CN207835156U - 用于换流站的智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于换流站的智能巡检机器人，其安装于阀厅的壁面上，集成可见光、红外、声音等设备，以自主和遥控的方式，代替人对阀厅及户内直流场设备进行巡测，及时发现设备的内部发热缺陷、外部机械或电气缺陷；将被检测设备的视频、声音和红外测温数据通过网络传输到巡检后台；巡检后台系统通过设备图像处理和模式识别等技术，结合设备图像红外专家库，实现对设备热缺陷、分合状态、外观异常的判别，以及仪表读数的识别。本实用新型的机器人可在换流站阀厅强电磁、封闭环境下长时间持续稳定运行，且结构紧凑可靠，能够精确定位、检测和识别，可以进行实时状态监控，提高换流站的自动化和智能化水平。

Description

用于换流站的智能巡检机器人

技术领域

本实用新型涉及电力领域，更具体地涉及一种用于换流站的智能巡检机器人。

背景技术

换流站是直流输电工程中直流和交流进行相互能量转换的系统，换流站包含换流阀、换流变压器、交直流滤波器等特有设备。换流站及直流输电系统的运行性能和安全可靠程度与换流设备的安全运行密切相关，对整个电力系统的运行有重要影响。换流站内对换流设备的定时监控和定期巡视必不可少，传统方式下通常采用人工巡检和固定视频监视的方式，日常红外巡检工作由运行人员用热成像仪进行，发现异常后，通过电话方式汇报专业管理人员，再由专业人员复测分析，反应时间慢，工作效率低，部分特殊缺陷易漏检，人工检测的数据无法准确及时地接入管理信息系统；且因场地大设备多，运行人员的工作量也相应较大；固定的视频监测系统只能对主要设备进行监控，存在很大的监控盲区，很难真正满足视频巡视、全方位的覆盖。

智能巡检技术在常规500kV交流变电站里已有部分应用。目前交流变电站里的智能巡视系统为网络分布式架构，分别为基站层、通讯层和终端层。基站层由后台机及智能控制与分析软件系统组成；通讯层由网络交换机、无线网桥等设备组成，负责建立站控层与智能终端层间的网络通道；终端层包括巡检机器人、充电室、环境监测模块等；移动机器人与后台机之间为无线通讯。

但是，常规500kV交流变电站里的巡检机器人为地面移动式机器人，机器人头部安装有摄像头和音频检测设备，其运行轨道铺设在户外地面，机器人可以在预先铺设的轨道上行进，对两侧的电力设备进行实时监测。而换流站阀厅内的安装环境与户外场地上不同，阀厅内的主要电力设备为换流阀阀塔、穿墙套管及阀厅地刀等，高端阀厅换流阀阀塔的设备高度约为14米(低端约为10米)。目前常规的地面轨道式机器人无法应用于阀厅的竖直壁面上。

以±800kV换流站为例，其电压高、容量大，电磁环境与交流变电站的区别较大，其中换流站阀厅是换流站的核心部分，是放置换流阀的封闭建筑，其电磁干扰尤其严重；因此在换流站环境内使用的设备要求具有较好的电磁屏蔽性能。

换流站阀厅安装环境特殊，阀厅内的阀塔一般分为六列，每列阀塔又分为多层；换流阀分布于阀塔的每一层中，故巡检机器人需要对每一层都有较好的检测视角。为满足检测范围和阀塔爬电距离要求，巡检设备需考虑垂直方向的移动。阀厅为户内环境，巡检设备需考虑室内光照不均的影响。

综上，现有技术的缺陷具体表现在：

(1)常规500kV交流变电站里的巡检机器人为地面移动式机器人，无法应用于阀厅的竖直壁面上。目前移动机器人主要采用轮式、履带或是复合驱动的方式。受阀塔等设备布局限制，要实现对设备全方位的检测功能，需要机器人能够在垂直方向运动。

