GIS带电检测机器人用超声局放检测仪研制

GIS带电检测机器人用超声局放检测仪研制

黄婷婷 李高鹏

国网新疆电力有限公司检修公司 新疆 乌鲁木齐 830001

摘要：GIS超声局放检测机器人在变电站对GIS设备罐体的特定位置进行数据采集。待检测位置是固定的，因此机器人必须获取待检测位置的高精度坐标信息，否则采集的数据将不够准确。该机器人的作业目标定位方法，是机器人进行检测的初始环节，也是重要的基础工作。本文对GIS带电检测机器人用超声局放检测仪研制进行分析,以供参考.

关键词：机器人;超声局放电;检测仪

引言

在电力行业的输电线路中，绝缘子串是重要的组成部分。绝缘子串的故障会影响输电线路的正常运行，造成巨大的经济损失，因此需要对绝缘子串定期检测。由于技术限制，目前人们主要是在停电情况下对绝缘子进行检测，这样势必影响输电线路的运行效率。为了满足在正常输电情况下对绝缘子的检测需求，我们开展了高压带电绝缘子检测机器人的研究。在研究中遇到的一个重要问题是高压电磁干扰对绝缘子检测机器人的不利影响，如何避免电磁干扰，是该研究项目必须解决的一个难题。

1概述

局部放电检测对于及时掌握ＧＩＳ设备内部绝缘状况，实现设备的状态评价和风险评估具有重要意义。目前，常用的ＧＩＳ局部放电检测方法有脉冲电流法、超声波法、超高频法等。其中超声波法抗电磁干扰能力强，定位准确度高，已成为ＧＩＳ设备日常巡检的重要手段之一。超声局放检测方法虽然灵敏度较好，局放缺陷定位准确度高，但有效范围较小，需要检测许多个位置，现场应用时需要人工携带仪器逐点检测，工作较为繁重。

2 GIS检测机器人简介

主要由自主移动系统和视觉导航臂系统组成。自主移动系统由移动手推车、GPS定位系统和3d激光雷达组成。移动手推车是具有一定越野能力的四轮差动传动底盘，将在变电站环境中进行实时定位和地图制作，并用视觉导航臂到达工作位置。视觉导航臂系统主要包括立体视觉定位系统、机械臂系统和超声波信号采集系统。双眼立体视觉系统包括一台双眼立体相机和地理信息系统储存器上的标记，以确定要探测的点的空间坐标。超声波信号采集系统由探测探头和超声波站数据采集卡组成，用于数据检测和存储。

3机械结构与检测动作

3.1检测机器人结构

检查机器人是一个复杂的运动系统，具有多个关节、多个驱动器和多个自由度。一种功能齐全的检测机器人应具有紧凑、设计良好的机械体，当检测机器人双手抓住绝缘子时，整个器件和绝缘子链形成形成等效电气体的新电路，检测电流通过压力分离电阻、AD采集模块和 并对绝缘子绝缘电阻进行了测量，检测结构主要由环氧树脂玻璃分层、检测探头、设备部分的升压模块和软件部分的4个AD采集部分组成。 采用环氧树脂板绝缘性能，测量模块可形成独立电路，保证测量电流通过1000ω的电压分离电阻。控制方按照规定的要求负责指挥机构的运动。室外环境识别主要通过两台能够监控机器人攀登和室外环境的全无线摄像头进行。测量结果可以通过SMS发送到移动通信设备，以形成抵抗的实时观察。测试机器人是一种在复杂环境中具有一定承载能力和适应行走的机器人使用stm32单片机作为控制中心芯片实现整个运动过程。

3.2电场对检测机器人的影响

(1)整个绝缘子链的电场分布极不均匀。输电线路导线侧附近的第一绝缘场最强，最强范围为3.81kv/cm，呈下降趋势。(2)试验机器人能够提高绝缘子表面场的大小，无论是单手还是双手。第一个绝缘子表面的最大部分是最明显的。当探测机器人的手握时，场的最大强度为2.09kv/cm；握手时，场的最大强度为3.08kv/cm，分别下降45%和19%，探测机器人的绝缘子距离越远，场的最大强度对地表的影响越小。3)检测到低/零值绝缘子时，低/零值绝缘子表面强度为0，零值绝缘子不受检测装置影响。

