一种用于电缆综合状态巡视的特种机器人系统的制作方法

本实用新型涉及变电一次设备状态监测评价技术领域，具体涉及一种用于电缆综合状态巡视及监视的特种机器人系统。

背景技术：

随着社会经济技术的发展，电网隧道化及其隧道的网络化已成为城市电网、特别是现代化大型城市电网的特色和发展方向，越来越多的中、低压电力架空线路以及部分超高压电缆进入地下隧道。电缆的架设方式包括架空电线塔、直埋敷设、电缆沟及隧道敷设、排管敷设、桥梁敷设以及水底敷设等。巡检是确保隧道电缆稳定运行的主要手段。目前传统的电力电缆隧道巡检方法，主要依靠人工及少量环境监控器实现。但是由于电力电缆隧道路程长，封闭性强，构造物多，通信不便，一旦出现突发事故，将对巡检人员的人身安全造成极大威胁。此外，随着电力系统稳定性的要求不断提高，人工巡视模式不但受劳动强度大、待检设备分散、恶劣天气干扰影响等客观因素制约，还受到巡视人员对设备的熟悉程度、业务水平、工作经验、态度、责任心和精神状态等主观因素制约。可见人工巡视和少量环境监控器已逐渐凸显其客观不足和不适应透明电网发展趋势的迹象。

针对传统巡视模式不在满足新一代电力系统发展趋势的问题，电网企业采用新形势下的先进传感技术、机器人技术等新技术、新手段改进巡视模式，减轻运维人员负担，保障设备运行稳定。在先进传感技术方面，南方电网公司在网省级层面已基本建成设备状态监测评价中心，实现数据融合及实时监测；国家电网公司在智能监测方面的探索初见成效，基于物联网的设备状态及运检资源感知体系，可实现电网设备、运检资源（人、车、装备）信息互联互通。在机器人技术方面，南方电网公司在智能技术在生产技术领域应用路线方案中指出，至2020年将推广实现变电站设备轨道式巡视机器人在220千伏及以上电压等级变电站全覆盖。国家电网公司在2015～2020年电网智能化规划指南中指出，至2020年将全面推广小型化、工具化机器人，且各变电运维班组均配置巡视机器人。可见，先进传感技术、机器人技术等智能技术正在深刻影响着电力这一传统产业的发展进步。

与变电站巡视机器人设计与开发的高速发展相比，机器人的隧道自动巡检却一直缺乏一种有效的设计方案。时至今日，机器人的隧道巡检依然需要手动控制，多种电缆特征也无法实现可靠监视，未能完全代替人工作业。造成这种现象的原因是依然有许多隧道机器人的关键技术问题尚未得到解决。这些关键技术问题包括隧道内机器人的运动方式、隧道内机器人的通信以及隧道内机器人的定位等。

鉴于此，须针对集约化应用隧道电缆智能运维类业务系统的痛点难点问题，有必要充分研究、利用智能技术，协同应用设备监测系统、智能机器人等方面提升设备智感、智测智控的技术水平，研发电缆隧道机器人巡检系统，达到电缆设备状态智能感知和运行的目标。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于电缆综合状态巡视的特种机器人系统，具体技术方案如下：

一种用于电缆综合状态巡视的特种机器人系统，包括巡视机器人、机器人轨道、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置、监控后台；

所述巡视机器人用于对电缆隧道设备进行巡检；

所述机器人轨道铺设在电缆隧道内，用于承载巡视机器人并为巡视机器人提供导向；

所述局部放电监测装置安装在电缆接头接地线上，用于判断电缆内部是否存在局部放电情况、分析电缆是否存在绝缘缺陷；

所述环流监测装置安装在电缆金属护层接地点上，用于判断电缆芯线的运行电流是否超负荷、分析电缆主绝缘及护套绝缘是否存在缺陷；

所述视频监测装置安装在电缆隧道墙壁上部，用于判断电缆隧道内是否存在异常现象；

所述监控后台用于存储、分析由巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置所采集的数据并根据分析结果选择是否报警；

所述巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置分别通过rs485总线与监控后台连接。

优选地，所述巡视机器人可选用tlks-pmg-100f、dky-lhn/dm/ht-15型机器人。

优选地，所述机器人轨道可选用hrm、ajr系列机器人行走侧挂式轨道。

优选地，所述局部放电监测装置包括可选用gzpd-01hc、gzpd-01mc、st-2018型监测装置，采用1只至2只高频脉冲电流传感器实时监测电缆局部放电信号的变化情况。

