配电网设备的全感知检测与巡检运维系统的制作方法

本发明属于变配电所智能感知系统技术领域，特别是涉及配电网设备的全感知检测与巡检运维系统。

背景技术：

配电设备作为电网的基础，投入运行后，受到老化、天气以及人为操作等各种内部或外部因素的共同作用，会使设备的性能下降，导致设备发生各种故障退出运行，设备故障退出运行，会给电网的安全可靠运行带来极大的危害。因此，及时地对设备进行检修，成为电网日常生产管理不可或缺的工作。而这一过程需要人工完成的，我国配电网设备种类繁多，数目庞大且分布广，使得设备的巡视、维护、管理变得复杂，因此人工检测和维护对人员的专业素质要求高，同时人工检测和维护劳动强度大、效率低。

在配电网系统中，部分采用了基于物联网的的配电网设备的监测系统缓解了人工检测和维护导致的问题，例如：中国专利专利申请号为201711228502.x、申请公布号为cn107910957a、专利名称为一种基于物联网的变配电所智能感知系统，该专利利用视频环境监测装置、智能配变核心监控装置、开关柜无线测温子系统、低压分支箱电压电流采集器、配电变压器温度采集器、无功补偿控制装置对配电所的设备进行监测，一定程度上解决了现有的变配电所人机交互动作不够智能和便捷的问题。但其任然存在以下问题：仅对变配电所进行智能监测，对配电网系统整体感知不足，对配电网系统整体运维难以实现；其次，变配电所所需的固定式传感器和仪器的安装数量大，需大量布线，成本高。因此，有必要对现有技术改进以解决上述技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种配电网设备的全感知检测与巡检运维系统，具体而言通过以下技术方案实现：

本发明所述的配电网设备的全感知监测与巡检运维系统，包括开关柜监测系统：用于对开关柜关键点温度、弧光保护、断路器参数的监测；配电线路监测系统：用于对线路的电参数和运行状态进行监测，当线路发生故障时进行预警和生成故障信息；配电室机器人监测系统：用于对配电室内环境参数监测和设备仪表参数进行巡检；运维系统管理系统：用于对配电网进行在线全景监视、统计分析及预测维护；所述开关柜监测系统、配电室机器人监测系统、配电线路监测系统均与运维系统管理系统通过网络设备连接用于信息和控制信号的交换。

进一步，所述配电室机器人监测系统包括机器人本体和用于使机器人本体运行的轨道总成，所述机器人本体上设置有机器人控制单元、与机器人控制单元连接的第一通信模块和用于监测配电室内环境参数和仪表参数的第一探测装置，所述第一探测装置与机器人控制单元连接，经第一通信模块与运维系统管理系统完成信息和控制信号的交换。

进一步，所述开关柜监测系统包括用于监测开关柜内元器件温度的无线温度检测装置、与断路器连接用于监测其参数的断路器监测装置、用于检测开关柜内设备的局部放电参数检测并生成绝缘异常状态和放电性故障预警的弧光监测装置，所述无线温度检测装置、断路器监测装置和弧光监测装置各自设置有用于与网络设备连接的通信模块以完成与运维系统管理系统的交互。

进一步，所述机器人本体包括可限位升降机构、与轨道总成配合使用的运动底盘、探测器舱室和用于驱动机器人本体运动的驱动机构，所述第一探测装置安装于探测器舱室，所述轨道总成包括导轨和安装在导轨上的用于供电的滑触线。

进一步，所述第一探测装置包括用于巡视设备仪表状态信息的视觉传感器、用于检测配电室设备的红外相机、用于检测配电室设备异常噪声的音频分析器、用于检测检测配电室设备局部放电参数的局部放电检测器和用于对温度、湿度和sf6浓度信息进行监测的环境监测单元以及用于对配电室内进行全景检测的视频检测模块。

进一步，所述配电线路监测系统包括安装在配电网线路分支线上用于检测线路故障的接地短路故障指示器、用于与接地短路故障指示器的数据收发以及与运维系统管理系统通信的故障指示器通讯终端和用于检测变压器运行状况进行检测的变压器监测系统。

