專利名稱：自行走地下電纜故障檢測智能儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下電纜故障檢測裝置，特別涉及一種自行走地下電纜故障 檢測智能儀。
背景技術(shù)：
近二十年來，為了保障電力電纜的安全運行，對電力電纜絕緣狀況的在線監(jiān)測技術(shù)得到了長足的發(fā)展。國外，特別是歐美和日本等發(fā)達國家在;f企測 方法和技術(shù)上處于領(lǐng)先地位，其研究開發(fā)的絕緣檢測裝置有較好的應用效 果，長期的在線運行也提供了大量的監(jiān)測結(jié)果，豐富了對電纜絕緣缺陷和老 化的判據(jù)。本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域主要有地下電纜熱故障檢測、電纜局部放 電檢測、絕緣老化狀態(tài)檢測。目前國內(nèi)外的技術(shù)狀況如下1. 地下電纜熱故障纟企測在地下電纜中，電纜中間接頭是電力系統(tǒng)安全運行中的最薄弱環(huán)節(jié)，其 運行溫度是反映其運行狀態(tài)的重要參數(shù)。為防止電纜中間接頭溫度異常，需 要對地下電纜進行溫度檢測。目前通常采用的集散式溫度監(jiān)測系統(tǒng)存在著測 量數(shù)據(jù)傳輸距離受限、檢測裝置供電困難，需進行大量現(xiàn)場施工，僅適宜對 局域范圍的應用。2. 電纜局部放電檢測現(xiàn)有的電纜線路局部放電檢測技術(shù)所面臨的主要問題是在測定現(xiàn)場的 環(huán)境存在電暈等較多干擾源的情況下，如何提高局部放電檢測靈敏度。為解 決這一難題，國外已開發(fā)高頻局放(High Frequency Partial Discharge, HFPD)、超高頻局》文(Ultra-High Frequency Partial Discharge, VHFPD)新 型檢測儀。HFPD信號處理的頻率范圍為100 ~ 500MHz，適用于短電纜段和電纜 附件。從荷蘭等國家的實踐可知，利用HFPD進行在線式局部放電檢測能基本 反映電纜線路絕緣的現(xiàn)場情況，但此類儀器對干擾信號的分辨能力依賴于干擾信號的頻譜范圍，因而有明顯的局限性。 3.電纜絕緣老化檢測對電纜及其附件進行在線絕緣老化診斷的目的是判斷其能否繼續(xù)可靠運 行或評估其殘余壽命。診斷方法可分破壞性試驗與非破壞性4全測兩大類。目前在電纜絕緣老化的檢測技術(shù)領(lǐng)域，對于6 kV級電纜的4僉測技術(shù)有"非在線 式，，和"在線式"。"非在線式"包括殘留電壓法、反吸收電流法、直流泄 漏電流法、電位衰減法(直流)，殘留電荷、直流電壓疊加法，交流損^^電流 法(工頻)，介損法(超低頻)。"在線式"包括直流成分、脈動法(工頻)， 直流電壓疊加法(直流與工頻)等。對于22kV級僅采用"非在線式"，引入 了與6kV級不同的方法如直流偏壓、局部放電、耐壓法等。上述"非在線式" 檢測方法要求截取一段電纜來開展研究，對于地下電纜的檢測是不現(xiàn)實的， 而且也不能有效地判斷現(xiàn)場的實.際情況。"在線式"檢測方法仍屬于接觸式檢 測，需要在電纜的芯線或者金屬護層施加電壓進行檢測，也不適用于對地下 管道電纜的在線檢測。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)都是采用單一的檢測手段，針對某種特定故障提出 解決辦法。