(2)换流站电磁干扰严重，尤其是阀厅内部，目前的设备无法在阀厅强电磁、封闭环境下长时间持续稳定运行、精确定位、精确检测。

(3)阀厅环境为户内环境，受光照不均的影响及外界落入的异常物体等干扰较大，常见的机器视觉检测方法无法直接应用。

(4)常规500kV交流变电站里的巡检机器人为单套；但换流站为多阀厅，需配置多个机器人。在换流站内的应用需考虑多阀厅多机器人协同控制技术，解决多机器人在巡检任务配合中自主优化配置作业问题。

因此，本领域尚缺乏一种可以有效解决上述问题的智能巡检机器人。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于换流站的智能巡检机器人，本实用新型的机器人可应用于换流站内的复杂电磁环境中，且结构紧凑可靠，能够精确定位、精确检测、精确识别，可在换流站阀厅强电磁、封闭环境下长时间持续稳定运行，也为电力系统大型室内设备的实时状态监控提供了一种创新型技术手段，提高少人或无人值守换流站运行的自动化和智能化水平具有积极作用。

本实用新型提供了一种用于换流站的智能巡检机器人，该巡检机器人集成可见光、红外、声音等设备，以自主和遥控的方式，代替人对阀厅及户内直流场设备进行巡测，及时发现设备的内部发热缺陷、外部机械或电气缺陷。具体地，智能巡检机器人包括音频检测装置，音频检测装置包括拾音器、降噪设备和声音处理控制设备，其中，拾音器与降噪设备信号连接，降噪设备与声音处理控制设备信号连接；拾音器采集换流站内设备的声音，并将采集到的声音传送给降噪设备；降噪设备对采集到的声音进行一次处理，减弱其杂音和噪音，并将处理后的声音传送给声音处理控制设备；声音处理控制设备对采集到的声音进行二次分析处理，并输出设备的运行状态。

在另一优选例中，智能巡检机器人包括可见光以及红外检测装置，可见光以及红外检测装置用于采集并分析换流站的视频信息，包括可见光摄像机和红外热像仪，其中，可见光摄像机用于检测设备的外观，红外热像仪用于检测设备的热缺陷。

在另一优选例中，可见光以及红外检测装置包括红外热图处理设备。

在另一优选例中，可见光以及红外检测装置包括图像增强设备，图像增强设备用于减弱背光和强光环境的影响，提高图像的清晰度、保真度和可视度。

在另一优选例中，智能巡检机器人包括紫外检测装置，紫外检测装置用于检测设备的结构缺陷和表面局部放电现象。

在另一优选例中，紫外检测装置为紫外成像仪。

在另一优选例中，智能巡检机器人包括轨道系统，轨道系统包括轨道运动平台、运动控制系统和机器人本体，运动控制系统控制机器人本体在轨道运动平台上运动。

在另一优选例中，竖直轨道安装在阀厅壁面上。

在另一优选例中，机器人本体通过云台进行水平俯仰旋转，从而实现对换流站的大范围细节巡检。

在另一优选例中，机器人本体和后台之间采用光纤数字通信方式实现数据的远传和命令的遥控。

在另一优选例中，轨道运动平台设有同步带和滑座，同步带带动滑座移动，且滑座上安装有辅控箱和检测组件。

在另一优选例中，智能巡检机器人包括通信及防干扰装置，通信及防干扰装置包括电磁屏蔽用通风波导、电磁屏蔽接插件和导电泡棉。

在另一优选例中，智能巡检机器人包括报警设备，在检测出设备出现故障时，报警设备给出警报信息。

应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文 (如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实例中的换流站智能巡检系统网络架构结构示意图。

图2是本实用新型一个实例中的低端阀厅智能巡检机器人布置方案示意图。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，通过大量筛选，首次开发了一种用于换流站的智能巡检机器人，本实用新型的智能巡检机器人为轨道式巡检机器人，携带可见光摄像机、红外热成像仪和音频检测装置等设备，采用完全自主或遥控方式，代替巡检人员对主要换流设备进行巡检，实时监控换流设备，对电气设备和线路的热缺陷进行探测，可以及时地发现、处理、预防重大事故发生，在此基础上完成了本实用新型。