进一步，所述运维系统管理系统包括管理服务器、与管理服务器连接的用于参数配置、网路配置、规则设定、智能联动控制设定、视频联动规则设定、录像查询和报警记录查询人机交互系统。

本发明的有益效果：本发明对配电网系统的主要设备进行监测并将监测结果传输到运维系统管理系统，不仅实现了对配电网系统整体运动状态的感知和故障预警，并可以通过运维系统管理系统对配电室及配电线路实行远程、集中控制。本发明所述的配电室机器人监测系统可对配电室内设备面板上各种表计、指示灯、状态标志进行监测同时对配电室气体、温度参数进行监测并将上述监测结果传输给运维系统管理系统进行记录，代人工完成多种巡检、探测、监控、故障诊断降低了劳动强度，极大的提高了巡检的质量和频次使预警报警更准确、及时，保证了配电网的安全；其次，所述配电室机器人监测系统还极大减少“配电室”所需的固定式传感器和仪器的安装数量同时无需大量布线，可以缩减对开关柜内设备的改造，减少电气设备开关柜的体积有利于散热，同时在降低综合运营成本的同时，提高先进运营水平。在本发明的其他有益效果将结合下文具体实施例中进行进一步的说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明原理图；

图2本发明配电室机器人系统原理图；

图3本发明配电室机器人安装结构示意图；

图4为断路器监测装置原理图；

图5为弧光监测装置原理图；

具体实施方式

如图所示：本发明所述的一种配电网设备的全感知监测与巡检运维系统，开关柜监测系统：用于对开关柜关键点温度、弧光保护、断路器参数的监测；配电线路监测系统：用于对线路的电参数和运行状态进行监测，当线路发生故障时进行预警和生成故障信息；配电室机器人监测系统：用于对配电室内环境参数监测和设备仪表参数进行巡检；运维系统管理系统：用于对配电网进行在线全景监视、统计分析及预测维护；所述开关柜监测系统、配电室机器人监测系统、配电线路监测系统均与运维系统管理系统通过网络设备连接用于信息和控制信号的交换。

在本实施例中，配电室机器人监测系统包括机器人本体和用于使机器人本体运行的轨道总成；所述机器人本体上设置有机器人控制单元、与机器人控制单元连接的第一通信模块和用于监测配电室内环境参数和仪表参数的第一探测装置，所述第一探测装置与机器人控制单元连接，经第一通信模块与运维系统管理系统完成信息和控制信号的交换。所述轨道总成优先通过丝杆固设于配电室顶部，以节省配电室空间也不会给人行走造成阻碍。所述第一通信模块可以是iec61850通信模块、modbus通信模块还可以是无线通信模块，当然还可以是三者集成的通信单元。所述第一探测装置将采集的参数或状态信息经机器人控制单元，机器人控制单元对传输过来的数据与系统预置或自定义的参数进行比对经独立的分析判断是否异常，并作出相应的反应。同时经iec61850通信模块和无线通信模块传输给运维系统管理系统，人员通过运维系统管理系统依据传输过来的数据分析判断应对配电室突发状况。

