基于變電站巡檢機器人的紫外電暈檢測系統(tǒng)及檢測方法研究

引言

隨著科技進步和信息化建設(shè)的不斷發(fā)展,以"信息化、數(shù)字化、自動化、互動化"為特征的智能設(shè)備建設(shè)逐漸深入,變電站智能巡檢機器人進入了推廣應(yīng)用階段,由于變電站智能巡檢機器人大多搭載可見光攝像機與紅外測溫儀進行設(shè)備狀態(tài)和故障檢測,受限于檢測手段,機器人發(fā)現(xiàn)的故障大多處于故障晚期。運用紫外電暈檢測系統(tǒng)對變電站設(shè)備進行局部放電檢測,可以了解電力設(shè)備的絕緣狀況,并發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期故障。使用變電站巡檢機器人搭載紫外電暈檢測設(shè)備可以有效解決目前的問題,不僅有利于提高變電站巡檢的自動化程度,而且可以提供設(shè)備故障的早期預(yù)警,提高變電站運行的安全性和信息化水平。

1變電站巡檢機器人在線紫外電暈檢測系統(tǒng)設(shè)計

變電站巡檢機器人通過云臺搭載檢測設(shè)備進行設(shè)備巡檢,檢測設(shè)備被封裝在檢測探頭中,檢測探頭和云臺的機械連接和電氣連接具備快速安裝拆卸能力。

為提高變電站機器人的利用率,提出將紫外電暈檢測系統(tǒng)設(shè)計成一個檢測探頭。紫外檢測探頭主要由外殼、紫外電暈檢測設(shè)備、可見光相機以及其他輔助設(shè)備構(gòu)成,紫外電暈檢測設(shè)備實現(xiàn)對變電站設(shè)備局部放電進行檢測,可見光相機完成視覺伺服,精確定位設(shè)備位置。

為實現(xiàn)紫外電暈各檢測探頭能夠快速地與機器人本體進行連接并保證快速拆換,需要對檢測探頭的電源及通信進行統(tǒng)一,檢測探頭通過電源接口和通信端口與外部機器人本體連接。機器人本體通過電源管理系統(tǒng)提供12'電源并采用航空插頭與外部設(shè)備進行對接。通信端口統(tǒng)一使用網(wǎng)口進行對接。

2機器人在線紫外電暈檢測方法

2.1在線檢測系統(tǒng)檢測內(nèi)容

變電站各類設(shè)備眾多,機器人不可能對所有的設(shè)備進行巡檢,須根據(jù)現(xiàn)場情況梳理出重點檢測設(shè)備,通過與運維人員溝通和現(xiàn)場調(diào)研,確定變電站易放電設(shè)備,據(jù)此提前規(guī)劃機器人檢測停靠點,提高巡檢效率。

2.2紫外電暈檢測影響因素分析

2.2.1距離對光子數(shù)的影響

檢測設(shè)備距離放電點越遠,對應(yīng)的球面上光子密度越小,在鏡頭口徑一定的情況下,輻射進入成像儀的光子數(shù)越少,所以隨著距離的增加,光子數(shù)有減小的趨勢,使用指數(shù)函數(shù)Y.xb擬合,當3取值在1.5左右時擬合曲線最接近實際曲線,進而獲得距離與光子數(shù)關(guān)系。

根據(jù)實驗結(jié)果并結(jié)合變電站現(xiàn)場情況,提出檢測距離應(yīng)小于35m,同類設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)通過距離與光子數(shù)關(guān)系統(tǒng)一換算成103時的光子數(shù)進行分析對比。

2.2.2增益對光子數(shù)的影響

增益定義為"紫外成像儀對檢測光子數(shù)信號衰減或放大的比例"。過小的增益會把電弧衰減為一點甚至消失,過大的增益會把一個光點放大為一個光斑。由于對增益沒有統(tǒng)一的標準,各個廠家的設(shè)備對增益的定義也略有不同,因此尋找檢測設(shè)備最佳增益點至關(guān)重要。使用某廠家的設(shè)備對增益與光子數(shù)進行實驗,所得數(shù)據(jù)顯示,光子數(shù)在對應(yīng)增益下取得峰值后再增大增益,光子數(shù)會降低,故選擇光子數(shù)峰值的90%～95%時的增益為檢測設(shè)備的最佳增益。

