高压电力系统可用机器人来完成巡检工作

2019/11/11 10:35:41admin7

    我国电力设备发展十分迅速,装机量和保有量均位居世界前列,但目前我国电力传输设施以电力架空线为主,由此造成的事故也在逐年增多,而电力廊道的出现解决了这个问题。电力廊道,顾名思义,就是将电力塔和架空线放置在地下并进行组装所形成的地下配电网络。    

    鉴于电力系统的高压廊道长期处于高压、高辐射等复杂环境下,内部未知因素较多鉴于高压廊道长期处于高压、高辐射等复杂环境下,内部未知因素较多,而轮式、履带式和足式机器人无法跨越障碍物和地面积水的情况,广州友仪机电工程师为此提出了一种悬挂式巡检机器人。在电力廊道顶部铺设轨道,避开地面障碍物,防止机器人遇水短接宕机。巡检机器人通过控制直流电机来完成自主巡检, 其搭载网络摄像机、气体传感器、温湿度传感器、超声波测距等各类传感器完成环境数据采集,并通过无线网络将现场采集的数据传输到现场上位机。根据电力廊道现场环境要求,巡检机器人需要实现以下目标:不间断自主往返巡检、可手动控制、实时采集廊道内部温湿度和地面水位数据、实时采集可燃性气体浓度信息、自动报警等。   

    电力廊道空间大、内部环境复杂、环境相对恶劣、空气湿度大且含有可燃气体。我国对电力廊道的巡检任务一般都是由廊道巡检人员定期巡检和检修维护,但电力廊道内的多样的环境对巡检人员的安全以及电力廊道的安全运行造成了极大的威胁。

     一、硬件方案设计

    在检测机器人控制系统中,各硬件功能模块与微控制器相连,可与现场上位机或远程监控中心通信,当微控制器接收到上位机的控制指令后,机器人开始执行相应的指令, 并将廊道内部环境信息和自身情况实时传输到现场上位机。

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    二、廊道水位检测

    在电力廊道中,环境特殊,电缆设施长期处于地下,若遇到下雨天气,廊道地面容易积水,给巡检人员带来不便。在高压电力廊道巡检机器人上搭载MIK-ES型号超声波液位计,实时测量廊道地面积水的情况,避免地面积水过多而引起的电力短路、断路现象,因此检测廊道地面水位非常重要。当地面水位超过警戒值时,上传数据并发出报警信号。

    三、可燃气体浓度检测

     对电力廊道内运行环境状况的实时检测除了检测温湿度、地面水位以外,友仪还要对可燃气体的浓度进行实时检测。由于廊道内空气湿度大、气体成分复杂,不同气体差异性很大,需要对气体精确采集,应确保现场气体探测器可靠稳定地工作。

    四、通信系统

    电力廊道的数据采集装置与操作员站通过以太网构成数据采集与监视控制系统, 分为远程监控、现场控制两个部分,将采集到的实时数据(温湿度、地面水位、可燃气体浓度、剩余电量等)信息进行记录、远程上传;远程监控中心管理员通过分析接收到的数据,同时给机器人发送相应的指令,保障电力廊道的安全运行。

    五、机器人电池配置

    为了使巡检机器人能有效对电力廊道进行巡检,在廊道两端配置充电桩,及时为机器人充电,以满足机器人能单程行驶完全路程的所需电量,但必须考虑机器人在启停段内所需电量,即启停能耗。根据实验数据计算,在不考虑弯道消耗电量的情况下机器人在行驶过程中的额外损耗电量即为机器人启动、停止阶段所需消耗电量。

    六、软件系统设计

为实现电力廊道巡检机器人整体系统需求,使用STM32F407VET6单片机为主控芯片,并利用基于VisualBasic 6.0设计的客户端/服务器模式的现场上位机监控界面来进行系统功能测试。监控软件通过无线WiFi网络与巡检机器人时刻保持通信,并控制机器人运行。管理员根据采集的廊道信息做出分析与判断,当机器人检测的数据超过阈值时,上位机预警及报警系统发出报警信号,值班人员及时对相应设备进行检修。

    七、巡检流程设计

     巡检机器人接收到现场上位机的巡检指令后,机器人会启动并开启相应的设备, 向终点方向行驶,当到达第一个检测点时,机器人停止前进并对环境信息进行采集,停留时间为50s;检测完第一个点时,机器人沿轨道继续前进,到达下一个检测点时便会自动停止并进行检测。在巡检的过程中不断判断是否检测完途中的所有检测点,当机器人检测完沿途中所有点时,表明单次运行结束,此时需要判断机器人的剩余电量是否大于50%,若条件成立,则沿轨道返回向机器人起点方向行驶,检测返回途中的所有点,到达起点位置时,进行充电。

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