基于變電站巡檢機(jī)器人的紫外電暈檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法研究

引言

隨著科技進(jìn)步和信息化建設(shè)的不斷發(fā)展,以"信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)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(jī)器人進(jìn)入了推廣應(yīng)用階段,由于變電站智能巡檢機(jī)器人大多搭載可見光攝像機(jī)與紅外測(cè)溫儀進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)和故障檢測(cè),受限于檢測(cè)手段,機(jī)器人發(fā)現(xiàn)的故障大多處于故障晚期。運(yùn)用紫外電暈檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行局部放電檢測(cè),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(jī)器人搭載紫外電暈檢測(cè)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(dòng)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(yùn)行的安全性和信息化水平。

1變電站巡檢機(jī)器人在線紫外電暈檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站巡檢機(jī)器人通過云臺(tái)搭載檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行設(shè)備巡檢,檢測(cè)設(shè)備被封裝在檢測(cè)探頭中,檢測(cè)探頭和云臺(tái)的機(jī)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(jī)器人的利用率,提出將紫外電暈檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一個(gè)檢測(cè)探頭。紫外檢測(cè)探頭主要由外殼、紫外電暈檢測(cè)設(shè)備、可見光相機(jī)以及其他輔助設(shè)備構(gòu)成,紫外電暈檢測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備局部放電進(jìn)行檢測(cè),可見光相機(jī)完成視覺伺服,精確定位設(shè)備位置。

為實(shí)現(xiàn)紫外電暈各檢測(cè)探頭能夠快速地與機(jī)器人本體進(jìn)行連接并保證快速拆換,需要對(duì)檢測(cè)探頭的電源及通信進(jìn)行統(tǒng)一,檢測(cè)探頭通過電源接口和通信端口與外部機(jī)器人本體連接。機(jī)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(jìn)行對(duì)接。通信端口統(tǒng)一使用網(wǎng)口進(jìn)行對(duì)接。

2機(jī)器人在線紫外電暈檢測(cè)方法

2.1在線檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)內(nèi)容

變電站各類設(shè)備眾多,機(jī)器人不可能對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行巡檢,須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況梳理出重點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備,通過與運(yùn)維人員溝通和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,確定變電站易放電設(shè)備,據(jù)此提前規(guī)劃機(jī)器人檢測(cè)停靠點(diǎn),提高巡檢效率。

2.2紫外電暈檢測(cè)影響因素分析

2.2.1距離對(duì)光子數(shù)的影響

檢測(cè)設(shè)備距離放電點(diǎn)越遠(yuǎn),對(duì)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(jìn)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(shì),使用指數(shù)函數(shù)Y.xb擬合,當(dāng)3取值在1.5左右時(shí)擬合曲線最接近實(shí)際曲線,進(jìn)而獲得距離與光子數(shù)關(guān)系。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合變電站現(xiàn)場(chǎng)情況,提出檢測(cè)距離應(yīng)小于35m,同類設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過距離與光子數(shù)關(guān)系統(tǒng)一換算成103時(shí)的光子數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比。

2.2.2增益對(duì)光子數(shù)的影響

增益定義為"紫外成像儀對(duì)檢測(cè)光子數(shù)信號(hào)衰減或放大的比例"。過小的增益會(huì)把電弧衰減為一點(diǎn)甚至消失,過大的增益會(huì)把一個(gè)光點(diǎn)放大為一個(gè)光斑。由于對(duì)增益沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),各個(gè)廠家的設(shè)備對(duì)增益的定義也略有不同,因此尋找檢測(cè)設(shè)備最佳增益點(diǎn)至關(guān)重要。使用某廠家的設(shè)備對(duì)增益與光子數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所得數(shù)據(jù)顯示,光子數(shù)在對(duì)應(yīng)增益下取得峰值后再增大增益,光子數(shù)會(huì)降低,故選擇光子數(shù)峰值的90%～95%時(shí)的增益為檢測(cè)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(cè)方法

2.3.1機(jī)器人紫外電暈檢測(cè)數(shù)據(jù)采集模式

變電站巡檢機(jī)器人搭載紫外電暈檢測(cè)設(shè)備對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢,需對(duì)該變電站需要進(jìn)行紫外電暈檢測(cè)的設(shè)備進(jìn)行梳理,將同類設(shè)備作為一組檢測(cè)對(duì)象,并在機(jī)器人的運(yùn)行軌道上選擇停靠檢測(cè)點(diǎn),使用激光測(cè)距儀測(cè)量?？繖z測(cè)點(diǎn)與被檢測(cè)設(shè)備之間的距離并輸入數(shù)據(jù)庫,在檢測(cè)點(diǎn)設(shè)置完成后,機(jī)器人按照規(guī)劃的路徑依次對(duì)各設(shè)備進(jìn)行檢測(cè),并將采集的數(shù)據(jù)傳輸給機(jī)器人處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2.3.2紫外電暈同類比較檢測(cè)方法

變電站巡檢機(jī)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(jìn)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(rèn)為該設(shè)備存在故障風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)重點(diǎn)跟蹤檢測(cè)。

2.3.3紫外電暈同類歷史數(shù)據(jù)比較法

經(jīng)多個(gè)巡檢周期后,同一個(gè)設(shè)備的測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。單一設(shè)備的故障判定標(biāo)準(zhǔn)為光子數(shù)躍遷超過1500,則進(jìn)行報(bào)警。

3檢測(cè)數(shù)據(jù)分析實(shí)例

變電站巡檢機(jī)器人攜帶紫外電暈檢測(cè)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(shí)得到確認(rèn)。

3.1絕緣子串同類比較實(shí)例

變電站絕緣子串是變電站易放電設(shè)備,通過對(duì)變電站絕緣子串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行同類分析,在某次檢測(cè)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(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,大部分絕緣子串的放電強(qiáng)度在950左右,其中標(biāo)號(hào)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(cè)點(diǎn)背面,從而造成獲得的光子數(shù)偏少:標(biāo)號(hào)為B相1-2的絕緣子串,光子數(shù)遠(yuǎn)超其他絕緣子串,遂進(jìn)行故障早期預(yù)警,在跟蹤一段時(shí)間后,紅外熱像儀對(duì)B相1-2發(fā)出過熱報(bào)警,證實(shí)了早期預(yù)警的準(zhǔn)確性。

3.2同一絕緣子串歷史數(shù)據(jù)比較實(shí)例

對(duì)表1中編號(hào)為B相1-2的絕緣子串的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在13天時(shí),設(shè)備光子數(shù)超過1500,并激增超過50%,所以初步確認(rèn)紫外電暈檢測(cè)儀視場(chǎng)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(qiáng)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(jī)器人搭載紫外電暈檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)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(cè)提供重點(diǎn)檢測(cè)依據(jù),提高了變電站巡檢機(jī)器人的利用效率,增長了設(shè)備故障預(yù)警時(shí)間,提高了變電站運(yùn)行的安全性和自動(dòng)化程度,因而具有較大的推廣意義。