变电站设备监控系统的制作方法

本实用新型涉及变电站检测技术领域，特别涉及一种变电站设备监控系统。

背景技术：

随着国家电网“智能电网”的发展，输变电设备无人值守的普及，传统的以人工巡视保证场所和设备安全的方式已经满足不了输变电设备大集控发展的要求。以国家电网的变电站为例，即使目前很多变电站实现了遥测、遥信、遥控、遥调、遥视的“五遥”功能，即在变电站内安装摄像机及各类探头，将无人值班变电站的防火、防盗以及设备运行、发热和事故直观情况及波及范围，通过站内电话线或光纤等通道传到调度所，以便调度人员做出正确的决策。但这种远程监视在一定程度上还存在着因无人在现场及时监视、巡视而带来的一系列问题，例如设备本体、导流部分、操作机构、瓷质部分、接线端子等部分的破损或松动都会影响甚至破坏设备的运行。此外，变电站变压器、断路器、隔离开关等设备内部热缺陷，长期无法及时检测，造成了很多电力故障和安全隐患，一旦爆发后果不堪设想。因此，仅仅依靠调度自动化的现有技术手段，实现变电站的无人值班或“无人值守”是不完善的，现有的巡检方式和技术与电力生产的安全性要求相比存在相当的距离。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种变电站设备监控系统，对环境及室内、外高压设备进行检测，及时发现电力设备的外部机械问题，完成自动化的日常巡检。

此外，还可及时发现电力设备的内部热缺陷、或电气问题，为运行人员提供事故隐患和故障先兆数据。

为解决上述问题，本实用新型提出一种变电站设备监控系统，包括行走机器人和主控端；

所述行走机器人上设置有用以对变电站的设备进行图像采集的云台、及用以和主控端通信的第一通信装置，所述行走机器人通过所述第一通信装置发送所述云台采集的图像数据；

所述主控端包括用以和所述行走机器人通信的第二通信装置、存储器、处理器、报警装置和显示装置；所述主控端通过所述第二通信装置接收所述图像数据；所述存储器至少包括第一存储单元，所述第一存储单元用以存储设备标准图库；所述处理器，连接所述存储器，用以对所述图像数据进行图像识别而获得设备标识，根据设备标识从所述第一存储单元中读取设备标准图库而获得相应设备标准图，将图像数据和设备标准图进行图像匹配，在匹配不成功时生成报警信号；所述报警装置，连接所述处理器，响应于所述报警信号而报警；所述显示装置，用以在所述处理器的控制下显示所述图像数据、设备标准图、报警信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述存储器还包括第二存储单元，所述第二存储单元用以存储设备液位正常范围库；所述处理器还用以对所述图像数据进行图像识别而获得设备标识及设备液位值，根据设备标识从所述第二存储单元中读取设备液位正常范围库而获得相应设备液位正常范围，将所述设备液位值和所述设备液位正常范围进行比对，在超出正常范围时生成控制所述报警装置报警的报警信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述行走机器人上还设有SF6气体测漏仪，用以检测设备SF6气体并在检测到时生成泄漏信号；所述行走机器人还通过所述第一通信装置发送所述泄漏信号；所述主控端通过所述第二通信装置接收所述泄漏信号；所述处理器根据所述泄漏信号而生成控制所述报警装置报警的报警信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述行走机器人上还设有声音采集装置，用以对变压器的噪声进行采集并进行音频分析，在噪声的音频数据超出变压器正常工作音频数据范围时生成故障信号；所述行走机器人还通过所述第一通信装置发送所述故障信号；所述主控端通过所述第二通信装置接收所述故障信号；所述处理器根据所述故障信号而生成控制所述报警装置报警的报警信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述行走机器人上还设有红外热像仪，相对所述云台固定，用以对设备的导流部分、引线、接头、和/或连接点进行红外数据采集；所述行走机器人还通过所述第一通信装置发送所述红外热像仪的红外数据；所述主控端通过所述第二通信装置接收所述红外数据；所述处理器比对红外数据是否过热，并在过热时生成控制所述报警装置报警的报警信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述云台通过360度旋转装置连接在所述行走机器人上，从而能够在所述行走机器人上进行360度旋转。