2.3基于光子數(shù)的在線紫外電暈檢測方法

2.3.1機器人紫外電暈檢測數(shù)據(jù)采集模式

變電站巡檢機器人搭載紫外電暈檢測設(shè)備對設(shè)備進行巡檢,需對該變電站需要進行紫外電暈檢測的設(shè)備進行梳理,將同類設(shè)備作為一組檢測對象,并在機器人的運行軌道上選擇?？繖z測點,使用激光測距儀測量停靠檢測點與被檢測設(shè)備之間的距離并輸入數(shù)據(jù)庫,在檢測點設(shè)置完成后,機器人按照規(guī)劃的路徑依次對各設(shè)備進行檢測,并將采集的數(shù)據(jù)傳輸給機器人處理軟件進行數(shù)據(jù)處理分析。

2.3.2紫外電暈同類比較檢測方法

變電站巡檢機器人完成一次巡檢后,將采集的數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)備類型進行分類,利用距離和光子數(shù)關(guān)系函數(shù),將同類設(shè)備的光子數(shù)統(tǒng)一換算成距離為103的光子數(shù)據(jù)并求平均值,如某設(shè)備的光子數(shù)超出該類設(shè)備光子數(shù)平均值30%或者光子數(shù)差值大于1000,則認為該設(shè)備存在故障風險,應(yīng)重點跟蹤檢測。

2.3.3紫外電暈同類歷史數(shù)據(jù)比較法

經(jīng)多個巡檢周期后,同一個設(shè)備的測量數(shù)據(jù)逐漸豐富,在獲得10次數(shù)據(jù)后,將該設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)進行對比分析。單一設(shè)備的故障判定標準為光子數(shù)躍遷超過1500,則進行報警。

3檢測數(shù)據(jù)分析實例

變電站巡檢機器人攜帶紫外電暈檢測設(shè)備在某500kV變電站巡檢半年后,數(shù)據(jù)采集量初具規(guī)模,巡檢過程中,發(fā)現(xiàn)設(shè)備早期故障6次,并在后期故障發(fā)展到晚期時得到確認。

3.1絕緣子串同類比較實例

變電站絕緣子串是變電站易放電設(shè)備,通過對變電站絕緣子串數(shù)據(jù)進行同類分析,在某次檢測中,獲得的數(shù)據(jù)如表1所示,受篇幅所限僅列出典型數(shù)據(jù)。

通過對上述數(shù)據(jù)進行分析,大部分絕緣子串的放電強度在950左右,其中標號為C相1-3的絕緣子串光子數(shù)較少,經(jīng)手持設(shè)備多角度查看,發(fā)現(xiàn)放電部位處于檢測點背面,從而造成獲得的光子數(shù)偏少:標號為B相1-2的絕緣子串,光子數(shù)遠超其他絕緣子串,遂進行故障早期預(yù)警,在跟蹤一段時間后,紅外熱像儀對B相1-2發(fā)出過熱報警,證實了早期預(yù)警的準確性。

3.2同一絕緣子串歷史數(shù)據(jù)比較實例

對表1中編號為B相1-2的絕緣子串的歷史數(shù)據(jù)進行分析。在13天時,設(shè)備光子數(shù)超過1500,并激增超過50%,所以初步確認紫外電暈檢測儀視場角內(nèi)存在有問題的設(shè)備,判定結(jié)論與同類比較法結(jié)論一致。設(shè)備的放電強度變大,后將設(shè)備更換后發(fā)現(xiàn)絕緣子片存在破損,避免了絕緣子擊穿后帶來的電力事故。

4結(jié)語

通過變電站巡檢機器人搭載紫外電暈檢測系統(tǒng)對變電站設(shè)備進行狀態(tài)巡檢,能夠有效地在故障初期定位故障設(shè)備,為紅外檢測提供重點檢測依據(jù),提高了變電站巡檢機器人的利用效率,增長了設(shè)備故障預(yù)警時間,提高了變電站運行的安全性和自動化程度,因而具有較大的推廣意義。