技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于
電網(wǎng)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電纜線路智能運檢系統(tǒng)。
背景技術(shù)
[0002] 目前電纜在運行中的監(jiān)控主要通過值班員日常巡視和遠程視頻監(jiān)控實現(xiàn)，而日常巡?視的時效性非常差，監(jiān)控手段單一，無法在線監(jiān)測電纜工作狀態(tài)和管廊內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)，?對于電纜發(fā)生故障、火災(zāi)以及運行過程中的不安全隱患難以及時發(fā)現(xiàn)。
[0003] 由于現(xiàn)場存在環(huán)境復(fù)雜，通信資源匱乏、供電困難等問題，導(dǎo)致當前的綜合監(jiān)控系?統(tǒng)存在電纜運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)監(jiān)測手段較少、系統(tǒng)運行效率較低、故障診斷
精度有待?進一步提升以及智能化程度偏低等問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種電纜線路智能運檢系統(tǒng)，實現(xiàn)智能巡檢，有效提升電纜線?路運行
水平和運檢效率及效益，確保電纜線路的安全可靠運行。
[0005] 本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
[0006] 一種電纜線路智能運檢系統(tǒng)，包括總控制端以及分別通過無線監(jiān)測裝置與所述總控?制端連接的局部放電檢測系統(tǒng)、無線
傳感器系統(tǒng)和巡檢
機器人系統(tǒng)；
[0007] 所述局部放電檢測系統(tǒng)MCU以及與所述MCU分別連接的
超聲波法局部放電檢測
電路?和脈沖
電流法局部放電檢測電路，兩電路獲取的
信號進入MCU進行小波自適應(yīng)
算法處理，?判斷是否存在局部放電現(xiàn)象，當兩種方法都判定出是局部放
電信號后，確認出現(xiàn)局部放?電信號，當系統(tǒng)檢測出局部放電信號后，將判斷為局放的數(shù)據(jù)通過MCU傳送至無線檢測?裝置并將數(shù)據(jù)最終傳輸至總控制端；
[0008] 所述無線
傳感器系統(tǒng)內(nèi)無線傳感器集成國密SM1算法模
塊，無線基站集成SM1、SM2?算法模塊，無線監(jiān)測裝置和集成SM1、SM2的密碼機實時通信，利用國密SM7、SM1、SM2?算法模塊，在無線通信的設(shè)備之間進行身份認證和信息加密；
[0009] 所述巡檢機器人系統(tǒng)在軌道邊緣定點設(shè)置傳感器，當機器人經(jīng)過該點時，安裝在機?器人上的傳感器自動識別該
位置傳感器的位置信息，從而刷新機器人的位置信息，當機?器人經(jīng)過
定位點后，通過伺服
電機編碼器的反饋信號和摩擦輪直徑計算機器人的行進距?離，計算機器人的實時位置；所述巡檢機器人內(nèi)設(shè)有
圖像處理系統(tǒng)完成圖像處理工作后?將數(shù)據(jù)上傳至總控制端。
[0010] 優(yōu)選的，所述
超聲波法局部放電檢測電路包括依次連接的超聲波
探頭、低通濾波電?路、高通濾波電路、放大電路和AD
采樣電路，所述AD采樣電路連接所述MCU，超聲波?探頭接收的信號先通過低通濾波電路，設(shè)置截止
頻率為150KHZ，當信號通過高通
濾波器?設(shè)置頻率為50KHZ，信號放大后經(jīng)過AD采樣電路轉(zhuǎn)換成
數(shù)字量后進入MCU進行小波自適?應(yīng)算法處理，判斷是否存在局部放電現(xiàn)象。
[0011] 優(yōu)選的，所述脈沖電流法局部放電檢測電路包括依次連接的PCB型羅氏線圈、積分?器、低通濾波電路、高通濾波電路、放大電路和AD采樣電路，所述AD采樣電路連接所?述MCU，利用PCB型羅氏線圈采集的信號經(jīng)過積分電路后，利用低通濾波電路和高通濾?波電路獲取50KHZ—150KHZ的信號，經(jīng)過放大電路后通過AD采樣后進入MCU通過小波?變換算法分析是否存在局部放電現(xiàn)象。
[0012] 優(yōu)選的，局放檢測系統(tǒng)采用電流互感器通過電纜取電，通過電流互感器二次側(cè)輸出?的電流經(jīng)過整流電路變?yōu)橹绷?，通過
二極管控制輸入
電壓為3.3V以下，使用ADP5091?芯片實現(xiàn)
能量轉(zhuǎn)換。
[0013] 優(yōu)選的，局部放電檢測系統(tǒng)MCU
軟件部分為小波自適應(yīng)算法識別局部放電信號出現(xiàn)?的時間、幅值和頻率，當超聲波法和脈沖電流法采集到的信號通過兩個ADC通道轉(zhuǎn)換位?