根据本实用新型的一个实施例，所述行走机器人上还设有定位导航装置，用以控制所述行走机器人的行走定位，以对准相应设备进行检测。

根据本实用新型的一个实施例，所述行走机器人上还设置有缓存装置，用以对所述云台采集的图像数据进行缓存。

根据本实用新型的一个实施例，所述处理器采用DSP芯片实现。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：行走机器人可以在行走定位后对变电站的设备进行检查，通过云台拍摄设备的图像，通过第一通信装置将图像传输给主动端，主控端的处理器对现场设备的图像进行图像识别处理，可以根据图像获得相应的设备标识，根据设备标识可以寻址存储器从设备标准图库中获该设备标识对应的设备标准图，处理器将从行走机器人传输过来的现场设备的图像和对应的设备标准图进行匹配，如果匹配不成功，则代表设备某个部位出现了松动、脱落等异常情况，处理器根据匹配不成功可以及时控制报警装置进行报警，从而可以在自动化巡检过程中及时将异常情况通知监控人员，以便进一步处理异常情况。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的变电站设备监控系统的结构框图；

图2为本实用新型另一实施例的变电站设备监控系统的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1，本实施例的变电站设备监控系统，包括行走机器人1和主控端 2。行走机器人1上设有云台11和第一通信装置12。主控端2设有第二通信装置21、存储器23、处理器22、报警装置24和显示装置25。行走机器人1 根据需要也可以设置用来调度控制的控制器。第一通信装置12和第二通信装置21例如可以是可以连入到无线局域网的装置、或者是通过拨号入网进行数据传输的装置，具体不做限制。

参看图2，行走机器人1上还可以设有定位导航装置16。定位导航装置 16可以控制行走机器人1的行走定位，以对准相应设备进行检测。

行走机器人1可以采用激光导航、陀螺仪、里程计、查分GPS等多种定位传感器融合的复杂环境定位导航技术，能够根据运行环境的不同(室内、室外、复杂、规则、动态、静态等变化)，依据数据融合技术与环境判别技术自动切换定位模式以达到在各种环境下定位导航的无缝链接，弥补各单定位传感器在环境变化下所存在的定位误差，使定位精度更为准确。

行走机器人无轨化导航的步骤具体分为两步(1)和(2)：

(1)行走机器人首次进入巡检环境时，将通过激光雷达对周边环境进行扫描，采用地图自构建技术预先存储环境中所有路标在全局坐标系下的坐标值，通过同步地图构建与定位(SLAM)算法生成环境地图。

行走机器人可利用激光探测方法构建一个隧道工作环境等比例的地图，即通过硬件上配置的激光探测器和软件的地图构建功能完成对于陌生工作环境的等比例地图绘制任务，能通过控制台程序控制面板中的构建地图显示框可显示构建过程中实时的二维地图形成信息。

具体构建方法：在开启激光扫描功能的前提下，采用遥控行走机器人的方式遥控行走机器人在实际巡视环境中行走一圈。同时，激光采集的信息专程原始图像可在电脑的控制软件地图构建显示框中呈现，便于操作人员进行遥控构建地图，确保行走机器人在行进的过程中激光扫描到实际工作环境的每个角落。行走机器人行驶一圈对运行环境中扫描完成后即可得到完成的原始地图，把该原始图像导出，用专门的地图软件进行后期处理，取出图像噪点后即可还原实际的工作环境，保存即可形成软件能够调用的地图。

等比例地图构建技术完全不需要对周边环境进行任何更改，且实现速度很快。当机器人处于另一个室内陌生环境，机器人可在较短的时间内(24小时) 通过激光探测方法构建一个工作环境的地图。