术语

如本文所用，术语“智能巡检系统”是以智能巡检机器人作为整个系统的核心；智能巡检机器人集成红外热成像仪、可见光摄像机、高灵敏度拾音器等多种传感器，能够在全天候条件下，通过精确的自主导航和设备定位，以全自主或遥控方式，完成预先设定的任务，对变电站进行全方位巡检。

本实用新型提供了用于换流站的智能巡检机器人，它是一种具有特定结构的智能巡检机器人。

典型地，本实用新型的智能巡检机器人可针对换流站阀厅缺乏有效巡检手段的现实，设计适用于复杂电磁环境下对电气设备进行有效巡检的智能巡检机器人。集成可见光、红外、声音等设备，以自主和遥控的方式，代替人对阀厅及户内直流场设备进行巡测，及时发现设备的内部发热缺陷、外部机械或电气缺陷。采用轨道式移动技术，实现机器人在阀厅墙壁面上的垂直运动。采用音频模式识别技术、红外线热成像检测技术、远程数字图像监控技术、实时数据库技术、多传感器信息融合技术等，提高设备巡检工作的自动化程度，保证设备巡检的工作效果。

本实用新型的主要优点包括：

(a)将智能巡检机器人代替传统的人工巡检，及时发现设备的内部发热缺陷、外部机械或电气缺陷；

(b)采用轨道式移动技术，实现机器人在阀厅墙壁面上的垂直运动；

(c)采用有效的抗干扰装置，实现在换流站内尤其是换流站阀厅复杂电磁环境下的应用；

(d)采用可靠的音频及视频检测技术，应用于阀厅特殊环境，提高设备巡检工作的自动化程度，保证设备巡检的工作效果。

因此，本实用新型的智能巡检机器人可在换流站复杂电磁干扰及特殊环境下对电气设备的有效智能巡检，减少运行人员投入，降低劳动强度，提高换流站的设备安全水平及智能化水平。本实用新型设备抗电磁干扰能力强，电磁兼容性高。垂直轨道式安装的巡检机器人能满足层叠式阀塔全方位的检测要求，实现大范围多角度的检测。

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，附图为示意图，因此本实用新型装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例

本实施例的智能巡检机器人是基于换流站智能巡检系统进行的。如图1所示，换流站智能巡检系统可分为两层，分别为基站层和终端层。基站层由后台机及智能控制与分析软件组成；终端层为阀厅内的轨道机器人及固定式红外热像仪等装置或设备。通讯由网络交换机、通信线缆实现。巡检机器人及固定式红外热像仪通过有线的方式与基站层以太网设备连接，实现与后台的通讯。

智能巡检系统监测所获设备信息可与站内SCADA系统进行交互，将设备运行异常情况上传至SCADA系统。另外，站内智能巡检信息也可以上传至运维中心，在运维中心实现跨地域远程指挥、控制和监视智能巡检机器人。

本实施例的用于换流站的智能巡检机器人包括音频检测装置、可见光以及红外检测装置、图像增强设备、紫外检测装置、轨道系统、通信及防干扰装置以及报警设备。其中，阀厅安装方案如图2所示。

音频检测装置包括拾音器、降噪设备和声音处理控制设备，拾音器配置于机器人平台上，用于采集运行设备的声音，并将采集到的声音传送给降噪设备。因阀厅环境复杂，音频检测需考虑声音数据的环境噪声剔除以及声音特征数据提取及分析，降噪设备对采集到的声音进行一次处理，减弱其杂音和噪音，并将处理后的声音传送给声音处理控制设备。此外，在进行双向语音时，阀厅里面的设备会发出一些噪音，影响对讲效果，因此需要考虑降噪。声音处理控制设备对采集到的声音进行二次分析处理，通过对声音的时域和频域分析，并对比设备异常声音特征，识别设备内部异常，并结合在阀厅现场标定的设备声音数据安全阈值，实现对设备音频的自动检测，最后输出设备的运行状态。

