红外对接技术在可移动工频耐压测量平台中的应用

潘　翔　覃启铭　陈恒松　韩雪源

（国网安徽省电力公司芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000）

红外对接技术在可移动工频耐压测量平台中的应用

潘翔覃启铭陈恒松韩雪源

（国网安徽省电力公司芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000）

工频耐压试验是鉴定电气设备绝缘水平最有效、最直接的方法。为了提高实验平台的组装效率，节省人力和时间，本文将红外对接技术应用到可移动工频耐压测量平台中。测量平台利用安装在电动车架前端的两个红外传感器定位，根据得到的步进电机旋转角度参数，通过三角法就能计算出电动车架与实验变压器的相对位置，进而规划出测量平台对接过程和运动轨迹。测量平台沿着该轨迹行走就能实现与实验变压器的自动快速对接，目前该技术已得到成功应用。

红外对接技术；工频耐压装置；移动测量平台

近年来，随着电力科技的飞速发展，伴随而来的是更多输电网络的铺设和电力设备的投运。输变电设备在运行中，长期受到雨水、温度、电场和机械振动的影响，绝缘强度会逐渐发生变化，形成绝缘缺陷。研究表明，电力系统事故往往是由某一设备的绝缘破坏引起的，绝缘事故带来的经济损失远远超过电力设备本身的价值［1］。为了检验电力设备的绝缘性能，在设备安装前，必须进行交流耐压试验。工频耐压试验就是对电力设备施加一定的电压，并保持一定时间，检验电力设备绝缘承受各种电压的能力。工频耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，能有效地发现电气设备存在的绝缘缺陷，它对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义。

但是，在工频条件下，由于试验电压要求较高，对耐压试验装置的电源容量有较高的要求，500kV工频耐压装置单件体积大，重量重，灵活性较差。综上所述，迫切需要开发一种能够实现自动定位和对接的技术实现上述平台的快速精确对接。为此，研制了一种可移动、对接的新型工频耐压保护测量平台，将该系统的限流电阻、电容分压器安装在电动车架上组成平台，选用红外定位［2］及对接方法来实现测量平台的快速精确对接。

1　系统的构成及原理

1.1工频耐压试验装置

图1所示的500kV工频耐压试验装置由试验变压器、限流电阻、电容分压器组成。本文所涉及的测量平台就是将限流电阻、电容分压器安装在电动车架上所构成的平台，其中电动车架在电机的拖动下能够实现高度调节，任意方向和角度的移动等操作。

图1　500kV工频耐压试验装置

1.2红外对接原理

在该方法中，实验变压器固定位置不动，测量平台利用红外传感器定位，安装在电动车架前端连接件上的两个红外传感器分别在步进电机的驱动下旋转，它们发出的红外光分别被实验变压器连接件上的两个反射体反射回来。利用此时得到的步进电机旋转角度参数，通过三角法就能计算出电动车架与实验变压器的相对位置，进而规划出测量平台对接过程和运动轨迹。测量平台沿着该轨迹行走就能实现与实验变压器的对接。

测量平台的对接装置是由安装在实验变压器两侧的红外反射体和安装在电动车架前端同样高度的两个红外传感器构成［4］。这两个红外传感器分别由红外发射器和红外接收模块组成，能够在步进电机的驱动下进行旋转，且该步进电机由单片机控制。具体原理为，红外传感器能够向前方发射一束红外光，该红外光束碰到了红外反射体就会被反射回传感器，此时，红外传感器将光信号转换为电信号，即输出一个高电平或低电平，该电平被单片机接收并通与主机进行通讯。因此，根据红外传感器转过的角度就能够通过三角定位法确定测量平台和实验变压器的相对位置。

1.3对接过程

测量平台与实验变压器的对接过程分为两个阶段［3］。

靠近阶段：测量平台从初始位置沿着一条最短路径向试验变压器运动，运动到与实验变压器的距离小于红外传感器的最大测量距离的位置，且该位置位于实验变压器的一侧，这一阶段是在全局坐标系下描述的，相应的系统的实时位置由红外定位系统描述。