(2)在后续运行时，激光雷达将检测到的路标与存储的路标进行自动匹配，经计算得到机器人当前的精确坐标，从而实现精确地图导航功能。

对于行走机器人的路径规划，可以采用四叉树法来扩展原始的随机路径算法(PRM)。相对于原始的随机路径产生步骤，采用四叉树来切割地图，并以一种规则的递归方式来生成路径图。四叉树所产生的路径图在开阔的区域很稀疏，而在物体周围却很密集。根据实际应用的表现，该方法非常有效，并且有着很高的鲁棒性。

首先，在已经构建的地图上可以设置行走机器人的运行路线：点取运行的起始点和终止点，控制主机上的软件程序会自动在地图上生成一条绕过各种障碍物可实际应用于行走机器人行进的路线。软件启动运行后，行走机器人即按该设计路线行驶，如果在行走机器人行进的过程中碰到障碍物，行走机器人会及时重新规划行进路线，通过实时激光信息匹配的方式绕过障碍物。行走机器人绕过障碍物之后，会通过激光信息匹配规划路径，重新返回预定轨道。

行走机器人1的定位导航也不限制于前述方式，可以是其他能够实现引导行走机器人1的方式，或者行走机器人1也可以采用有轨导航的方式来实现设备的定位。

行走机器人1在行走过程中或者在设备定位之后，云台11对变电站的设备进行图像采集，云台11最好是高清云台，所拍摄的图像可以进行图像预处理，以获得更高清图像。行走机器人1的定位，最好使得，云台11拍摄设备的角度最好和拍摄形成设备标准图库的角度相同。

行走机器人1通过第一通信装置12发送云台11采集的图像数据，主控端通过第二通信装置21接收行走机器人1发送的图像数据。第一通信装置12 还可以连接到其他通信设备，通过该其他通信设备和第二通信装置21实现数据传输，第一通信装置12和第二通信装置21之间的通信数据不限于图像数据，还可以传输其他数据，两者也可以进行双向通信。

可选的，参看图2，行走机器人1上还可以设置有缓存装置17。缓存装置 17用来对云台11采集的图像数据进行缓存，缓存的图像数据通过第一通信装置12进行发送，可以通过控制器将云台11采集的图像数据搬运到缓存装置 17中，再将缓存装置17中的数据通过第一通信装置12进行发送。

存储器23至少包括第一存储单元，第一存储单元用以存储设备标准图库，处理器22连接存储器，并可以访问存储器23读取存储的数据，设备标准图库至少包括各设备在正常情况下所采集的图像数据。处理器22连接第二通信装置21，接收第二通信装置21输出的图像数据，对图像数据进行图像识别而获得设备标识，图像识别可以采用现有图像识别技术实现，例如是边缘检测等。处理器22识别到设备标识后，根据设备标识访问存储器23，从第一存储单元中读取设备标准图库而获得相应设备标准图。处理器22获得设备标识对应的设备标准图后，将图像数据和设备标准图进行图像匹配，在匹配不成功时生成报警信号，图像匹配同样可以采用现有的图像匹配技术实现。

较佳的，处理器22可以采用DSP(digital signal processing，数字信号处理)芯片实现，运算速度高，图像处理速度更快。

报警装置24连接处理器22，在处理器22的控制下进行报警，在本实施例中，报警装置24响应于报警信号而报警。报警装置24例如可以是声、光等报警装置，在此不做限定。报警装置24接收不同的报警信号时可以发出不同的报警提示、或相同的报警提示。

显示装置25在处理器22的控制下进行信号、数据、图像显示等的显示，在本实施例中，显示装置25在处理器22的控制下显示图像数据、设备标准图、报警信号，但不限于此，例如还可以显示故障信号、其他图表等。

变电站设备监控系统可以对主变压器、隔离开关、断路器、压变、流变等的机械情况进行检测，例如可以检查设备标牌的标注是否完好、是否积灰，瓷质部分是否破损、有裂纹、有严重脏污，螺丝是否松动、脱落，接线板是否有裂纹、是否变形，引流线是否有松股和断股等现象，对环境及室内、外高压设备进行检测，及时发现电力设备的外部机械问题，完成自动化的日常巡检。