數(shù)字信號后，進入MCU通過小波自適應(yīng)算法同時分析信號的時間、幅值以及頻率，當分?析結(jié)果都判定為局部放電時則認為是局部放電信號，如果兩組信號的分析結(jié)果不一致則?認為不是局部放電信號，識別出局部放電后將數(shù)據(jù)傳輸至總控制端，判定為不是局部放?電信號的數(shù)據(jù)只存儲不傳輸至總控制端。
[0014] 優(yōu)選的，所述圖像處理系統(tǒng)包括集成ARM?Cortex-A8
內(nèi)核的S5PV210嵌入式處理器、?512M的DDR2?RAM，4片256M的Nand?Flash，SD卡模塊、RS232模塊、RS485模塊、USB?Host模塊、CCD攝像頭模塊和4.3寸
觸摸屏，集成ARM?Cortex-A8內(nèi)核的S5PV210嵌入?式處理器通過CCD攝像頭采集圖像，并對圖像進行處理后將信息通過RS485總線傳送給?總控制端。
[0015] 優(yōu)選的，遠程操控機器人通過搭建
服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)建立上位機與總控制端的聯(lián)?系，通信方式采用GPRS、NB-loT、3G、4G以及直接通過工作站的互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：本系統(tǒng)將超聲波法與脈沖電流法相結(jié)合制作電
力電纜中間接?頭局部放電檢測系統(tǒng)，將脈沖電流法的簡單實用、價格實惠與
超聲波傳感器抗
電磁干擾?強的特點結(jié)合，以應(yīng)對越來越復(fù)雜的環(huán)境、電纜
密度越來越高、距離越來越長、監(jiān)測內(nèi)?容和精度不斷增長的需要；利用巡檢機器人電纜線路智能巡檢技術(shù)，推動了
智能電網(wǎng)信?息化、自動化、互動化的
進程，提高電網(wǎng)狀態(tài)檢修的管理水平，最大限度降低電網(wǎng)事故?的發(fā)生；系統(tǒng)為遠景電纜線路大規(guī)模入廊提供了安全運行的技術(shù)保障，增強對隧道內(nèi)工?作人員的人身安全保障，并通過遠程智能的管理辦法和操作方式降低人員成本，提高了?隧道內(nèi)應(yīng)急處理的響應(yīng)時間，有效避免電力倉對管廊其他管線的影響，對綜合管廊大規(guī)?模應(yīng)用有巨大的推動作用。
附圖說明
[0017] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成
說明書的一部分，與本發(fā)明的實施?例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0018] 圖1是本發(fā)明整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明局部放電檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3是本發(fā)明局部放電檢測系統(tǒng)運行流程示意圖；
[0021] 圖4是本發(fā)明巡檢機器人
圖像識別系統(tǒng)
硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
[0022] 如圖1所示，一種電纜線路智能運檢系統(tǒng)，包括總控制端以及分別通過無線監(jiān)測裝?置與所述總控制端連接的局部放電檢測系統(tǒng)、無線傳感器系統(tǒng)和巡檢機器人系統(tǒng)；
[0023] 所述局部放電檢測系統(tǒng)MCU以及與所述MCU分別連接的超聲波法局部放電檢測電路?和脈沖電流法局部放電檢測電路，兩電路獲取的信號進入MCU進行小波自適應(yīng)算法處理，?判斷是否存在局部放電現(xiàn)象，當兩種方法都判定出是局部放電信號后，確認出現(xiàn)局部放?電信號，當系統(tǒng)檢測出局部放電信號后，將判斷為局放的數(shù)據(jù)通過MCU傳送至無線檢測?裝置并將數(shù)據(jù)最終傳輸至總控制端；
[0024] 所述無線傳感器系統(tǒng)內(nèi)無線傳感器集成國密SM1算法模塊，無線基站集成SM1、SM2?算法模塊，無線監(jiān)測裝置和集成SM1、SM2的密碼機實時通信，利用國密SM7、SM1、SM2?算法模塊，在無線通信的設(shè)備之間進行身份認證和信息加密；
[0025] 所述巡檢機器人系統(tǒng)在軌道邊緣定點設(shè)置傳感器，當機器人經(jīng)過該點時，安裝在機?器人上的傳感器自動識別該
位置傳感器的位置信息，從而刷新機器人的位置信息，當機?器人經(jīng)過定位點后，通過
伺服電機編碼器的反饋信號和摩擦輪直徑計算機器人的行進距?離，計算機器人的實時位置；所述巡檢機器人內(nèi)設(shè)有圖像處理系統(tǒng)完成圖像處理工作后?將數(shù)據(jù)上傳至總控制端。