在地下電纜現(xiàn)場環(huán)境中，由各種原因造成的故障現(xiàn)象可能非常復 雜，往往會造成單一方法檢測失敗或判斷不準確，迫切需要對電纜載流量、 局部放電、介質(zhì)特性以及周邊環(huán)境狀況進行綜合檢測，獲得全面的電纜故障-信息；同時，由于無法事先預知故障點位置，必須采用移動巡^r方式實現(xiàn)全 線檢測功能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)單一化局限，提供一種綜合智能化的自行 走地下電纜故障檢測智能儀，它采用基于多傳感器檢測、多信息融合、移動 式智能巡檢方式實現(xiàn)地下電纜故障的檢測預報。為實現(xiàn)上述目的而采用的技術(shù)方案是這樣的即一種自行走地下電纜故 障檢測智能儀，其特征在于由地下電纜熱故障紅外檢測裝置、地下電纜局 部放電紫外檢測裝置、地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置，地下電纜自行 走巡線機器人和地下電纜故障預測系統(tǒng)構(gòu)成；其中1) 地下電纜熱故障紅外檢測裝置由紅外熱像儀和溫度分析模塊構(gòu)成；地
下電纜熱故障紅外檢測裝置采用紅外熱像儀得到地下電纜及附近環(huán)境的溫度
分布圖像，通過非均勻校正與定標，獲得電纜故障的區(qū)域溫度分布特性；以 地下電纜的正常溫度場分布特征為依據(jù)，在實驗&出上研究電纜的過流特征， 對電纜接頭等特殊位置實現(xiàn)定位并對其工作狀態(tài)做出評估，同時對環(huán)境溫度 進行檢測，判斷臨近區(qū)域是否存在影響電纜安全運行的熱源隱患，提供地下 電纜安全的環(huán)境狀態(tài)；
2) 地下電纜局部放電紫外檢測裝置由紫外檢測儀和PD才企測才莫塊構(gòu)成； 地下電纜局部放電紫外檢測裝置應用紫外脈沖法通過測量電纜局部放電產(chǎn)生 的紫外光強度來確定其絕緣狀況，得到地下電纜局部放電產(chǎn)生紫外脈沖的頻 率、強度與絕緣老化、表面破損的對應關(guān)系，診斷電纜的損傷與故障原因；
3 )地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置由FEF電極和介質(zhì)檢測模塊構(gòu)成； 地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置檢測電纜外層絕緣體的介質(zhì)特性，分析 電纜絕緣體的老化、含水情況以及由于電纜安裝傾斜《I起絕緣油流動造成分 布不均的情況，使用介質(zhì)檢測方法校正濕度變化對局部放電檢測方法的影響，
判，對其故障隱患進行預測；
4) 地下電纜自行走巡線機器人由攝像頭，視頻壓縮裝置和機器人行走控 制與位置記錄模塊及四輪小車構(gòu)成；地下電纜自行走巡線機器人現(xiàn)場分析地 下電纜的安裝情況與表面材質(zhì)特征，利用行進控制與驅(qū)動裝置，產(chǎn)生各類行 進障礙的解決措施，克服電纜轉(zhuǎn)彎、接頭、粗細不均、安裝螺釘阻擋以及在 管道中位置偏移等原因造成的行走困難，同時使用可見光攝像頭，應用視頻 壓縮技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮并傳送給地面主機，結(jié)合后端用戶的反饋信息實現(xiàn)自 行走控制功能。
5) 地下電纜故障預測系統(tǒng)由嵌入式控制系統(tǒng)和無線傳輸模塊構(gòu)成；
6) 地下電纜熱故障紅外檢測裝置、地下電纜局部放電紫外檢測裝置、地 下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置、攝像頭及其視頻壓縮裝置及機器人行走 控制與位置記錄模塊和地下電纜故障預測系統(tǒng)安裝在四輪小車中，所有傳感 器的傳感頭及攝像頭向電纜線表面外露；四輪小車一對前輪和一對后輪的輪 距略小于或等于電纜線直徑，由前輪或/和后輪驅(qū)動，本發(fā)明由于基于多傳感器檢測、多信息融合、移動式智能巡^r方式而實 現(xiàn)了綜合智能化的對地下電纜故障的檢測預報，自動化程度高，信息全面， 直觀、可靠，極大的減輕了人員的工作量和勞動強度。