对接阶段：需要通过标准的坐标变换方法将测量平台的靠近坐标从全局坐标系转换到局部坐标系下，此时测量平台的实时位置信息就转换为局部坐标系下的位置信息，该测量平台是通过一对红外传感器进行位置测量，所用的方法为三角定位法，能够在微处理器的计算下实现自动设计运动轨迹，并实时调整测量平台与实验变压器的相对位置，最终实现实验变压器与测量平台的精确自动对接。

2　定位算法

对接过程中，描述测量平台的局部坐标系是以实验变压器两侧红外反射体连线的中点为原点，以反射体的连线为x轴，如图2所示。首先，让两个红外传感器从两传感器连线的平行方向开始旋转，当红外线被发射体反射回传感器并被接收时，红外传感器此时输出一个高电平，单片机即可通过红外传感的信号分别计算出步进电机转过的角度α1、α2、β1、β2。

图2　三角法求移动机器人的局部坐标

根据正弦定理，在△ABC中，有

得

同理，在△BCD中，有

根据余弦定理，在△ABC中，有

由以上各式可得γ的大小，则角θ=γ-（180°-α2）。

3　对接过程

当测量平台进入对接的初始状态，测量平台在原地逆时针旋转，直到能检测到实验变压器，然后对接系统利用红外传感器进行定位，得到图3中的θ，并进入靠近过程。

图3　对接过程中测量平台的运动

靠近过程：测量平台根据获得的位置信息原地旋转（90°-θ）度，使之与y轴垂直，然后沿x轴前进，直到测量平台的中心线位于y轴上，最后测量平台顺时针旋转90°，使它的另一条中心线与y轴重合，并进入对接过程。

对接过程：测量平台再次利用红外对接系统进行定位，判断测量平台的中心线与x轴的交点到原点的距离是否满足误差条件，如果满足该误差条件就进行对接，否则测量平台再次重复以上的工作，直到它与试验变压器的相对位置满足对接条件。对接后的测量平台实物如图4所示。

图4　测量平台实物图

4　结论

为了解决工频耐压试验装置中工器具的笨重、不易移动及占用空间大等问题，研制了一种可移动、对接的新型工频耐压保护测量平台，即将限流电阻、电容分压器安装在电动车架上组成平台，该平台可任意方向和角度移动。但是该平台的难点在于限流电阻与试验变压器的快速精确对接。本文利用红外对接技术实现了可移动工频耐压测量平台与实验变压器的对接。

［1］ 赖荣先. 变频串联谐振装置在交流耐压试验中的应用［D］. 广州： 华南理工大学， 2011.

［2］ 周文军. AGV小车柔性对接充电技术研究［J］. 轻工科技， 2015， 16（6）： 80-81， 93.

［3］ 王建中，刘晶晶. 微小型多机器人自重构的红外定位及对接方法［J］. 北京理工大学学报， 2006， 26（10）：879-882.

［4］ 王其东， 赵韩， 李岩， 等. 汽车双横臂式独立悬架机构运动特性分析［J］. 合肥工业大学学报（自然科学版）， 2001， 24（6）： 1066-1071.

The Application of Infrared Docking Technology in Mobile Power Frequency Withstand Voltage Measurement

Pan Xiang Tan Qiming Chen Huansong Han Xueyuan
（State Grid Anhui Electric Power Company， Wuhu Power Supply Company， Wuhu， Anhui 241000）

Power frequency withstand test is the most effective and direct method to identify the insulation of electrical equipment. In order to simplify the assembly process of power frequency withstand test， the infrared technology is applied to the mobile power frequency withstand voltage measurement platform. The transformer fixed position， the measurement platform using the two infrared sensors which installed in the front end of the electric vehicle frame for localization. According to the angle of the stepping motor， the relative position of the electric vehicle frame and the experimental transformer can be calculated by the triangle method， and then the measurement platform is planned. The measuring platform can be realized with the automatic quick docking of the experimental transformer along the path. This technology has been successfully applied.

infrared docking technology； power frequency voltage withstand device； mobile measurement platform

潘 翔（1989-），男，硕士研究生，工程师，主要从事变电运维检修相关工作。