[0026] 具體的，如圖2所示，脈沖電流法與超聲波法相結(jié)合的電纜中間接頭局部放電監(jiān)測?系統(tǒng)硬件部分主要包括：超聲波傳感器、濾波電路、AD采樣電路、MCU、射頻模塊、放?大電路、PCB型羅氏線圈等，檢測系統(tǒng)整體原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。使用超聲波法檢測局?部放電信號時超聲波探頭接收的信號先通過低通濾波電路，設(shè)置截止頻率為150KHZ，當?信號通過
高通濾波器設(shè)置頻率為50KHZ，因為獲取的信號十分微弱所以需要經(jīng)過放大電?路放大，信號放大后經(jīng)過AD采樣電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后進入MCU進行小波自適應(yīng)算法處?理，判斷是否存在局部放電現(xiàn)象。使用脈沖電流法檢測局部放電信號時利用PCB型羅氏?線圈采集的信號經(jīng)過積分電路后，利用低通濾波電路和高通濾波電路獲取50KHZ—?150KHZ的信號，經(jīng)過放大電路后通過AD采樣后進入MCU通過
小波變換算法分析是否存?在局部放電現(xiàn)象。當兩種方法都判定出是局部放電信號后，確認出現(xiàn)局部放電信號。為?了實現(xiàn)邊緣計算，當系統(tǒng)檢測出局部放電信號后，將判斷為局放的數(shù)據(jù)通過MCU與射頻?模塊的通訊端口傳送至射頻模塊并將數(shù)據(jù)傳輸至基站最終傳輸至監(jiān)控中心，其余的數(shù)據(jù)?則不進行傳輸只存儲在
存儲器中。為了節(jié)省
能源，局放檢測系統(tǒng)采用電流互感器通過電?纜取電，通過電流互感器二次側(cè)輸出的電流經(jīng)過整流電路變?yōu)橹绷?，通過二極管控制輸?入電壓為3.3V以下，使用ADP5091芯片實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，為檢測系統(tǒng)提供合適的電壓供?電并使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。
[0027] 局部放電檢測
系統(tǒng)軟件部分為小波自適應(yīng)算法識別局部放電信號出現(xiàn)的時間、幅值?和頻率，當超聲波法和脈沖電流法采集到的信號通過兩個ADC通道轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號后，?進入MCU通過小波自適應(yīng)算法同時分析信號的時間、幅值以及頻率，當分析結(jié)果都判定?為局部放電時則認為是局部放電信號，如果兩組信號的分析結(jié)果不一致則認為不是局部?放電信號，識別出局部放電后將數(shù)據(jù)傳輸至
數(shù)據(jù)中心，判定為不是局部放電信號的數(shù)據(jù)?只存儲不傳輸至數(shù)據(jù)中心。局部放電檢測系統(tǒng)軟件程序
流程圖如圖3所示。
[0028] 如圖4所示，巡檢機器人在實際工作中，需要實現(xiàn)定位并反饋其工作位置，當需要?其前往特定位置作業(yè)時，也需其具有較強的定位功能。采用GPS定位方式由于
信號傳輸?受限且定位精度較低，無法滿足機器人的定位和導(dǎo)航?，F(xiàn)較多巡檢機器人采用的基于ROS?系統(tǒng)機器人導(dǎo)航技術(shù)，采用圖像方式進行工作區(qū)域建模及自導(dǎo)航，由于管廊內(nèi)各路段形?貌一致性較高，可能有較高的誤識別率，故本方案采用傳感器識別的方式進行定位導(dǎo)航。?軌道邊緣定點設(shè)置傳感器，當機器人經(jīng)過改點時，安裝在機器人上的傳感器自動識別該?位置傳感器的位置信息，從而刷新機器人的位置信息，當機器人經(jīng)過定位點后，通過伺?服電機編碼器的反饋信號和摩擦輪直徑計算機器人的行進距離，計算機器人的實時位?置。當通過下一個定位點時再次刷新位置，消除編碼器位置計算產(chǎn)生的累積誤差。同時?通過定點安置位置信息的方式，使得機器人出現(xiàn)故障或丟失位置信息后能快速重定位，?找回準確的絕對位置信息。
[0029] 其圖像處理系統(tǒng)包括集成ARM?Cortex-A8內(nèi)核的S5PV210嵌入式處理器、512M的?DDR2?RAM，4片256M的Nand?Flash，SD卡模塊、RS232模塊、RS485模塊、USB?Host?模塊、CCD攝像頭模塊和4.3寸觸摸屏。圖像識別系統(tǒng)的基本工作流程是集成ARM?Cortex-A8內(nèi)核的S5PV210嵌入式處理器通過CCD攝像頭采集圖像，并對圖像進行處理?后將信息通過RS485總線傳送給主控
制模塊。
[0030] 巡檢機器人遠程通訊方案，在每個工作段設(shè)置上位機，上位機可以對機器人進行直?接控制，同時也可以作為通訊的