圖l、自行走地下電纜故障檢測智能儀示意圖； 圖2 、自行走地下電纜故障檢測智能儀結(jié)構(gòu)框圖； 圖3、自行走地下電纜故障檢測智能儀系統(tǒng)框具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步描述
如圖1所示， 一種自行走地下電纜故障檢測智能儀，其總體由地下電纜 熱故障紅外檢測裝置l、地下電纜局部放電紫外檢測裝置2、地下電纜絕緣老 化電場分布^r測裝置3,地下電纜自行走巡線機器人4和地下電纜故障預測系 統(tǒng)5構(gòu)成；其中
1)地下電纜熱故障紅外檢測裝置1由紅外熱像儀11和溫度分析模塊12 構(gòu)成；地下電纜熱故障紅外檢測技術(shù)采用紅外熱像儀得到地下電纜及附近環(huán) 境的溫度分布圖像，通過非均勻校正與定標，獲得電纜故障的區(qū)域溫度分布 特性。以地下電纜的正常溫度場分布特征為依據(jù)，在實驗基礎(chǔ)上研究電纜的 過流特征，對電纜接頭等特殊位置實現(xiàn)定位并對其工作狀態(tài)做出評估，同時 對環(huán)境溫度進行檢測，判斷臨近區(qū)域是否存在影響電纜安全運行的熱源隱患， 提供地下電纜安全的環(huán)境狀態(tài)。
2 )地下電纜局部放電紫外檢測裝置2由紫外檢測儀21和PD檢測模塊22 構(gòu)成；地下電纜局部放電紫外檢測技術(shù)應用紫外脈沖法通過測量電纜局部放 電產(chǎn)生的紫外光強度來確定其絕緣狀況，得到地下電纜局部放電產(chǎn)生紫外脈 沖的頻率、強度與絕緣老化、表面破損的對應關(guān)系，診斷電纜的損傷與故障 原因。
3)地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置3由FEF電極31和介質(zhì)檢測模 塊32構(gòu)成；地下電纜絕緣老化電場分布檢測技術(shù)檢測電纜外層絕緣體的介質(zhì)特性，分析電纜絕緣體的老化、含水情況以及由于電纜安裝傾斜引起絕緣油 流動造成分布不均的情況，使用介質(zhì)檢測方法校正濕度變化對局部放電檢測
進行分析與評判，對其故障隱患進行預測。
4 )地下電纜自行走巡線機器人4由攝像頭41，視頻壓縮裝置42和機器 人行走控制與位置記錄模塊43構(gòu)成；地下電纜自行走巡線機器人技術(shù)現(xiàn)場分 析地下電纜的安裝情況與表面材質(zhì)特征，利用行進控制與驅(qū)動裝置，產(chǎn)生各 類行進障礙的解決措施，克服電纜轉(zhuǎn)彎、接頭、粗細不均、安裝螺釘阻擋以 及在管道中位置偏移等原因造成的行走困難，同時使用可見光攝像頭，應用 視頻壓縮技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮并傳送給地面主機，結(jié)合后端用戶的反饋信息實 現(xiàn)自行走控制功能。
5 )地下電纜故障預測系統(tǒng)5由嵌入式控制系統(tǒng)51和無線傳輸模塊52構(gòu)成。
6 )地下電纜熱故障k外檢測裝置1、地下電纜局部放電紫外檢測裝置2、 地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置3、攝像頭41及其視頻壓縮裝置42及機 器人行走控制與位置記錄模塊43和地下電纜故障預測系統(tǒng)5安裝在四輪小車 44中，所有傳感器的傳感頭及攝像頭向電纜線A外露；四輪小車44一對前輪 和一對后輪的輪距略小于或等于電纜線直徑，由前輪或/和后輪驅(qū)動。
