變電站GIS設備SF6氣體檢漏機器人的製作方法

2024-03-31 23:30:05

本發明屬於自動檢測技術領域，尤其設計一種變電站GIS設備SF6氣體檢漏機器人。

背景技術：

SF6氣體已有百年歷史，它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau於1900年合成的人造惰性氣體，1940年前後，美國軍方將其用於曼哈頓計劃（核軍事）。1947年提供商用。當前SF6氣體主要用於電力工業中。SF6氣體用於 4 種類型的電氣設備作為絕緣和/或滅弧；SF6斷路器及GIS（在這裡指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為「氣體絕緣開關設備」（Gas Insulated Switchgear)、SF6負荷開關設備，SF6絕緣輸電管線，SF6變壓器及SF6絕緣變電站，80%用於高中壓電力設備。其中GIS設備在使用中可能出現破損、縫隙、密封失敗等故障，造成SF6洩露，會對設備造成很大的安全隱患，甚至會影響到人身安全；另外，現場常用的檢測SF6漏氣只能是在停電狀態下進行，在運行狀態下，因為設備帶電而無法進行檢測帶電部位，這樣往往會使設備故障隱患遲遲無法發現，直接影響電力系統的安全、可靠運行。

中國專利公告號CN101451901B公開一種紅外線六氟化硫檢漏攝像儀，屬於氣體洩漏檢測儀器技術領域，所述紅外線六氟化硫檢漏攝像儀包括電氣連接的 VT 紅外線輻射發生器、光譜鑑別選擇器和紅外攝像機；所述VT 紅外線輻射發生器能產生對應六氟化硫分子典型吸收波長的紅外線，用來作為檢測六氟化硫氣體的輻照源。該結構在使用時首先需要工作人員攜帶進入洩露現場進行監測檢測，影響人身安全，而且在其屏幕設置在攝像儀上，需要通過電視監視器觀察屏幕的圖像，存在圖像失真或者SF6液化後造成圖像不清楚的問題。

中國專利公開號CN105716810A公開一種變電站GIS設備SF6洩漏檢測系統，包括傅立葉紅外光譜儀、掃描雲臺以及可編程控制的機器人小車，所述掃描雲臺設置在所述機器人小車上，可相對於所述小車進行水平和俯仰旋轉，所述光譜儀固定在所述掃描雲臺上，在所述掃描雲臺的帶動下可相對於所述小車進行水平和俯仰旋轉，所述機器人小車按照規劃的巡檢路線進行運動，並配合所述紅外光譜儀對整個變電站不同高度和檢測距離的GIS設備進行自動的SF6洩漏在線檢測，當發現有SF6洩漏時，發送報警信息。該裝置的不足之處在於：由於檢測現場地形複雜、設備錯綜複雜，該結構在行駛過程中需要預設軌道，有效增加投入成本，在遇到地面不平的情況時，小車存在被卡的現象。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種變電站GIS設備SF6氣體檢漏機器人，通過行走裝置上安裝超聲波檢測模塊和紅外檢測模塊，不進可以及時發現SF6氣體是否洩漏的問題，而且對洩露後SF6的濃度進行檢測，最大程度保障人身及設備的安全問題。

為達到上述目的，本發明採用以下技術方案：

變電站GIS設備SF6氣體檢漏機器人，包括遠程控制裝置、行走裝置和設置在行走裝置上的氣體定向檢漏裝置，所述遠程控制裝置包括依次電連接的信號接收模塊、第一控制模塊和信號處理模塊，所述氣體定向檢漏裝置包括紅外檢測模塊、超聲波檢測模塊、第二控制模塊和信號發送模塊，所述紅外檢測模塊包括紅外發送模塊、紅外反射板和紅外接收處理模塊，所述超聲波檢測模塊包括超聲波發送模塊和超聲波接收處理模塊，所述紅外接收處理模塊和超聲波接收處理模塊的輸出端分別與所述第二控制模塊的輸入端電連接，所述第二控制模塊的輸出端與所述信號發送模塊的輸入端電連接，所述信號發送模塊與所述信號接收模塊之間通過通信模塊進行通信。

進一步的，所述第一控制模塊的輸出端還電連接有報警模塊，所述第二控制模塊輸出端還電連接排風模塊。

進一步的，所述通信模塊為RS485通信總線或ZigBee通信模塊。

進一步的，所述行走裝置包括支架、位於支架下端的行走輪、行走輪驅動電機、行走輪轉向裝置、轉向驅動電機、第三控制模塊和位於支架四周的距離感應模塊，所述多個距離感應模塊和遠程控制裝置的第一控制模塊的輸出端均與第三控制模塊的輸入端電連接，所述第三控制模塊的輸出端分別與行走輪驅動電機和轉向驅動電機相連接，轉向驅動電機控制行走輪轉向裝置工作實現調節行走輪的轉向。

