变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置的制作方法

本实用新型属于电气设备绝缘状态检测技术领域，特别涉及一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置。

背景技术：

电气设备绝缘内部发生局部放电发生伴随产生特高频信号。为获得发生局部放电电气设备的位置，目前常用的方法是搭建天线阵列，利用高速采集设备获得多组特高频信号，计算多组信号之间的时延并建立非线性方程组，通过求解该非线性方程组获得局部放电源的位置。利用四支全向天线获得四组特高频信号，经时延估计算法获得三组时延，建立含有三个方程的非线性方程组。理论上通过求解这个方程组能够获得局部放电源的三维坐标。但是实际应用中，由于天线阵列中各天线距离测量误差、特高频信号采集装置采样率限制、特高频信号受噪声污染等因素导致时延计算结果存在误差，进而无法获得准确的三维坐标。实际运行结果表明，通过求解非线性方程组仅能获得局部放电源相对于监测点(天线阵列中心)的二维方向。目前，商用化的局部放电定位设备将整体设备放置于巡检车辆，人工驱车在变电站巡检通道上进行多点检测。为获得局部放电源的准确位置，通常需要进行多个测点的测量，以获得多个方向角，多个方向交叉获得局部放电源的准确位置。因此准确测量各个检测点的坐标是精准定位局部放电源的关键。但是，当前变电局部放电巡检定位装置尚未配备专门的检测点坐标测量装置。

目前，应用广泛的变电站红外成像巡检机器人常用磁轨迹导航、惯性导航、GPS导航和视觉导航。磁轨导航前期需要预铺设磁轨，不仅工作工作量较大而且只能停靠在预铺设标签的位置，不符合局部放电检测的需求；惯性导航需要在变电站设置大量的无限信号收发装置，稳定性相对较差；GPS导航的定位精度在2-10米，误差较大且不安全。视觉导航受外部光线强度影响很大，不适用于敞开式变电站的导航。因此，以上所述导航装置并不适用于变电站局部放电巡检车辆检测点坐标测量。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置，能够准确测量各个检测点的坐标，以便精准定位局部放电源。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下的技术方案：

本实用新型提供一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置，所述位置检测装置包括激光测距模块、微处理器模块、步进电机模块、三维电子罗盘模块、电源模块以及波纹反射装置；所述激光测距模块、微处理器模块、步进电机模块、三维电子罗盘模块和电源模块组成一套整体设备，该整体设备放置于变电站局部放电巡检定位车辆的天线阵列的中心，所述波纹反射装置放置于变电站巡检通道上；所述微处理器模块分别与激光测距模块、三维电子罗盘模块、步进电机模块和局部放电巡检定位设备连接；所述电源模块为激光测距模块、微处理器模块、步进电机模块和三维电子罗盘模块提供电源。

进一步地，所述三维电子罗盘模块的中心与激光测距模块的测量起始位置重合，且激光测距模块的激光发射方向与三维电子罗盘模块的0度方向相一致。

进一步地，所述步进电机模块的旋转轴心与三维电子罗盘模块的中心重合。

进一步地，所述波纹反射装置采用激光反射面。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置，利用激光测距模块、步进电机模块、三维电子罗盘模块和波纹反射装置，实现当检测到有效的高频信号后，准确测量该检测点的坐标。激光测距模块和三维电子罗盘模块的测量精度远高于GPS、惯性导航的精度，测量结果更加准确。激光测距模块利用激光作为测距载体，有效克服环境光线强度的影响。

附图说明

图1是本实用新型的一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置的结构原理框图；

图2是本实用新型的一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置的结构示意图；

图3是波纹反射装置的俯视示意图；

图4是波纹反射装置的侧视示意图；

图5是本实用新型的一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置的应用场景图；

图6是波纹反射装置单个反射面的波纹归一化参数示意图；

图7是波纹反射装置的归一化测量结果示意图。

图中序号所代表的含义为：1.激光测距模块，2.微处理器模块，3.步进电机模块，4.三维电子罗盘模块，5.电源模块，6.波纹反射装置，7.局部放电巡检定位设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例一