如圖3所示， 一種自行走地下電纜故障檢測智能儀，其實現(xiàn)方案為檢 測儀主控系統(tǒng)采用基于ARM10的嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)。主控系統(tǒng)包括行走控制、 位置測定、傳感器信息綜合分析。系統(tǒng)中配置一個視頻攝像機與照明光源， 視頻信號經(jīng)過壓縮后根據(jù)需要傳到地面主機以便實現(xiàn)人工視覺監(jiān)測，用于預 判檢測儀無法克服的行進障礙并發(fā)送人工控制信息。主控系統(tǒng)通過SPI總線 與傳感器所使用的微處理器交換信息，利用ARM10的DSP內(nèi)核實現(xiàn)對視頻信 號的實時壓縮，對各類信息編碼，定義幀結(jié)構(gòu)與協(xié)議規(guī)范，通過無線通信模 塊實現(xiàn)與地面主機的信息交互。
本發(fā)明采用紅外熱像儀獲取溫度場圖像，針對電力電纜護層絕緣材料分 析熱傳導規(guī)律，對電纜的線芯工作溫度進行反演計算，在仿真實驗基礎(chǔ)上研 究電纜過流、接觸松動或接觸不良、介質(zhì)損耗增大等故障現(xiàn)象的熱效應規(guī)律， 研究熱故障分析方法，同時也對環(huán)境溫度進行檢測。針對紅外探測器的非均勻性和噪聲影響，通過基于多點的非均勻校正算法和消噪方法獲得更準確的 絕對溫度值，同時得到電纜沿線的相對溫差以反映所蘊涵的故障特征信息。 本發(fā)明中電力設(shè)備外絕緣放電紫外檢測技術(shù)模塊分為紫外球形探頭、紫外檢 測儀及紫外脈沖分析處理系統(tǒng)幾大部分。在行進小車上安裝紫外球形頭探測 矩陣，當絕緣老化或者破壞時產(chǎn)生放電，發(fā)出的紫外光傳輸?shù)阶贤鈾z測儀， 經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊分析及記錄紫外脈沖的頻率與幅度特性。通過數(shù)據(jù)的分析， 判定電纜的絕緣劣化和表面破損狀況。
本發(fā)明以電極、電場傳感器芯片和微處理器構(gòu)成電場測量系統(tǒng)，電場傳
感器芯片采用MC33794,其支持9個電場傳感器電極，通過發(fā)射120kHz的超 聲波，測量布置在物體周圍的9個電極上的空間分布電容的微小變化來得到 電纜周圍的電場信息。通過介質(zhì)變化對電場分布的影響規(guī)律，分析介質(zhì)受潮 或進水、含油量異常和絕緣老化對電場分布規(guī)律的影響，尋求快速求解方法， 實現(xiàn)對地下電纜介質(zhì)異常狀態(tài)的檢測與評估。
本發(fā)明采用Adaboost方法將若干基于不同特征的普通判決器組成強分類 器，研究遞進過程中的權(quán)系數(shù)修正方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性、精密性。根據(jù) 從不同檢測模塊得到的信息對各種故障影響力的大小自適應修正誤差權(quán)值， 實現(xiàn)各種故障預測模型的融合。
權(quán)利要求
1、一種自行走地下電纜故障檢測智能儀，其特征在于由地下電纜熱故障紅外檢測裝置(1)、地下電纜局部放電紫外檢測裝置(2)、地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置(3)，地下電纜自行走巡線機器人(4)和地下電纜故障預測系統(tǒng)(5)構(gòu)成；其中1)地下電纜熱故障紅外檢測裝置(1)由紅外熱像儀(11)和溫度分析模塊(12)構(gòu)成；地下電纜熱故障紅外檢測裝置(1)采用紅外熱像儀得到地下電纜及附近環(huán)境的溫度分布圖像，通過非均勻校正與定標，獲得電纜故障的區(qū)域溫度分布特性；以地下電纜的正常溫度場分布特征為依據(jù)，在實驗基礎(chǔ)上研究電纜的過流特征，對電纜接頭等特殊位置實現(xiàn)定位