变压器油位因温度上升有可能高出油位指示极限，当油位计的油面异常升高或呼吸系统有异常，经查明不是假油位所致时，则应放油，使油位降至与当时油温相对应的高度，以免溢油。

在一个实施例中，存储器23还可以包括第二存储单元。第二存储单元存储设备液位正常范围库，液位正常范围库包括设备的液位正常的上限值和下限值，可以不止一个液位设备，设备例如可以是变压器的油位计。处理器22接收到图像数据后，对图像数据进行图像识别，获得设备标识，同时识别出其中的设备液位值，根据设备标识访问存储器23，从第二存储单元中读取设备液位正常范围库，而获得相应设备液位正常范围，处理器22将设备液位值和设备液位正常范围进行比对，在超出正常范围时生成控制报警装置24报警的报警信号。可以及时提示监控人员液位的异常，以便及时检修处理。

气体采样操作及处理一般渗漏时，要在通风条件下进行，当GIS发生故障造成大量SF6气体外逸时，应立即撤离现场，并开启室内通风设备。可选的，参看图2，行走机器人1上还可以设有SF6气体测漏仪13，用以检测设备SF6气体并在检测到时生成泄漏信号，行走机器人1还通过第一通信装置 12发送泄漏信号。主控端2通过第二通信装置21接收行走机器人1发送的泄漏信号，处理器22根据泄漏信号而生成控制报警装置24报警的报警信号。行走机器人1所携带SF6测漏仪13具有高达0.025℃的热灵敏度，可读出被检测设备的温度值，发现被检测设备微小的温度差别，可远距离有效准确地检测出SF6气体的泄漏点。

目前，针对主变本体还需要进行主变声频的异常检测，主要是通过耳听法及一些工具仪表检测当设备出现故障时所夹杂着噪音，但是这种方法危险性高，有安全隐患，且检测频率低。

可选的，行走机器人上还可以设有声音采集装置14，用以对变压器的噪声进行采集并进行音频分析，在噪声的音频数据超出变压器正常工作音频数据范围时生成故障信号，行走机器人1还通过第一通信装置12发送故障信号。主控端通过第二通信装置21接收行走机器人1发送的故障信号，处理器22 根据故障信号而生成控制报警装置24报警的报警信号。

采用行走机器人1对主变本体进行声音检测，需要基于噪声采集分析技术，通过所携带的声音采集装置14来完成。通过在行走机器人1上搭载声音采集装置14，对变压器的噪声进行采集。对采集的声音进行快速傅里叶变换算法，在时域和频域两种维度上与正常音频进行数据比较与分析，判断是否处于正常工作状态。当变压器处于异常情况时，报警装置24发出故障报警，通知运维人员到现场或遥控行走机器人到故障区域进行视觉或温度检测，进一步识别异常所属类别。

可选的，行走机器人1上还可以设有红外热像仪15。红外热像仪15相对云台11固定，例如可以固定在云台11上，跟随云台11运动。红外热像仪15 对设备的导流部分、引线、接头、和/或连接点进行红外数据采集，行走机器人1还通过第一通信装置12发送红外热像仪15的红外数据。主控端2通过第二通信装置21接收行走机器人1发送的红外数据，处理器22比对红外数据是否过热，并在过热时生成控制报警装置24报警的报警信号。行走机器人1携带红外热像仪15可对设备节点进行红外测温，及时发现设备发热缺陷，诊断电力设备运行中的事故隐患和故障先兆，对设备热缺陷等情况能自动判断和报警，以便及时采取措施消除事故隐患。

较佳的，云台11通过360度旋转装置连接在行走机器人1上，从而能够在行走机器人1上进行360度旋转。行走机器人1可以到达巡视区域内的任何位置，结合可360度全方位拍摄的云台和红外热像仪，采集设备区内的设备温度，从而实现测温时设备的全覆盖性。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。