進一步的，所述紅外接收處理模塊與第二控制模塊之間設置第一信號調理模塊，所述第一信號調理模塊包括依次電連接的第一A/D轉換模塊和第一放大模塊；所述超聲波接收處理模塊與第二控制模塊之間設置第二信號調理模塊，所述第二信號調理模塊包括依次電連接的第二A/D轉換模塊和第二放大模塊。

本發明的有益效果是：

1.本發明在使用時：首先採用紅外吸收原理測定空氣氣體成分是否存在SF6洩露的問題，其中，紅外檢測模塊包括紅外發送模塊、紅外反射板和紅外接收處理模塊，紅外發送模塊發出的紅外線通過紅外反射板返回並通過紅外接收處理模塊進行接收分析處理是否有SF6氣體洩露，紅外檢測技術具有性能穩定、不易受環境因素影響的特點，壽命較長；當紅外監測模塊檢測到SF6洩露的問題後，採用超聲波的傳播原理，反推出SF6氣體含量，實現定量測量SF6洩漏氣體的濃度，便於現場管理人員根據該濃度選擇下一步方案，其中，超聲波檢測模塊包括超聲波發送模塊和超聲波接收處理模塊；本結構設計根據SF6氣體的本身特性（無色無味難以肉眼觀察），先採用紅外與後採用超聲波兩種檢測方案相結合，一方面可以實現對SF6洩露的現象和濃度進行檢測，同時也可以預防單一使用紅外檢測造成誤判的現象發生；

另外，紅外接收處理模塊和超聲波接收處理模塊將信號傳送給第二控制模塊，第二控制模塊通過信號發送模塊和信號接收模塊傳送給遠程控制裝置內的第一控制模塊，最終經過信號處理模塊根據現場實時信息進一步分析處理供現場管理人員參考，有效解決現有技術一中的圖像不清楚的問題，增加檢測結果的直觀性；

此外，遠程控制裝置不僅可以接收氣體定向檢漏裝置傳送的現場實時信息，而且控制行走裝置的前行與後退，實現遠程自動控制，避免現場管理人員直接接觸SF6氣體，從而增加現場管理人員的安全性。

2.第一控制模塊的輸出端還電連接有報警模塊，第二控制模塊輸出端還電連接排風模塊，本結構設計在使用時，行走裝置放入GIS設備使用環境中，並開啟氣體定向檢漏裝置工作，當紅外檢測模塊或超聲波檢測模塊檢測到SF6洩露時，第一控制模塊控制報警模塊工作，提示現場管理人員進行進一步處理，同時第二控制模塊控制GIS設備周圍的排風模塊工作對SF6進行有效引流，防止發生大面積SF6漏氣的問題發生。

3.通信模塊為RS485通信總線或ZigBee通信模塊，本結構設計中，特別是信號發送模塊和信號接收模塊通過ZigBee無線通信模塊進行通信時，可以通過一個遠程控制裝置與多個行走裝置進行搭配使用，實現對多個GIS設備的工作狀態進行同時監控，有效提高本發明的功能特性，適合中大型輸變電站使用。

4.行走裝置包括支架、位於支架下端的行走輪、行走輪驅動電機、行走輪轉向裝置、轉向驅動電機、第三控制模塊和位於支架四周的距離感應模塊，多個距離感應模塊和遠程控制裝置的第一控制模塊的輸出端均與第三控制模塊的輸入端電連接，第三控制模塊的輸出端分別與行走輪驅動電機和轉向驅動電機相連接，轉向驅動電機控制行走輪轉向裝置工作實現調節行走輪的轉向；本結構使用原理如下：根據遠程控制模塊中的第一控制模塊發送的指令傳送給第三控制模塊，第三控制模塊控制行走輪驅動電機工作，行走輪工作，同時距離感應模塊對行知裝置周圍的障礙物進行檢測並將檢測信號傳送給第三控制模塊，第三控制模塊控制轉向驅動電機使行走輪轉軸裝置對前進或後退的方向進行調整，直至達到檢測目的檢測位置。相對現有技術二，本結構設計通過設置自動控制原理和傳感原理相結合，實現對行走裝置的自動控制，行走裝置可以自行前進或倒退，不用額外架設行進軌道，使本發明適用於不同的GIS設備現場環境，同時防止氣體定向檢漏裝置撞傷的問題發生。

需指出的是：行走裝置和氣體定向檢漏裝置單獨工作，例如當行走裝置出現故障時，不幹涉氣體定向檢漏裝置的正常工作，具有良好的架構設計、穩定性和擴展性。

5．紅外接收處理模塊與第二控制模塊之間設置第一信號調理模塊，第一信號調理模塊包括依次電連接的第一A/D轉換模塊和第一放大模塊；超聲波接收處理模塊與第二控制模塊之間設置第二信號調理模塊，第二信號調理模塊包括依次電連接的第二A/D轉換模塊和第二放大模塊；本結構設計通過增加信號調理模塊，增加紅外接收處理模塊和超聲波接收處理模塊傳送信號的強度，提高本發明的檢測數據的準確性和可靠性。