并對其工作狀態(tài)做出評估，同時對環(huán)境溫度進行檢測，判斷臨近區(qū)域是否存在影響電纜安全運行的熱源隱患，提供地下電纜安全的環(huán)境狀態(tài)；2)地下電纜局部放電紫外檢測裝置(2)由紫外檢測儀(21)和PD檢測模塊(22)構(gòu)成；地下電纜局部放電紫外檢測裝置(2)應用紫外脈沖法通過測量電纜局部放電產(chǎn)生的紫外光強度來確定其絕緣狀況，得到地下電纜局部放電產(chǎn)生紫外脈沖的頻率、強度與絕緣老化、表面破損的對應關(guān)系，診斷電纜的損傷與故障原因；3)地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置(3)由FEF電極(31)和介質(zhì)檢測模塊(32)構(gòu)成；地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置(3)檢測電纜外層絕緣體的介質(zhì)特性，分析電纜絕緣體的老化、含水情況以及由于電纜安裝傾斜引起絕緣油流動造成分布不均的情況，使用介質(zhì)檢測方法校正濕度變化對局部放電檢測方法的影響，同時使用傳感器電極和專用電場處理芯片對地下電纜介質(zhì)性能進行分析與評判，對其故障隱患進行預測；4)地下電纜自行走巡線機器人(4)由攝像頭(41)，視頻壓縮裝置(42)和機器人行走控制與位置記錄模塊(43)及四輪小車(44)構(gòu)成；地下電纜自行走巡線機器人(4)現(xiàn)場分析地下電纜的安裝情況與表面材質(zhì)特征，利用行進控制與驅(qū)動裝置，產(chǎn)生各類行進障礙的解決措施，克服電纜轉(zhuǎn)彎、接頭、粗細不均、安裝螺釘阻擋以及在管道中位置偏移等原因造成的行走困難，同時使用可見光攝像頭，應用視頻壓縮技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮并傳送給地面主機，結(jié)合后端用戶的反饋信息實現(xiàn)自行走控制功能。5)地下電纜故障預測系統(tǒng)(5)由嵌入式控制系統(tǒng)(51)和無線傳輸模塊(52)構(gòu)成；6)地下電纜熱故障紅外檢測裝置(1)、地下電纜局部放電紫外檢測裝置(2)、地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置(3)、攝像頭(41)及其視頻壓縮裝置(42)及機器人行走控制與位置記錄模塊(43)和地下電纜故障預測系統(tǒng)(5)安裝在四輪小車(44)中，所有傳感器的傳感頭及攝像頭向電纜線(A)外露；四輪小車(44)一對前輪和一對后輪的輪距略小于或等于電纜線直徑，由前輪或/和后輪驅(qū)動 id="icf0001" file="A2009101038490003C1.tif" wi="1" he="3" top= "98" left = "69" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自行走地下電纜故障檢測智能儀，包括地下電纜熱故障紅外檢測裝置1、地下電纜局部放電紫外檢測裝置2、地下電纜絕緣老化電場分布檢測裝置3，地下電纜自行走巡線機器人4和地下電纜故障預測系統(tǒng)5。本發(fā)明由于基于多傳感器檢測、多信息融合、移動式智能巡檢方式而實現(xiàn)了綜合智能化的對地下電纜故障的檢測預報，自動化程度高，信息全面，直觀、可靠，極大的減輕了人員的工作量和勞動強度。
文檔編號G01J5/00GK101576600SQ200910103849
公開日2009年11月11日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者為 何, 宋曉棟, 張占龍, 毛玉星, 蘭 熊, 肖冬萍 申請人:重慶大學