所述系统软件用于展示数据、管理档案和巡检任务；所述局部放电检测及诊断系统服务部署在服务器中，用于提供局放诊断算法、大数据算法、数据解析算法类服务接口，供系统软件调用；所述系统软件与局部放电检测及诊断系统服务设计上是分离的。

上述系统软件录入gil/gis设备待测试点信息建立巡检任务，通过wifi与所述巡检机器人通讯，命令所述巡检机器人执行巡检工作，所述巡检机器人沿gil/gis设备巡检轨道行进，依次到达每个待检测点执行局放检测工作，检测完成后将数据传输回系统软件，所述系统软件实现对数据的存储、展示和诊断。

本发明的基于机器人的超声波局部放电自动诊断系统的诊断方法，包括以下步骤：

(1)所述巡检机器人在gil/gis管廊中行进至第1个待测试点，所述超声波局部放电自动检测装置上机械手臂动作，将搭载在机械手臂上的所述超声波局部放电自动检测装置贴放在待测试点表面，所述巡检机器人发送采集指令，所述超声波局部放电自动检测装置接收采集指令后开始采集数据，采集同时，所述巡检机器人定时询问超声波局部放电自动检测装置是否完成采集，当收到完成反馈后，开始向所述超声波局部放电自动检测装置获取数据，数据获取完成，所述巡检机器人将采集到的数据传输至局部放电检测及诊断系统软件；

(2)所述超声波局部放电自动检测装置携带设定数量的硅脂，在检测每个待测试点前，每完成设定次数检测任务后，所述巡检机器人执行硅脂涂抹动作，将所述局部放电超声波传感器的超声探头涂抹硅脂，当测试点检测完成，所述巡检机器人执行硅脂擦除动作，将被测试点表面上残留的硅脂擦除；

(3)所述局部放电检测及诊断系统软件将收到的数据进行存储、分析和诊断，当诊断异常时，发送指令，命令所述巡检机器人进入精测模式，以当前异常待测试点a为基点，检测周围d范围内n个点位的数据上传后台服务器，对n个点位数据进行诊断，得出异常最严重的点位b，再以b点为基点，检测周围d/2范围内n个点位的数据上传后台服务器，再对n个点位数据进行诊断，最终找到异常最严重的点位，完成精测工作；所述巡检机器人按巡检任务要求依次检测每一个待测试点，直至最后一个，最终完成一次巡检任务。

步骤(1)中，所述超声波局部放电自动检测装置依次采集ae幅值、ae波形、ae脉冲和ae相位图谱数据。

步骤(2)中，所述d的取值为0.5m，n的取值为8。

本发明的有益效果为：(1)降低检测人员的劳动强度，提高了工作效率；(2)形成了基于机器人的智能巡检系统；(3)提高了局放测试的规范性和准确度；(4)提供了gil/gis设备数据记录的存储、分析和诊断，为状态检修提供依据，有效推进gil/gis设备超声波局部放电带电检测智能化进程。

附图说明

图1为搭载于巡检机器人的超声波局部放电自动检测装置整体示意图；

图2(a)为超声波局部放电自动检测装置正面示意图；

图2(b)为超声波局部放电自动检测装置侧面展开示意图；

图2(c)为超声波局部放电自动检测装置正面示意图；

图3为超声波局部放电自动检测装置立体示意图；

图4(a)为超声波局部放电自动检测装置装载于滚轮式机器人上的gil管廊径向截面示意图；

图4(b)为超声波局部放电自动检测装置装载于轨道式机器人上的gil管廊径向截面示意图；

图5为本发明的基于机器人的超声波局部放电自动诊断系统的原理图；

图6为本发明的超声波局部放电自动检测及诊断系统的操作流程示意图；

图7为超声波局部放电自动检测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；

图中各标号：1、巡检机器人；2、伸缩旋转结构单元；3、综合控制单元；4、滑动伸缩臂；5、旋转臂；6、硅脂喷涂与擦除单元；7、局部放电超声波传感器；8、连接机构单元。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

该单元实现对检测装置的实时状态监视和控制，能够测量并反馈机器人和超声探头位置、与被测物体的距离，监视装置工作状态是否正常，自行检查各检测单元是否正确执行检测步骤，反馈超声探头与管道接触压力，从而保证检测工作正常进行，在获取正确的检测数据同时，不会对设备和仪器造成损害。该单元也实现与外部的信息交互，通过将数据传输至远端服务器并在服务器中经过诊断系统软件分析，得到诊断结果。同时，该单元能够存储一定量的检测信息，以便在装置突发故障时不造成数据丢失。