4 ＧＩＳ超声局放检测机器人原理设计

ＧＩＳ超声局放检测机器人主要包括移动导航单元、视觉导航机械臂单元和超声局放检测单元。移动导航单元包含四轮移动平台、三维激光雷达、陀螺仪、ＧＰＳ定位系统等部件，实现机器人在变电站中的位置移动，完成定位导航。视觉导航机械臂单元由双目立体相机、六轴机械臂和自适应末端组成。超声局放检测单元由超声局放检测仪及其控制电路组成，具有与机器人信息交互的通信接口，能够实现检测过程中的启动、检测、停止、数据就地存储和传输。系统控制器主要实现路径规划、导航定位、机械臂动作、局放检测等控制功能。

5标记物识别算法

既有的矩形识别算法可以分为基于hofer变换的矩形识别算法和基于线性检测的矩形识别算法。基于hofer变换的矩形检测算法通常在三维空间或四维空间中投票，鉴别精度高，但鉴别速度慢。GIS检测机器人需要一定的检测速度，因此使用基于直线检测的矩形检测方法。首先，对图像进行高斯滤波以消除噪声。然后使用矩形操作符来腐蚀和膨胀图像，以进一步消除噪音并提高识别精度。将RGB图像转换为tsv图像空间，提取颜色并生成二进制图像。使用Canny运算子撷取边界，以取得影像红色部分的边界线。使用hofer线转换萃取线，以取得互垂线的交点。最后，对交点进行排序，得到四个角点，确定矩形的位置和大小，并获得中心坐标。

6电磁干扰的防护

6.1结构设计

在结构设计中，我们可以通过将电路模块封装在具有电磁保护功能的金属部件中，对模块之间的连接电缆采用柔性套管屏蔽，并在电缆出口处提供密封屏蔽，从而实现导体保护，而不会过度增加重量。在连接和连接所有结构构件时，采用表面镀锌银导电涂料纸，以确保电磁屏蔽的物理效果。

6.2光耦隔离

位置传感器的输入端和处理器的接收端由光耦合隔开。由于光耦合器的输入输出相互隔离，电信号传输具有单向等特点，因此具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。在绝缘子检测机器人中，传感器应安装在相对靠近干扰源的外部位置，干扰信号容易输入电路系统。光耦装置用于绝缘处理，防止外部电磁干扰信号通过传感器进入后电路，保证电路处理系统的稳定性。

6.3瞬变二极管保护

传感器信号输入端受瞬态二极管保护。瞬态二极管是一种高性能电路保护装置，它通过提供额外的电流通道而工作。通常，在反偏态下运行过渡二极管几乎等于打开道路。当输电线路和绝缘子附近显示的先进电磁脉冲进入绝缘子检测机器人电路系统时，瞬态二极管采用雪崩原理，其运行阻抗立即降低到极低的传导值，允许电流通过，起到分流限压作用，从而实现对电路系统的保护。

7机器人搭载的超声局放检测样机及测试

研制的超声局放检测单元集信号检测、数据处理、结果分析展示功能为一体。其中信号采样频率和增益均可通过软件调整设置。机器人能准确识别待检测标记位置，并引导机械臂到达作业目标位姿，探头贴合稳定后进行超声局放信号采集，测试完成后，机械臂携带超声探头进行姿态复归，机器人继续移动到下一个检测点开展检测工作。

结束语

本文研制了适合移动机器人搭载的超声局放检测单元。该检测单元能够与移动平台、机械臂等配合，完成ＧＩＳ设备指定点的超声局放检测工作，检测数据可以通过无线通信远传到后台供变电站运维人员进行设备状态分析，降低了人工检测工作量，提高了设备的检测效率和运维智能化水平。

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