阀厅巡检机器人自动检测设备的视频信息主要来自两种传感器：可见光摄像机和红外热像仪。其中，可见光摄像机检测阀厅设备的外观，主要在白天采集设备信息，通过对采集的设备图像进行分析，判断设备的状态，从而代替人工现场巡视；红外热像仪主要检测阀厅设备的热缺陷，通过对阀厅设备温度进行采集，实时判断设备的温度，对于夜间的部分设备也可以通过红外热图处理设备进行处理，检测设备状态。

阀厅环境受外界光照变换、外界落入异常物体等的干扰较大，图像采集过程中会出现因环境光照不佳或物体表面采光不均等原因造成的图像光照不均的问题，因此需考虑阀厅复杂环境图像增强技术，即增设图像增强设备，图像增强设备用于提高图像的清晰度，使图像具有较高的色彩保真度，显著增强图像暗区域内细节信息的可视度。在电力机器人巡检的过程中，背光状态下的图像，天空中区域偏亮，而设备的整体灰度偏暗，不利于设备状态的识别，因此，在保持原有光照环境的前提下，不改变背景的灰度情况下，可通过图像增强设备提升设备所在图像中区域来提高两者的对比度。对于阀厅环境下强光时图像质量下降的问题，可通过图像增强设备采用基于引导滤波的强光下图像增强方法。对于弱光情况下，图像增强设备可分析弱光图像直方图，将图像中的设备区域和背景区域分离，利用图像直方图对对比度进行调整。

阀厅设备随着绝缘性能的降低会出现结构缺陷或表面局部放电现象，在局部放电过程中将辐射大量紫外线。机器人可以配置紫外检测装置，例如：成像仪，记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再进行处理分析，评价设备状况，防止发生设备重大故障。

轨道系统包括轨道运动平台、运动控制系统和机器人本体。阀厅内的阀塔设备较高，为了满足检测范围，保证好的检测视角，机器人沿竖直轨道上下运行并通过云台的水平俯仰旋转，从而实现对换流阀的大范围细节巡检。

阀厅机器人的轨道安装阀厅壁面上，现场布置时，根据阀厅检测需要确定轨道的安装位置。轨道上有同步带和滑座，同步带带动滑座上下移动，在滑座上安装辅控箱和相关检测组件。同步带轮装在同步带轮箱内，同步带轮箱安装在轨道的上下两端；在一端的同步带轮上安装减速器和伺服驱动电机，组成轨道驱动系统。同步带与同步带轮配合装在轨道型材的槽内，滑座安装在型材轨道上，通过型材轨道实现导向，并与同步带固定连接，在同步带的带动下实现上下运动。

为保证高的电磁兼容性及抗阀厅电磁干扰，阀厅内巡检机器人与后台之间的通信不再采用无线通讯，而是采用光纤数字通信方式，实现数据的远传和命令的遥控。

另外，阀厅内电磁环境复杂，安装在阀厅的运动控制系统关键部件如控制箱等，除满足散热要求外，须满足电磁屏蔽要求，在结构设计时需考虑电磁兼容性设计。控制箱的通风孔处增加电磁屏蔽用通风波导，接插件转接板上安装电磁屏蔽接插件，提高控制箱整体的电磁屏蔽性能；箱盖边沿四周粘接导电泡棉，与箱体的四周压紧接触，形成良好的电连续性，增强电磁屏蔽效果。