橋梁建立總控制端與機器人之間的遠程操控。每個機器?人工作期間可以自由移動，故工作現(xiàn)場的通信采用無線通信方式設(shè)計思路，上位機與機?器人之間通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行通信。機器人工作在強電磁環(huán)境下，需要對環(huán)境信?號干擾和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的
穩(wěn)定性、抗干擾性進行研究，通過模擬工作環(huán)境，測試無?線數(shù)據(jù)傳輸模塊性能，確定最優(yōu)的發(fā)射功率、傳輸帶寬，實現(xiàn)機器人與上位機之間的穩(wěn)?定通信?？梢圆捎肁PC240無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其嵌入高速
單片機和高性能射頻芯片?sx1212。采用高效的循環(huán)交織糾檢錯編碼，有較好抗干擾和靈敏度。要實現(xiàn)遠程操控機?器人需要建立上位機與總控制端通信，故考慮通過搭建服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)建立上位機與?總控制端的聯(lián)系，通信方式可采用GPRS、NB-loT(例如現(xiàn)有的部分共享單車采用的一種?通信方式)、3G、4G以及直接通過工作站的互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備等等。其中GPRS、NB-loT?帶寬較小，傳輸速率不能滿足同時傳輸含視頻、圖片、控制指令等大量信息的要求，3G、?4G通信成本較高。故可以選擇通過工作站的互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備進行與服務(wù)器的連接，從而?實現(xiàn)上位機與總控制端的數(shù)據(jù)交換。上位機軟件需要對機器人進行視頻監(jiān)控和手動控?制，與總控制端通信，總控制端軟件需要實現(xiàn)對機器人進行遠程操控。研究設(shè)置服務(wù)器?
防火墻并對控制軟件之間交換的數(shù)據(jù)進行加密，實現(xiàn)上位機軟件和總控制端軟件安全通?信。
[0031] 巡檢機器人的單次續(xù)航及長期供電方案：由于巡檢機器人在隧道內(nèi)運行距離很長，?故無法使用有線的方式為設(shè)備供電。本方案采用鋰
電池供電，實時監(jiān)控剩余電量，定點?返回充電的方式確保設(shè)備有較長的單次工作時間和無需人工干預(yù)的長期續(xù)航方式。考慮?到巡檢機器人工作位置的不確定性，每個工作段配置的單臺巡檢機器人需要配合多個充?電樁，以免機器人當前工作位置離充電地點過遠，導(dǎo)致其在來回充電的路上消耗過多電?量。故本方案實施時，需在巡檢機器人工作的電纜隧道內(nèi)等間距布置巡檢機器人充電樁，?當巡檢機器人電量不足30％時，系統(tǒng)自動控制巡檢機器人停止當前作業(yè)并前往最近的充?電地點進行充電。機器人充電時，充電樁與機器人之間采用傳感器輔助定位和機械引導(dǎo)?并限位的方式，確保充電時觸點有效
接觸。
[0032] 如圖1所示，系統(tǒng)整體通過無線監(jiān)測裝置IED，將變電站
物聯(lián)網(wǎng)感知終端獲取的各?類信息安全接入到變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，無線傳感器集成國密SM1算法模塊，無線?基站集成SM1、SM2算法模塊，IED和集成SM1、SM2的密碼機實時通信。利用國密SM7、?SM1、SM2算法模塊，可以在無線通信的設(shè)備之間進行身份認證和信息加密，保障信息安?全。
[0033] 本發(fā)明解決后續(xù)電纜線路在綜合管廊電力倉內(nèi)大規(guī)模敷設(shè)的安全運行監(jiān)測的迫切?問題，實現(xiàn)智能巡檢，有效提升電纜線路運行水平和運檢效率及效益，確保入廊電纜線?路的安全可靠運行，有利于提高電纜線路運行管理現(xiàn)代化水平。
[0034] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選
實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施?例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施?例所記載的技術(shù)方案進行
修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的?精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍?之內(nèi)。
