基于变电站巡检机器人的紫外电晕检测系统及检测方法研究

引言

随着科技进步和信息化建设的不断发展,以"信息化、数字化、自动化、互动化"为特征的智能设备建设逐渐深入,变电站智能巡检机器人进入了推广应用阶段,由于变电站智能巡检机器人大多搭载可见光摄像机与红外测温仪进行设备状态和故障检测,受限于检测手段,机器人发现的故障大多处于故障晚期。运用紫外电晕检测系统对变电站设备进行局部放电检测,可以了解电力设备的绝缘状况,并发现设备早期故障。使用变电站巡检机器人搭载紫外电晕检测设备可以有效解决目前的问题,不仅有利于提高变电站巡检的自动化程度,而且可以提供设备故障的早期预警,提高变电站运行的安全性和信息化水平。

1变电站巡检机器人在线紫外电晕检测系统设计

变电站巡检机器人通过云台搭载检测设备进行设备巡检,检测设备被封装在检测探头中,检测探头和云台的机械连接和电气连接具备快速安装拆卸能力。

为提高变电站机器人的利用率,提出将紫外电晕检测系统设计成一个检测探头。紫外检测探头主要由外壳、紫外电晕检测设备、可见光相机以及其他辅助设备构成,紫外电晕检测设备实现对变电站设备局部放电进行检测,可见光相机完成视觉伺服,精确定位设备位置。

为实现紫外电晕各检测探头能够快速地与机器人本体进行连接并保证快速拆换,需要对检测探头的电源及通信进行统一,检测探头通过电源接口和通信端口与外部机器人本体连接。机器人本体通过电源管理系统提供12'电源并采用航空插头与外部设备进行对接。通信端口统一使用网口进行对接。

2机器人在线紫外电晕检测方法

2.1在线检测系统检测内容

变电站各类设备众多,机器人不可能对所有的设备进行巡检,须根据现场情况梳理出重点检测设备,通过与运维人员沟通和现场调研,确定变电站易放电设备,据此提前规划机器人检测停靠点,提高巡检效率。

2.2紫外电晕检测影响因素分析

2.2.1距离对光子数的影响

检测设备距离放电点越远,对应的球面上光子密度越小,在镜头口径一定的情况下,辐射进入成像仪的光子数越少,所以随着距离的增加,光子数有减小的趋势,使用指数函数Y.xb拟合,当3取值在1.5左右时拟合曲线最接近实际曲线,进而获得距离与光子数关系。

根据实验结果并结合变电站现场情况,提出检测距离应小于35m,同类设备的检测数据通过距离与光子数关系统一换算成103时的光子数进行分析对比。

2.2.2增益对光子数的影响

增益定义为"紫外成像仪对检测光子数信号衰减或放大的比例"。过小的增益会把电弧衰减为一点甚至消失,过大的增益会把一个光点放大为一个光斑。由于对增益没有统一的标准,各个厂家的设备对增益的定义也略有不同,因此寻找检测设备最佳增益点至关重要。使用某厂家的设备对增益与光子数进行实验,所得数据显示,光子数在对应增益下取得峰值后再增大增益,光子数会降低,故选择光子数峰值的90%～95%时的增益为检测设备的最佳增益。

2.3基于光子数的在线紫外电晕检测方法

2.3.1机器人紫外电晕检测数据采集模式

变电站巡检机器人搭载紫外电晕检测设备对设备进行巡检,需对该变电站需要进行紫外电晕检测的设备进行梳理,将同类设备作为一组检测对象,并在机器人的运行轨道上选择停靠检测点,使用激光测距仪测量停靠检测点与被检测设备之间的距离并输入数据库,在检测点设置完成后,机器人按照规划的路径依次对各设备进行检测,并将采集的数据传输给机器人处理软件进行数据处理分析。

2.3.2紫外电晕同类比较检测方法

变电站巡检机器人完成一次巡检后,将采集的数据根据设备类型进行分类,利用距离和光子数关系函数,将同类设备的光子数统一换算成距离为103的光子数据并求平均值,如某设备的光子数超出该类设备光子数平均值30%或者光子数差值大于1000,则认为该设备存在故障风险,应重点跟踪检测。

2.3.3紫外电晕同类历史数据比较法

经多个巡检周期后,同一个设备的测量数据逐渐丰富,在获得10次数据后,将该设备的检测数据进行对比分析。单一设备的故障判定标准为光子数跃迁超过1500,则进行报警。

3检测数据分析实例

变电站巡检机器人携带紫外电晕检测设备在某500kV变电站巡检半年后,数据采集量初具规模,巡检过程中,发现设备早期故障6次,并在后期故障发展到晚期时得到确认。

3.1绝缘子串同类比较实例

变电站绝缘子串是变电站易放电设备,通过对变电站绝缘子串数据进行同类分析,在某次检测中,获得的数据如表1所示,受篇幅所限仅列出典型数据。

通过对上述数据进行分析,大部分绝缘子串的放电强度在950左右,其中标号为C相1-3的绝缘子串光子数较少,经手持设备多角度查看,发现放电部位处于检测点背面,从而造成获得的光子数偏少:标号为B相1-2的绝缘子串,光子数远超其他绝缘子串,遂进行故障早期预警,在跟踪一段时间后,红外热像仪对B相1-2发出过热报警,证实了早期预警的准确性。

3.2同一绝缘子串历史数据比较实例

对表1中编号为B相1-2的绝缘子串的历史数据进行分析。在13天时,设备光子数超过1500,并激增超过50%,所以初步确认紫外电晕检测仪视场角内存在有问题的设备,判定结论与同类比较法结论一致。设备的放电强度变大,后将设备更换后发现绝缘子片存在破损,避免了绝缘子击穿后带来的电力事故。

4结语

通过变电站巡检机器人搭载紫外电晕检测系统对变电站设备进行状态巡检,能够有效地在故障初期定位故障设备,为红外检测提供重点检测依据,提高了变电站巡检机器人的利用效率,增长了设备故障预警时间,提高了变电站运行的安全性和自动化程度,因而具有较大的推广意义。