基于局部放电信号的电力设备视频检测装置及其检测方法

摘要

本发明提出一种基于局部放电信号的电力设备视频检测装置，利用局部放电检信号实时动态地调整摄像装置的位置和朝向，以实现最佳的故障视频图像采集，满足电力设备状态监测和设备检修的特殊需求；包括轴杆、垂直升降电机、水平旋转电机、紫外线传感电路、摄像装置和控制电路，垂直升降电机和水平旋转电机的控制输入端与控制电路的控制输出端电连接，所述紫外线传感电路和摄像装置的信号输出端与控制电路的信号输入端电连接；所述紫外线传感电路和摄像装置固定在底盘上，可在垂直升降步进电机带动下沿轴干做升降运动，在水平旋转电机带动下沿轴干做360度旋转运动。所述紫外线传感电路包括至少4个紫外线传感器，4个紫外线传感器沿周向均匀地与底盘相对固定设置；本发明提出一种上述装置的快速局部放电定位与检测方法，控制终端通过紫外线传感电路检测到的信号强弱来动态调整摄像装置的位置和朝向，以实现最佳的局部放电故障点视频图像采集，满足电力设备状态监测和设备检修的特殊需求。

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备故障监测技术领域，特别涉及一种以局部放电信号检测为基础，配合视频故障图像采集方式的电力设备内窥系统。

背景技术

随着电力事业的发展，对电力系统中发电厂、变电站以及输电线路中电力设备长期稳定运行要求越来越高，为预防电力设备突发故障的发生，往往需要定期对电力设备进行状态监测和故障诊断。目前对电力设备的检查和维护往往是根据工作人员的经验判断，进行定期的检查和维护，这种方式往往会造成设备资源不必要的浪费，并且不能及时发现电力设备内部的一些小故障，而只有在小故障演变成严重故障，甚至出现电力设备损坏的时候才能被发现，从而造成了极大的经济损失，降低了电力设备的运行效率，不能做到及时发现电力设备的故障，做到防范于未然。

在专利号为ZL200720125217.0的中国实用新型专利中公开了一种基于嵌入式计算机的电力设备内窥系统，该系统同时对电力设备进行图像采集与紫外线放电检测，在一定程度上可以检测电力设备的绝缘劣化状况、设备损伤和工件内部状态，但是其自动化程度不高，摄像装置的位置与朝向不能动态调整，给检测操作带来不便。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提出一种基于局部放电信号的电力设备视频检测装置，能动态调整摄像装置的位置，以实现最佳的故障视频图像采集。

本发明的目的是这样实现的：基于局部放电信号的电力设备视频检测装置，包括轴杆、垂直升降电机、水平旋转电机、紫外线传感电路、控制电路和摄像装置，垂直升降电机和水平旋转电机的控制输入端与控制电路的控制输出端电连接，所述紫外线传感电路和摄像装置的信号输出端与控制电路的信号输入端电连接；所述紫外线传感电路和摄像装置固定在底盘上，可在垂直升降电机带动下做升降运动，在水平旋转电机带动下沿轴向水平旋转；所述紫外线传感电路包括至少4个紫外线传感器，4个紫外线传感器沿轴向均匀地分布设置。

进一步，所述轴杆上设置有沿轴杆垂直运动的底盘，4个紫外线传感器沿垂直于轴向水平均匀地固定安装在底盘上；

进一步，摄像装置的拍摄方向与其中一个紫外线传感器的朝向相同；

进一步，所述基于局部放电信号的电力设备视频检测装置还包括发光源，所述发光源朝向与摄像装置拍摄方向相同；

进一步，所述基于局部放电信号的电力设备视频检测装置还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块用于与控制电路电连接，用于与远程监控终端进行通信；

本发明还公开上述基于局部放电信号的电力设备视频检测装置的检测方法，包括如下步骤：

1)紫外线传感器检测的放电信号，经过二阶模拟低通滤波放大、AD转换后输出到控制电路；

2)控制电路比较各紫外线传感器的输出幅值，确定最大2个输出幅值V_max1，V_max2所对应的2个紫外线传感器的夹角方向即为局部放电点方向，并通过如下方法计算出和摄像头相同方向的紫外传感器与局部放电点夹角θ的大小，以及最优的摄像头旋转角度；

3)根据步骤2)中计算的摄像头旋转的角度，控制水平旋转电机带动底盘进行相应的水平旋转运动，使得拍摄方向朝向局部放电点；

4)完成步骤3)后，控制垂直升降步进电机沿垂直方向向上运动，实时采集紫外传感器的当前输出幅值Y(h)，进行平滑滤波处理；如果紫外传感器的输出幅值Y(h)增大，继续向上运动，直到紫外传感器的当前输出幅值Y(h)刚好减小为止；如果紫外传感器的输出幅值Y(h)减小，改变运动方向，紫外传感器的当前输出幅值Y(h)逐步增大，直到Y(h)刚好减小为止，记录下此时刻的位置h；