綜上，本發明可以大大減少輸變電站GIS設備由於SF6氣體洩漏引起的設備故障、經濟損失，具有維護供電穩定、降低變電站維修工作人力物力的優點，提高電網運行可靠性和安全運行能力。

附圖說明

圖1為本發明實施例一的結構示意圖；

圖2為本發明實施例一原理框圖；

圖3為本發明實施例二的結構示意圖；

圖4為本發明實施例二原理框圖；

圖5為本發明實施例三行走裝置的結構示意圖；

圖6為本發明實施例三原理框圖；

圖7為本發明實施例四行走裝置的結構示意圖。

圖中標號： 1-第二控制模塊，2-信號發送模塊，3-紅外發送模塊，4-紅外反射板，5-紅外接收處理模塊，6-超聲波發送模塊，7-超聲波接收處理模塊，8-信號接收模塊，9-第一控制模塊，10-信號處理模塊，11-通信模塊，12-第一A/D轉換模塊，13-第一放大模塊，14-第二A/D轉換模塊，15-第二放大模塊，16-支架，17-行走輪，18-行走輪驅動電機，19-行走輪轉向裝置，20-轉向驅動電機，21-第三控制模塊，22-距離感應模塊，23-報警模塊，24-攝像模塊，25-主動輪，26-從動輪。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述。

實施例一

如圖1至圖4所示，本發明，包括遠程控制裝置、行走裝置和設置在行走裝置上的氣體定向檢漏裝置，遠程控制裝置包括依次電連接的信號接收模塊8、第一控制模塊9和信號處理模塊10；

氣體定向檢漏裝置包括紅外檢測模塊、超聲波檢測模塊、第二控制模塊1和信號發送模塊2，紅外檢測模塊包括紅外發送模塊3、紅外反射板4和紅外接收處理模塊5，超聲波檢測模塊包括超聲波發送模塊6和超聲波接收處理模塊7，紅外接收處理模塊5和超聲波接收處理模塊7的輸出端分別與第二控制模塊1的輸入端電連接，第二控制模塊1的輸出端與信號發送模塊2的輸出端電連接，信號發送模塊2與信號接收模塊8之間通過通信模塊11進行通信，通信模塊11為RS485通信總線；紅外接收處理模塊5與第二控制模塊1之間設置第一信號調理模塊，第一信號調理模塊包括依次電連接的第一A/D轉換模塊12和第一放大模塊13；超聲波接收處理模塊7與第二控制模塊1之間設置第二信號調理模塊，第二信號調理模塊包括依次電連接的第二A/D轉換模塊14和第二放大模塊15；

行走裝置包括支架16、位於支架16下端的行走輪17、行走輪驅動電機18、行走輪轉向裝置19、轉向驅動電機20、第三控制模塊21和位於支架16四周的距離感應模塊22，多個距離感應模塊22和遠程控制裝置的第一控制模塊9的輸出端均與第三控制模塊21的輸入端電連接，第三控制模塊21的輸出端分別與行走輪驅動電機18和轉向驅動電機20相連接，轉向驅動電機20控制行走輪轉向裝置18工作實現調節行走輪17的轉向。

實施例二

本實施例與實施一的結構基本相同，不同的是：行走裝置長期放置在GIS設備現場使用，信號發送模塊2與信號接收模塊8之間通過通信模塊11進行通信，通信模塊11為ZigBee通信模塊，紅外檢測模塊、超聲波檢測模塊採用間歇式工作，提高傳感器的工作穩定性和使用壽命，第一控制模塊9的輸出端還電連接有報警模塊23，報警模塊23採用聲光報警器，第二控制模塊1輸出端還電連接GIS設備現場的排風機（圖未示）。

實施例三

本實施例與實施一的結構基本相同，不同的是：支架16上設置攝像模塊24，攝像模塊24的輸入端與第三控制模塊21相連接，攝像模塊24將現場實拍視頻信號發送給第三控制模塊21，第三控制模塊21將視頻信號發送給第一控制模塊9，並通過信號處理模塊10展示給現場管理人員，本結構設計有利於觀察現場漏氣實景，特別是對於漏氣位置的判斷提供依據。

實施例四

本實施例與實施一的結構基本相同，不同的是：行走輪17包括位於後側的主動輪25和前側的從動輪26，行走輪驅動電機18、行走輪轉向裝置19均作用在主動輪25上，從動輪26為三星輪；本結構設計在使用時，對於有臺階裝的障礙物從動輪26可以實現跨越效果，有效提高本發明的障礙通行率。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，本領域普通技術人員對本發明的技術方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發明技術方案的精神和範圍，均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。