在本实施例中，所述第一探测装置包括用于巡视设备仪表状态信息的视觉传感器、用于检测配电室设备的红外相机、用于检测配电室设备异常噪声的音频分析器、用于检测检测配电室设备局部放电参数的局部放电检测器和用于对温度、湿度和sf6浓度信息进行监测的环境监测单元以及用于对配电室内进行全景检测的视频检测模块。所述视觉传感器可以是线阵和面阵ccd摄像机或者tv摄像机采集配电室设备面板上各种表计、指示灯、状态标志，所述红外相机通过玻璃柜体观察窗探测实时拍摄目标输出热图，测定目标温度，所述环境监测单元包括烟雾探测器、温度传感器和sf6传感器，烟雾探测器、温度传感器南京物联传感技术有限公司用于智能家居烟雾探测器、温度传感器或是市场上智能家居中能够实现检测烟雾和环境温度的产品均可。上述视觉传感器、红外相机、环境监测单元将监测的数据通过传输给机器人控制单元，机器人控制单元经计算及时发现异常提前预警或通过第一通信模块传输给运维系统管理系统，以方便运维和检修。例如：红外相机采集的柜体内设备温度与环境监测单元的温度传感器检测的环境温度和目标历史温度经机器人控制单元进行组合对比计算可以判定设备有无异常，异常时产生预警信息并将上述监测温度的实时值连同预警信息通过第一通信模块传输给运维系统管理系统，以便工作人员及时掌握实时配电网的运行状态。再如，视觉传感器采集到的配电室设备面板上各种表计、指示灯、状态标志传输给机器人控制单元，机器人控制单元经过识别的读数、状态含义与系统预置或自定义的参数进行比对计算即可判断处设备有无异常，若有异常执行上述温度监测的执行方式。进一步的，设备故障发生前往往会伴随着一定的噪声和异响变化，所述音频分析器通过近距离地采集目标设备的声音，进行特征频谱分析，并与故障特征样本进行比对，作为辅助判定设备异常参考。一方面可以提高判断的准确率，另一方面可以及时的提供预警信息。进一步，将上述第一探测装置借助于机器人近近距离的检测柜体内的设备相比固定传感器，能更灵敏地侦测到烟雾、氧气、六氟化硫等的泄露便于快速定位故障点。进一步的，所述局部放电检测器设置于在机器人上，从原来配电室内的开关柜内移出，不仅减少了开关柜内的电器元件节省空间有利于散热，并且实现了高压和低压的分离，使用更安全。所述局部放电检测器可以采用现有技术中的局部放电检测功能的仪器，所属视觉传感器可用海康威视型号ds-2de5320iw-a的摄像机，通过“网线+电源线+485”接线方式，实现网线传输视频信息传输)，此为现有技术在此不再赘述。

在本实施例中，所述机器人本体包括可限位升降机构5、与轨道总成配合使用的运动底盘和探测器舱室，所述第一探测装置安装于探测器舱室，所述轨道总成包括导轨3和安装在导轨上的用于供电的滑触线2，运动底盘4能够在导轨3上滑行。当然，运动底盘4有驱动其运动的驱动机构(图中未标识)，例如私服电机或步进电机等，所述运动底盘也可以采用智能自移动小车代替；所述可限位升降机构优先直线推杆电机或电动升降支架。所述机器人本体在导轨3上滑动配合可限位升降机构5对探测器舱室6升降和锁定位置实现了对配电室内不同位置的检测对象进行探测。所述轨道总成对机器人本体实现持续无间断供电。当然还可在机器人本体上安装与机器人控制单元连接的机器人操控模块、手机通信模块和巡检导航模块以方便用手机等移动终端对机器人进行操控，实现随时随地的对配电房进行巡检。进一步的，所述的探测器舱室采用云台形式安装探测器舱室能够360°旋转。可以方便在探测器舱室任意处布置视觉传感器等电子设备。进一步的，所述轨道总成固定设置于配电室的顶壁1上，将机器人倒置，有利于防止人与机器人碰撞，也有利配电室内设备的整体配置。

在本实施例中，所述开关柜监测系统包括用于监测开关柜内元器件温度的无线温度检测装置、与断路器连接用于监测其参数的断路器监测装置、用于检测开关柜内设备的局部放电参数检测并生成绝缘异常状态和放电性故障预警的弧光监测装置，所述无线温度检测装置、断路器监测装置和弧光监测装置各自设置有用于与网络设备连接的通信模块以完成与运维系统管理系统的交互。所述无线温度检测装置包括无线测温主机和无源无线测温传感器；所述无线温度检测装置采用无源无线测温模式，测温主机与测温传感器之间采用2.4g无线通讯方式，测温传感器采用新型软磁合金感应取电。所述无线温度检测装置优先选用许继昌南通信设备有限公司型号为xjcw-900无线测温在线监测装置。其无线测温主机设有支持modbus、61850通信模块。所述测温传感器安装于设备上，测温主机就地安装于靠近测温传感器柜体上即可，测温传感器将采集到温度数据传输给测温主机，提供严格的温升变化率报警机制，为高压设备的维修提供累积数据依据，实现了高压设备热故障的预知维修。