若检测到换流站内的设备处于异常状态，可以通过报警设备给出报警信息，通知相关人员尽快处理。

本实施例的智能巡检机器人具有以下运行方式：

a)自主巡检：运行人员根据巡检时间、周期、目标、类型(红外、可见光等) 灵活进行任务定制，机器人按照定制任务进行自动巡检；到达设定时间后，机器人可以沿轨迹进行自动巡视，根据原先设定的地点精确停靠后，自动将仪器对准待检设备进行检测。

b)定点巡检：运行人员选择部分设备进行巡检，系统自动执行定点任务；

c)遥控巡检：运行人员通过后台手动控制界面，控制机器人执行巡检任务。

本实施例的智能巡检机器人具有以下功能：

a)检测功能

1.通过在在线式可见光摄像仪检测一次设备的外观；

2.通过在线式红外热像仪检测一次设备的热缺陷；

3.应用图像处理和模式识别技术实现图像上设备区域的准确定位；自动刀闸分合状态；自动识别仪表读数、油位计位置等；

4.通过在线式音频采集设备检测换流阀及阀厅的噪声分析。移动机器人可采集现场声音传送到后台播放，通过音频对比，对噪声进行分析，自动判断是否正常；

5.通过在线式紫外成像仪可以检测设备局部放电情况。

b)自动巡航功能

1.按预先规划的任务，自动在轨道上行驶；

2.自动在预先规划好的位置停靠；

3.自动调整云台检测阀厅设备。

c)分析及报警

1.设备故障或缺陷的智能分析和自动报警；

2.自动生成红外测温、设备巡视等报表，报表格式可由用户定制，并自动上送信息一体化平台；

3.按设备类别提供设备故障原因分析及处理方案的辅助系统，提供设备红外图像库，协助巡检人员判别设备的故障。

d)控制功能

1.设备巡检人员可在监控后台进行巡视控制；

2.可对机器人本体、云台、红外及可见光摄像仪进行手动控制；

3.实现换流站设备巡视的本地及远方操作；

4.与顺序控制系统相结合，辅助人工实现开关、刀闸操作前后位置的校核。

在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种用于换流站的智能巡检机器人，其特征在于，所述智能巡检机器人包括音频检测装置，所述音频检测装置包括拾音器、降噪设备和声音处理控制设备，其中，所述拾音器与所述降噪设备信号连接，所述降噪设备与所述声音处理控制设备信号连接；

所述拾音器采集所述换流站内设备的声音，并将采集到的声音传送给所述降噪设备；所述降噪设备对采集到的声音进行一次处理，减弱其杂音和噪音，并将处理后的声音传送给所述声音处理控制设备；所述声音处理控制设备对采集到的声音进行二次分析处理，并输出所述设备的运行状态。

2.如权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述智能巡检机器人包括可见光以及红外检测装置，所述可见光以及红外检测装置用于采集并分析换流站的视频信息，包括可见光摄像机和红外热像仪，其中，所述可见光摄像机用于检测所述设备的外观，所述红外热像仪用于检测所述设备的热缺陷。

3.如权利要求2所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述可见光以及红外检测装置包括图像增强设备，所述图像增强设备用于减弱背光和强光环境的影响，提高图像的清晰度、保真度和可视度。

4.如权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述智能巡检机器人包括紫外检测装置，所述紫外检测装置用于检测所述设备的结构缺陷和表面局部放电现象。

5.如权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述智能巡检机器人包括轨道系统，安装于阀厅的壁面上，所述轨道系统包括轨道运动平台、运动控制系统和机器人本体，所述运动控制系统控制所述机器人本体在所述轨道运动平台上运动。

6.如权利要求5所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述机器人本体通过云台进行水平俯仰旋转。

7.如权利要求5所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述机器人本体和后台之间采用光纤数字通信方式实现数据的远传和命令的遥控。

8.如权利要求5所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述轨道运动平台设有同步带和滑座，所述同步带带动所述滑座移动，且所述滑座上安装有辅控箱和检测组件。

9.如权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述智能巡检机器人包括通信及防干扰装置，所述通信及防干扰装置包括电磁屏蔽用通风波导、电磁屏蔽接插件和导电泡棉。

10.如权利要求1所述的智能巡检机器人，其特征在于，所述智能巡检机器人包括报警设备，在检测出所述设备出现故障时，所述报警设备给出警报信息。