优选地，所述环流监测装置选用css型、gzts-500、st-2020型监测装置，采用只1至4只零磁通环流传感器实时监测高压电缆金属护层环流信号的变化情况。

优选地，所述视频监测装置可选用itams、m91型监测装置。

优选地，所述监控后台2包括i54460的3.2吉赫兹型处理器、hdd-1.5太字节的企业硬盘、windows7专业版的64位操作系统。

本实用新型的有益效果为：本实用新型率先建立了聚焦电缆隧道环境及电缆绝缘状态的特种巡视机器人系统，实现了综合分析电缆局部放电、环流、温度等绝缘状态及隧道气体、温度、视频等环境状态信息的综合状态巡视和监视，克服了对电缆隧道实时状态数据归集融合不全面和不客观的难题，缓解了电缆设备运行维护人员的工作压力，提升了“机巡+人巡”的应用效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种用于电缆综合状态巡视的特种机器人系统，包括巡视机器人、机器人轨道、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置、监控后台；

巡视机器人用于对电缆隧道设备进行巡检；

机器人轨道铺设在电缆隧道内，用于承载巡视机器人并为巡视机器人提供导向；

局部放电监测装置安装在电缆接头接地线上，用于判断电缆内部是否存在局部放电情况、分析电缆是否存在绝缘缺陷；

环流监测装置安装在电缆金属护层接地点上，用于判断电缆芯线的运行电流是否超负荷、分析电缆主绝缘及护套绝缘是否存在缺陷；

视频监测装置安装在电缆隧道墙壁上部，用于判断电缆隧道内是否存在异常现象；

监控后台用于存储、分析由巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置所采集的数据以及根据分析结果选择是否报警，并与上级业务系统进行数据交互；

巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置分别通过rs485总线与监控后台连接。

巡视机器人采用专用编码记步式伺服系统，水平移动速度可按需要设置为0.5至15米每秒，取电方式为无缝滑环型导轨取电方式。巡视机器人可选用tlks-pmg-100f、dky-lhn/dm/ht-15型机器人，具备可见光检测功能、红外热成像检测功能、噪音检测功能、气体检测、双向语音对讲、照明功能。其中，可见光检测的分辨率大于1080p，红外热成像的像素大于320×240，噪音检测的灵敏度大于-30分贝，气体检测的检测范围分别是一氧化碳0至1000ppm，甲烷0至100%lel，氧气0至30%vol，二氧化硫0至50ppm。

机器人轨道可选用hrm、ajr系列机器人行走侧挂式轨道，长度可选择50-1500米。巡视机器人通过机器人轨道可实现自主前进、后退、转弯和爬坡等行为。

局部放电监测装置包括可选用gzpd-01hc、gzpd-01mc、st-2018型监测装置，采用1只至2只高频脉冲电流传感器实时监测电缆局部放电信号的变化情况，其中将局部放电监测装置的高频脉冲电流传感器安装在两侧电缆接头接地线上，其时间分辨率为10微秒，相位分辨率为0.18度，有效检测放电强度不小于5皮库。

环流监测装置选用css型、gzts-500、st-2020型监测装置，采用1只至4只零磁通环流传感器实时监测高压电缆金属护层环流信号的变化情况，将环流监测装置的零磁通环流传感器安装在两侧电缆金属护层接地点上，其额定一次电流可分别选择100安、200安、300安、400安、500安，额定二次电流为1安，额定工频耐压为10千伏/1分钟。

视频监测装置可选用itams、m91型监测装置，可采用2只视频监测装置实时监视电缆隧道环境变化情况，采集生成mpeg4或jpeg、h.264数据文件的功能，且最高分辨率不小于600万像素（3072×2048）。2只视频监测装置分别分布在电缆隧道的2端，安装在电缆隧道尽头两面墙壁顶部。

监控后台部署在临近电缆隧道附近的监控室内，数量为有且仅有1套，包括i54460的3.2吉赫兹型处理器、hdd-1.5太字节的企业硬盘、windows7专业版的64位操作系统。

巡视机器人满足《电缆隧道机器人巡检技术导则》（dl/t1636）的要求，主要是巡视采集电缆隧道的可见光、红外热成像、声音、气体等信息，局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置主要是监测采集电缆隧道的局部放电、环流、可见光等信息，机器人轨道主要是承载特种机器人实现自主前进、后退、转弯和爬坡等工作行为，监控后台主要是连接巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置，并与上级业务系统交互。

监控后台与巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置建立对接联系，接口技术规范参照执行《变电站通信网络和系统》（dl/t860）的要求，主要内容如下：

1）巡视机器人、局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置提供规范性业务数据并满足监控后台的数据接入、解析要求；

2）局部放电监测装置、环流监测装置监测的电缆局部放电信号、高压电缆金属护层环流信号导入监控后台，导入方式增量更新，频次为每5分钟更新一次；

3）视频监测装置采集的电缆隧道中的设备外观、水位等视频图像实时导入监控后台，导入方式实时增量更新；

4）监控后台在巡视机器人发现电缆隧道中的设备外观、温度及隧道中气体等存在异常后，可进一步比对分析局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置采集的信息，诊断设备的状态。