进一步，所述断路器监测装置包括断路器监测终端和断路器监测采集器，所述断路器监测采集器可以通过485通信模块与断路器监测终端连接，对断路器的参数和状态进行检测，并提供预警和故障信息方便维护和维修。所述断路器监测装置优先选用许继昌南通信设备有限公司型号为bsm-800断路器在线监测装置对象包括开关触头磨损、燃弧时间、开断电流、机械动作时间、储能电机电流等。支持modbus、61850等通信规约便于与其它系统互联。能保存断路器动作数据，掉电后数据不丢失，所有数据可实时上传至数据服务器。例如：断路器主触点的磨损来自于电弧期间出现的发热。在正常情况下，断路器的额定值是di/dt的函数，它可以被简化为一个表达式i2t。当断路器的故障启动跳开后，计算整个燃弧时间的∑i2t，作为单次断路器触点的磨损。累积断路器单次分闸电寿命之和，根据设置极限磨损量，计算断路器触点累积磨损i2t相对于极限磨损i2t的比例，以此来估算断路器的寿命情况，这样判断需要断路器监测终端和断路器监测采集器共同完成。

进一步，所述弧光监测装置包括安装于产生弧光设备附近的孤光采集单元、用于计算及逻辑运算的弧光保护主单元和用于连接孤光采集单元与弧光保护主单元的通讯口。所述弧光采集单元设置有多路弧光采集输入和输出并有通过通讯口与弧光保护主单元进行数据传递。当有多台孤光采集单元时，各孤光采集单元间采用串行方式传递弧光信号，最终传递给弧光保护主单元。弧光保护主单元能接收弧光保护主单元输入量进行计算及逻辑判断，实现系统的各项保护逻辑、自检及其他辅助功能。

在本实施例中，所述配电线路监测系统包括安装在配电网线路分支线上用于检测线路故障的接地短路故障指示器、用于与接地短路故障指示器的数据收发以及与运维系统管理系统通信的故障指示器通讯终端和用于检测变压器运行状况进行检测的变压器监测系统。在配电线路中，配电线路其组成部分一般为配电网线路分支线和与这些分支线连接的变压器，配电线路的故障多放生在这两处。利用接地短路故障指示器配合故障指示器通讯终端对配电网线路分支线负荷电流、瞬时接地尖峰电流、线路对地电场，对过负荷、过流和瞬时性单相接地故障进行检测和预警，为安全供电提供决策依据同时检测线路短路、接地等故障信号并上报故障电流，帮助运行人员快速查找到故障点，提高配调和抢修效率，提高供电可靠性。所述变压器监测系统包括变压器局放监测器、油中气体监测器、铁芯接待监测器、套管监测器和变压器监测通讯终端，利用变压器监测系统对配电网线路上的变压器实施实时故障进行检测和预警，此为现有技术在此不再赘述。

在本实施例中，所述运维系统管理系统包括管理服务器、与管理服务器连接的用于参数配置、网路配置、规则设定、智能联动控制设定、视频联动规则设定、录像查询和报警记录查询的人机交互系统。所述人机交互系统包括人机界面，人机界面系统软件优先选用scada组态软件。工程项目的数据库、通讯设备、界面等任何环节均能通过组态完成，具有组态软件的延续性、可扩充性、封装性、通用性等特点。人机界面包括：实时界面、非实时界面、后台处理模块、数据库区，其中，实时界面主要用于显示实时数据，能够实时显示温湿度、sf6浓度、o2浓度、仪表数据、指示灯状态等数据；查看可见光图像和红外图像；控制命令界面；状态报警界面。非实时界面主要功能包括历史数据查询、曲线浏览、系统配置、实时数据存储、图形编辑等；后台处理模块主要功能包括图像处理、通信管理、报警处理、数据采集与统计计算、时钟同步等。数据库主要功能包括：历史数据存储、实时数据存储、装置信息维护、协议维护、实时数据同步、报表管理等。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。