5)重复一次上述步骤2)、3)、4)，控制水平旋转电机在正负15°度范围进行微动调节，使得与摄像装置相同朝向的紫外线传感器输出幅值最大，控制垂直升降步进电机在步骤4)确定的位置h的正负15cm范围内微动调节，使得摄像装置相同朝向的紫外线传感器输出幅值达到最大，即摄像头拍摄方向正对局部放电点；

6)开启发光源和摄像装置，对局部放电点进行拍摄，并采集紫外线放电信号。

进一步，摄像头相同方向的紫外传感器与局部放电点夹角θ的计算如下所述：

令f(α)为紫外传感器在方向α上的探测灵敏度，α以1°为变化量，根据式：f(α)/f(90°-α)，计算出α在0°-45°之间变化时的数值，可以得到一张存储表Angle_Table。

2个紫外线传感器检测放电输出的幅值V_max1，V_max2与夹角θ有如下关系成立：

根据V_max1/V_max2的取值在Angle_Table表中查出θ值的大小；

进一步，所述水平选装电机为步进电机，最优摄像头旋转角度的计算方法如下所述：

如果V_max1＝V₁，V_max2＝V₂，步进电机逆时针旋转θ角度，如果V_max1＝V₁，V_max2＝V₄，步进电机顺时针旋转θ角度；

如果V_max1＝V₂，V_max2＝V₃，步进电机逆时针旋转θ+90°角度，如果V_max1＝V₂，V_max2＝V₁，步进电机逆时针旋转90°-θ角度；

如果V_max1＝V₃，V_max2＝V₄，步进电机顺时针旋转180°-θ角度，如果V_max1＝V₃，V_max2＝V₂，步进电机逆时针旋转180°-θ角度；

如果V_max1＝V₄，V_max2＝V₁，步进电机逆时针旋转90°-θ角度，如果V_max1＝V₄，V_max2＝V₃，步进电机顺时针旋转90°+θ角度；

进一步，步骤6)之后还包括如下步骤：控制电路将摄像装置获取的图像信号和紫外线放电信号传输到远程控制终端；

进一步，还包括如下步骤：远程控制终端向控制电路发出控制命令，远程控制并调整摄像装置的拍摄方向。

本发明的优点在于：能够将图像采集与局部放电检测有机地相结合，利用局部放电检测结果动态地调整摄像装置的位置和朝向，能够能更好的检测、监护电力设备内部的异物存在和电力设备内部绝缘裂化等放电现象，满足电力设备状态监测和设备检修的特殊需求。在进一步的技术方案中，可通过远程控制终端无线接收摄像装置获取的视频信号，并可实现远程无线控制摄像装置的高度位置和水平朝向，从而实现最佳角度的故障视频图像采集。

本发明的其它优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1示出了基于局部放电信号的电力设备视频检测装置的结构示意图；

图2示出了基于局部放电信号的电力设备视频检测装置中电路连接结构示意图；

图3示出了基于局部放电信号的电力设备视频检测装置中紫外传感器安装位置示意图；

图4示出了基于局部放电信号的电力设备视频检测装置中摄像装置及LED的结构示意图；

图5示出了基于局部放电信号的电力设备视频检测装置中紫外传感器方向灵敏度示意图；

图6示出了基于局部放电信号的电力设备视频检测装置的检测方法流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。

参见图1、2，本实施例的基于局部放电信号的电力设备视频检测装置，包括轴杆1、垂直升降电机2、水平旋转电机3、紫外线传感电路4、控制电路5、摄像装置6、无线通信模块7和箱体8，所述轴杆1设置于箱体8下方，垂直升降电机2和水平旋转电机3为步进电机，控制电路5为嵌入式计算机系统，无线通讯模块7选用GPRS模块，垂直升降电机2和水平旋转电机3的控制输入端与控制电路5的控制输出端电连接，所述紫外线传感电路4和摄像装置6安装在底盘10上。紫外线传感电路4和摄像装置6的信号输出端与控制电路5的信号输入端电连接，紫外线传感电路4将检测信号输出到控制电路5，所述底盘10可在垂直升降电机2的带动下做升降运动，在水平旋转电机3带动下沿轴向旋转，控制电路5对垂直升降电机2和水平旋转电机3的运转进行控制，以调整紫外线传感电路4和摄像装置6的位置与朝向，控制电路5还可将摄像装置6获取的图像信号通过无线通信模块7发送至远程监控终端9，并接收远程监控终端9的控制指令，对垂直升降电机2和水平旋转电机3的运转进行控制；所述紫外线传感电路4包括4个紫外线传感器41(如光电倍增管)和放大滤波、A/D转换等相关外围电路组成；轴杆1上固定设置有底盘10，参见图3，4个紫外线传感器41、42、43、44沿周向均匀地固定设置在底盘10上，每个光电倍增管的传感器输入部份采用滤光片进行滤光，并用遮光漏斗进行检测方向的限制，确保每个紫外信号传感器的水平，垂直检测范围大于90度，一般控制在135度左右，并且每2个紫外传感器的检测区域还存在一定的交叠检测区域，确保没有漏检的死区存在，这样就可以确保4个紫外传感器能够进行360度全方位的紫外信号检测；当电力设备内部发生高压局部放电的时候，会辐射出紫外光信号，因为紫外传感器接收的是空间360度的紫外辐射信号，所以任何一个方向发生局部放电，辐射出来的紫外信号都能够由底盘上某两个相邻面上的紫外传感器检测到。由于4个紫外传感器都是同一型号的光电倍增管，并且放大滤波的检测电路也做了一致性的校准，因此具有相同的方向灵敏度和指向性，灵敏度特性如图5所示；摄像装置6的拍摄方向与紫外线传感器41的朝向相同；参见图4，摄像装置6的摄像头61周围可布置多个LED灯珠62为发光源，其朝向与摄像头61拍摄方向相同，以照亮拍摄部位。