如图1所示，一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置，所述位置检测装置包括激光测距模块1、微处理器模块2、步进电机模块3、三维电子罗盘模块4、电源模块5以及波纹反射装置6；所述激光测距模块1、微处理器模块2、步进电机模块3、三维电子罗盘模块4和电源模块5组成一套整体设备，该整体设备放置于变电站局部放电巡检定位车辆的天线阵列的中心，所述波纹反射装置6放置于变电站巡检通道上；所述微处理器模块2分别与激光测距模块1、三维电子罗盘模块4、步进电机模块3和局部放电巡检定位设备7连接；所述电源模块5为激光测距模块1、微处理器模块2、步进电机模块3和三维电子罗盘模块4提供电源。

如图2所示，所述三维电子罗盘模块4的中心与激光测距模块1的测量起始位置重合，且激光测距模块1的激光发射方向与三维电子罗盘模块4的0度方向相一致。所述步进电机模块3的旋转轴心与三维电子罗盘模块4的中心重合。

作为优选地，所述激光测距模块1测量精度小于1厘米，能够通过串行口对其进行读写控制。所述步进电机模块3具备驱动电路，能够通过串行口控制其动作模式，最小旋转角度小于等于0.9度。所述三维电子罗盘模块4能够通过360°旋转实现自校准，且方位角测量精度小于0.3度。微处理器模块2具有四个以上的串行口，其中三个串行口分别用于控制激光测距模块1、步进电机模块3和三维电子罗盘4模块，第四个串行口与局部放电巡检定位设备7进行通信。如图3和图4所示，所述波纹反射装置6为按照一定几何关系设计的激光反射面。

如图5所示，基于上述一种变电站局部放电巡检定位设备的位置检测装置实现的位置检测方法，具体包含以下步骤：

步骤S101，在变电站建立二维坐标系，选择某一点作为坐标原点。一般情况下，选取变电站巡检通道的十字交叉路口为坐标原点，选择正北方向为y轴方向，选择正东方向为x轴方向；

步骤S102，将波纹反射装置6放置于坐标原点，波纹反射装置6的单个反射面的长度不超过1.5米，如图6所示，记录波纹反射装置6单个反射面的波纹参数M(n)，n＝0,1,2,3,…,n,…,N，N为波纹反射面离散化点数；设定1.5米长的反射面离散化点数为P个点；

步骤S103，人工驱使变电站局部放电巡检定位车辆在变电站巡检通道进行局部放电的检测，当检测到有效的特高频信号后，启动所述位置检测装置进行检测点坐标的测量；

步骤S104，设置三维电子罗盘模块4进入校准程序，驱动步进电机进行360度旋转，完成三维电子罗盘模块4的校准；

步骤S105，驱动步进电机进行360度旋转，旋转角速度为1度/秒，并启动激光测距模块1，设置其工作模式为连续测量模式，每间隔0.1秒读取一次激光测距模块1输出的测距结果Li和三维电子罗盘模块4输出的方向角θi，记作L(θi)；

步骤S106，依次截取L(θi)中连续Q点L(θi)～L(θi+Q)记作Lk(j)，利用动态规整算法计算Lk(j)与M(n)的最小空间距离，其中0≤j≤Q，具体计算过程如下：

步骤S1061，首先剔除Lk(j)中大于100的数值，用Lk(j)的最小值min(Lk(j))替代剔除的点，如图7所示，然后对Lk(j)进行归一化处理，归一化处理方法如式(1)所示，Lk(J)nor为归一化处理结果；

步骤S1062，构造Lk(j)nor与M(n)的欧氏距离矩阵Dj×n，如式(2)所示，式中

步骤S1063，根据式(3)规划从d11到dJN之间的最优路径WP，其中d11＝dist[Lk(1)nor,M(1)]；

步骤S1064，根据式(4)、(5)计算Lk(j)nor与M(n)之间的最小空间距离，其中H＝max(P,Q)；

Wh＝d(hj)(hn) (5)；

步骤S107，通过步骤6共获得3600个最小空间距离，提取3600组中的最小值，记作L(j)min，记录该组数据中间点的距离Lmin和对应的角度θmin，依据式(6)计算巡检车辆天线阵列中心的坐标(x,y)；

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。