软件设计包括3个部分：局部放电检测及诊断系统软件、局部放电检测及诊断系统服务和数据库，局部放电检测及诊断系统软件主要用于展示数据、管理档案和巡检任务，局部放电检测及诊断系统服务部署在服务器中，用于提供局放诊断算法、大数据算法、数据解析等算法类服务接口，供局部放电检测及诊断系统软件调用，局部放电检测及诊断系统软件与局部放电检测及诊断系统服务设计上的分离，使得系统更加模块化、清晰化，具备维护简单、可扩展性好等特点。局部放电检测与诊断系统软件录入gil/gis设备待测试点信息建立巡检任务，通过wifi与巡检机器人1通讯，命令机器人执行巡检工作，巡检机器人1沿gil/gis设备巡检轨道行进，依次到达每个待检测点执行局放检测工作，检测完成后将数据传输回局部放电检测及诊断系统软件，系统软件可实现对数据的解析、存储、分析、展示和诊断等功能。

该系统使用巡检机器人1搭载超声波局部放电自动检测装置检测gil/gis设备的局部放电信号，实现了检测gil/gis设备绝缘状态的目的。

检测与诊断装置具体情况如下：

参见图1中，超声波局部放电自动检测装置包括伸缩旋转结构单元2、综合控制单元3、滑动伸缩臂4、旋转臂5、硅脂喷涂与擦除单元6和连接机构单元8；所述综合控制单元3通过伸缩旋转结构单元2、连接机构单元8与巡检机器人1相连；所述滑动伸缩臂4安装在综合控制单元3的一侧，可前后滑动伸缩，所述旋转臂5安装在滑动伸缩臂4末端，可在滑动伸缩臂4侧面平面内旋转，所述硅脂喷涂与擦除单元6设置在旋转臂5外端上部，所述旋转臂5端面上设有局部放电超声波传感器7。

综合控制单元3通过伸缩旋转结构单元2、连接机构单元8与轮式机器人1相连。

该单元实现对检测装置的实时状态监视和控制，能够测量并反馈机器人和超声探头位置、与被测物体的距离，监视装置工作状态是否正常，自行检查各检测单元是否正确执行检测步骤，反馈超声探头与管道接触压力，从而保证检测工作正常进行，在获取正确的检测数据同时，不会对设备和仪器造成损害。该单元也实现与外部的信息交互，通过将数据传输至远端服务器并在服务器中经过诊断系统软件分析，得到诊断结果。同时，该单元能够存储一定量的检测信息，以便在装置突发故障时不造成数据丢失。

图2(a)、图2(b)、图2(c)和图3给出了gil/gis局部放电检测及诊断装置示意图，滑动伸缩臂4安装在综合控制单元3右侧，可前后滑动伸缩。旋转臂5安装在滑动伸缩臂4末端，可在滑动伸缩臂4侧面平面内旋转。

如图4(a)和图4(b)所示，检测装置有安装在轮式机器人或轨道机器人上两种方式。安装在轮式机器人1上时，机器人在管廊中的地面上向前移动，通过综合控制单元3内的激光雷达和位置控制单元保证在管廊中按照正确前进路线行进以及机械臂与测试点有效接触。安装在轨道机器人上时，机器人沿顶部轨道前进，可通过位置传感器确定自身位置，并通过激光雷达控制机械臂端的局部放电传感器与测试点接触。

检测和诊断方法具体实施如图5和图6所示。后台服务器中运行局部放电检测及诊断系统软件，第一次执行，创建巡检任务，录入gil/gis设备每一个待测试点信息后保存，以便下一次复用，软件通过wifi与巡检机器人1通讯，命令机器人执行巡检任务，机器人沿gil/gis设备巡检轨道行进开始执行巡检工作。

如图7所示，机器人在gil/gis管廊中行进至第1个待测试点，超声波局部放电自动检测装置上机械手臂动作，将搭载在机械手臂上的超声波局部放电自动检测装置压力适中的贴放在待测试点表面，机器人发送采集指令，超声波局部放电自动检测装置接收采集指令后开始采集数据，依次采集ae幅值、ae波形、ae脉冲和ae相位图谱数据，采集同时，机器人定时询问超声波局部放电自动检测装置是否完成采集，当收到完成反馈后，开始向超声波局部放电自动检测装置获取数据，数据获取完成，机器人通过wifi将采集到的数据传输至远程服务器。

超声波局部放电自动检测装置携带一定数量的硅脂，在检测每个待测试点前，每完成一定次数检测任务后，机器人执行硅脂涂抹动作，将超声传感器超声探头涂抹适量的硅脂，以便超声传感器探头更紧密的贴放在待测试点表面，有利于超声波信号的采集，当测试点检测完成，机器人执行硅脂擦除动作，尝试将被测试点表面上残留的硅脂擦除。

远程服务器将收到的数据进行存储、分析和诊断，当诊断异常时，发送指令，命令机器人进入精测模式，以当前异常待测试点a为基点，检测周围0.5m范围内8个点位的数据上传后台服务器，对8个点位数据进行诊断，得出异常最严重的点位b，再以b点为基点，检测周围0.25m范围内8个点位的数据上传后台服务器，再对8个点位数据进行诊断，最终找到异常最严重的点位，完成精测工作。机器人按巡检任务要求依次检测每一个待测试点，直至最后一个，最终完成一次巡检任务。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。