监控后台与位于省级电网设备状态监测评价中心的巡视机器人上级监控系统（远程集控后台）建立联系，系统设置、分区均须满足《电力监控系统安全防护技术规范》（q/csg1204009）的要求，主要内容如下：

1）监控后台与巡视机器人上级监控系统的交互分为基础数据定时同步、巡视监测数据定时同步、控制指令实时操作、业务数据主动上送、视频图像实时传输等5种主要方式；

2）监控后台每日向巡视机器人上级监控系统增量更新包括设备部件模型、设备模型、环境模型、视频模型、任务模型在内的基础数据；

3）巡视机器人上级监控系统可实时向监控后台发布包括机器人驱动控制、云台控制、运行模式、机器人控制权、可见光视频控制、红外热成像控制、音频控制、辅助设备控制在内的控制指令；

4）监控后台实时向巡视机器人上级监控系统更新机器人状态、环境信息、巡检结果、报警信息在内的基础数据，以及定时更新局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置采集的设备状态信息。

在本实施中，为应用电缆综合状态巡视的特种机器人系统，各准备2只局部放电监测装置、环流监测装置、视频监测装置的传感器，需将局部放电监测装置的高频脉冲电流传感器安装在两侧电缆接头接地线上，将环流监测装置的零磁通环流传感器安装在两侧电缆金属护层接地点上，将视频监测装置的视频摄像机安装在电缆隧道尽头两面墙壁顶部，将监控后台安装至临近电缆隧道的监控室内。输电管理所的技术人员通过访问位于省级电网设备状态监测评价中心的巡视机器人上级监控系统（远程集控后台），远程应用电缆综合状态巡视的特种机器人系统。

输电管理所的输电运行班组根据电缆隧道状态及巡检要求，编制特种机器人的正常巡视计划，并在必要时开展特殊巡视、异常巡视。其中，正常巡视是指特种机器人系统按既定周期对电缆、电缆附属设备以及电缆隧道环境等进行的机器人辅助巡检。异常巡视是指输电运行班组为查明电缆隧道故障情况、故障原因以及跟踪其他已知缺陷情况等利用特种机器人系统辅助巡检。特殊巡视是指在特殊情况下或根据特殊需要，安排机器人对电缆隧道进行辅助巡检，包括重大活动及特殊时段保供电在内的巡视任务。

除正常巡视外，输电运行班组运用特种机器人系统过程中的典型情况包括：在汛期内，通过系统的视频监测装置巡视地面是否有积水，隧道内湿度是否过高，隧道是否有漏水现象，电缆及其附件是否存在浸泡。在迎峰度夏等存在过负荷期间，通过特种系统的机器人红外测温部件，巡视隧道内温度是否过高和存在火源，电缆是否存在温度过高、表皮破损、接头发热等现象。在事故或检修后，通过特种系统的机器人气体传感器，巡视隧道内各气体含量是否异常。

同时，输电运行班组通过监控后台开展电缆隧道的查询监测及巡视数据、生成并报送报表、管理数据。其中查询功能包括支持按照区域、设备、巡检点进行巡检数据的查询，报表功能包括自动生成巡检数据报表，支持打印、保存到数据库等功能，数据管理功能包括设置数据存储时间、容量及数据备份等功能。输电运行班组运用特种机器人系统查询查询监测及巡视数据过程中的典型情况包括：当发现橡塑绝缘电缆半导电断口存在过热异常现象（温差5至10k），判断电缆内部可能存在局部放电；以整个电缆头为中心存在热像异常现象（温差0.5至1k），判断电缆头存在受潮、劣化或气隙；以护层接地连接为中心存在发热异常现象（温差5至10k），判断可能存在接地不良；当伞裙存在局部区域过热异常现象（温差0.5至1k），判断内部可能有局部放电；根部存在整体性过热现象（温差0.5至1k），判断内部可能介质受潮或性能异常。

不同用户通过用于电缆综合状态巡视的特种机器人系统达成不同的工作目标。首先，输电管理所维护人员应用特种机器人系统掌握电力隧道巡视、监视数据、评价关键设备健康状态、分析设备共性问题、管控设备运行风险，并在包括重大活动及特殊时段保供电在内的生产任务中指挥决策；其次，输电管理所运行人员应用特种机器人系统制定并执行电缆隧道的正常巡视、异常巡视、特殊巡视任务，并分析确认设备告警信息。特种机器人系统作为生产监控指挥中心的基础部分，有助于实现电力生产的“数据驱动、全景可视、智能决策、高效指挥”，达到设备状态智能感知和运行目标。

本实用新型不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。