参见图6，上述基于局部放电信号的电力设备视频检测装置的检测方法，包括如下步骤：

1)通过无线GPRS通信模块，在控制电路与远程监控终端之间建立远程监控连接；

2)启动数据采集线程，开启并初始化摄像装置与紫外线传感电路；并判断摄像装置与紫外线传感电路是否出现初始化错误，如是，报告远程监控终端，如否，则执行下一步骤；

3)紫外线传感器实时监测局部放电是辐射出的紫外线信号，并经紫外线传感电路放大、滤波处理后，通过模拟数字(AD)转换输出到控制电路；

4)控制电路比较各紫外线传感器的输出幅值V₁，V₂，V₃，V₄是否大于设定阈值1.0V。如果输出信号没有大于设定阈值1.0V，则回到继续监控状态，否则对输出幅值V₁，V₂，V₃，V₄进行从大到小排序。

控制电路比较各紫外线传感器的输出幅值，确定最大2个输出幅值V_max1，V_max2所对应的2个紫外线传感器的夹角方向即为局部放电点方向，并通过如下方法计算出和摄像头相同方向的紫外传感器与局部放电点夹角θ的大小，以及最优的探头旋转角度；

①摄像头相同方向的紫外传感器与局部放电点夹角θ的计算

令f(α)为紫外传感器在方向α上的探测灵敏度，α以1°为变化量，根据式：f(α)/f(90°-α)，计算出α在0°-45°之间变化时的数值，可以得到一张存储表Angle_Table。

2个紫外线传感器检测放电输出的幅值V_max1，V_max2与夹角θ有如下关系成立：

根据V_max1/V_max2的取值在Angle_Table表中查出θ值的大小。

②最优摄像头旋转角度的计算

如果V_max1＝V₁，V_max2＝V₂，步进电机逆时针旋转θ角度，如果V_max1＝V₁，V_max2＝V₄，步进电机顺时针旋转θ角度；

如果V_max1＝V₂，V_max2＝V₃，步进电机逆时针旋转θ+90°角度，如果V_max1＝V₂，V_max2＝V₁，步进电机逆时针旋转90°-θ角度；

如果V_max1＝V₃，V_max2＝V₄，步进电机顺时针旋转180°-θ角度，如果V_max1＝V₃，V_max2＝V₂，步进电机逆时针旋转180°-θ角度；

如果V_max1＝V₄，V_max2＝V₁，步进电机逆时针旋转90°-θ角度，如果V_max1＝V₄，V_max2＝V₃，步进电机顺时针旋转90°+θ角度；

5)将摄像头旋转的角度量化为控制步进电机运行的脉冲步数，控制电路根据旋转方向和脉冲数，控制水平旋转电机带动底盘进行相应的水平旋转运动，使得拍摄方向朝向局部放电点；

6)完成步骤5)后，控制垂直升降步进电机沿垂直方向向上运动，实时采集紫外传感器的当前输出幅值Y(h)，进行平滑滤波处理。如果紫外传感器的输出幅值Y(h)增大，继续向上运动，直到紫外传感器的当前输出幅值Y(h)刚好减小为止；如果紫外传感器的输出幅值Y(h)减小，改变运动方向，紫外传感器的当前输出幅值Y(h)逐步增大，直到Y(h)刚好减小为止，记录下此时刻的位置h。

7)重复一次上述步骤4)、5)、6)，控制水平旋转电机在正负15°度范围进行微动调节，使得与摄像装置相同朝向的紫外线传感器输出幅值最大，控制垂直升降步进电机在步骤6)确定的位置h的正负15cm范围内微动调节，使得摄像装置相同朝向的紫外线传感器输出幅值达到最大，即摄像头拍摄方向正对局部放电点；

由于此时与摄像装置相同朝向的紫外线传感器在水平方向、垂直方向都正对局部放电的故障点，所以与摄像装置相同朝向的紫外线传感器入射的紫外信号最多，输出的强度最大，而摄像装置的拍摄方向也朝向局部放电的故障点；

8)采集视频信号和紫外线检测信号；

9)将视频信号和紫外线检测信号通过无线通信模块传输到远程控制终端；

10)结束采集，关闭设备。

此外，还可使用远程控制终端向控制电路发出控制命令，根据局部放电故障诊断的需要，远程监控终端可以通过无线GPRS模块调整摄像装置的拍摄方向和角度，从而达到直观的视频监测与诊断的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。