新型智能巡检头盔的研发与应用

引言

随着电力系统自动化程度的不断提高,电力巡检设备更加趋于智能化、微型化。高压电气设备状态检测一直是电力系统检测工作的重点。传统的人工巡检方式存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、检测数据不准确、手段单一等缺点,随着巡视的工作量越来越大,人工巡检的到位率、及时性、准确度均无法保证。因此,在事故发生之前如果能准确地得知现场各电力设备的温度分布以及绝缘缺陷局部放电点定位情况,也就掌握了绝大多数电力设备的运行状况。

目前,电力设备红外热成像检测方式主要包含便携式红外热成像仪检测和固定式红外热成像检测两种。采用便携式红外检测装置和固定式红外检测装置都存在一些问题。例如,运检人员通过固定安装的红外热成像检测装置来监控电力设备的运行情况,从而实现远程端人工诊断决策。但是由于红外检测装置的位置固定,难免存有死角。便携式红外检测装置由于其只能检测发热故障的特性,不能同时检测电气设备的绝缘缺陷定位等故障问题,其虽然便携,但巡检工人往往需要持续托举红外成像仪进行巡视检测,长时间会存在疲劳、用户体验不好等缺点。同时目前大部分的超声波局部放电检测设备,原理为将超声波局部放电信号通过频谱偏移至可听频率范围,再通过耳机接入巡检工人耳朵,通过听觉来对局部放电点进行搜索,该方式往往不能对真正放电点进行有效的定位和检测。

本文所述的新型智能巡检头盔结合红外成像和超声局部放电两种传感,将超声放电信息融合叠加于红外热成像视频流中,可以达到同时检测放电和发热两种故障的效果,大幅提升了巡检效率。

1设备采用技术简介

1.1设备温度信息采集

我们人眼能够感受到的可见光波长为0.38～0.78Lm。通常我们将比0.78Lm长的电磁波称为红外线。自然界中,一切物体都会辐射红外线,因此利用探测器测定目标本身和背景之间的红外线差,可以得到不同的红外图像,称为热图像。同一目标的热图像和可见光图像是不同的,它不是人眼所能看到的可见光图像,而是目标表面温度分布图像,或者说,红外热图像是人眼不能直接看到目标的表面温度分布,变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。通过这个热图像,就可以看到各个设备的表面温度情况。

1.2超声波局部放电检测

设备超声波局部放电信息通过核心控制器内部的AD数据采集接口进行采集,控制器将诊断结果的信息实时推送至LCos显示器,同时用户也可以按键选择是否对超声波的局部放电信号进行存储。

1.3LC0S虚拟投影显示器

LCos成像技术,显示分辨率为300×224:使用cortex-M4内核处理器,运行于180MHz频率下,功耗不高于380mw。产品利用光学透镜将LCos所显示的图像变焦到3m处,再通过棱镜变换光路,使虚拟的图像呈现在眼前。

2设备整体介绍及核心技术应用

2.1设备实现原理

电力检修、试验、巡检及其他作业过程中电子化数据录入、现场超声波传感数据及红外热成像图像采集,采用传统的红外成像仪、超声波局部放电检测传感器、PDA平板电脑的方式,需要作业人员中断正在进行的工作进行数据录入或采集,严重影响作业过程。而电力智能巡检设备作为安全帽可附加的附属检测设备（图1）,通过按键与LCos微型显示技术可以实现友好的人机交互。

图#智能巡检头盔效果图

2.2红外热成像机芯温度检测的应用

新型巡检头盔搭载红外热成像机芯,可实现非接触式的、高分辨率的温度场成像,并能够生成高质量的图像,可提供测量目标的众多信息,弥补人类肉眼观察的不足。红外热成像机芯传感器是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应。

2.3超声波局部放电检测的应用

该传感设备能检测出高压绝缘设备缺陷故障及电气局部放电所产生的超声信号。其使用FPGA数字滤波硬件系统,可有效滤除环境中的噪声。集成研制的传感器模块,利用先进的可视化超声定位原理和精细传感技术,能准确显示放电位置,并以数字、声音以及图像的多种方式告知运维人员,确保高压电力设备的安全运行。

2.4虚拟投影显示器的应用

该设备采用功能强大的Cortex-M4处理器。Cortex-M4处理器是由ARM专门开发的最新嵌入式处理器,在M3的基础上强化了运算能力,新加了浮点、DsP、并行计算等,用以满足高速控制和信号处理的要求。处理器中DsP内核高效的信号处理功能与Cortex-M4内核的低功耗、低成本和易于使用的优点的组合,可以满足新型智能巡检头盔超声波局部放电传感器信号处理以及osD视频叠加处理的要求,并为后期其他功能的拓展提供了灵活的解决方案。

3结语

新型智能巡检头盔中的LCos微型显示器可同时显示红外热成像被检测温度数值与超声波局部放电强弱信息,可有效检测电力设备发热故障以及局部放电绝缘故障。该设备极大地方便和简化了巡检人员的操作流程,有效地提升了电力巡检的可靠性、准确性和巡检效率。