一种新的基于全视角技术的高压设备在线巡检装置

潘斌，唐捷，李伟克，谢继强，杨维克

(1.广东电网公司韶关供电局，广东韶关512026；2.长沙电力职业技术学院，湖南长沙410131；3.长沙南网电气有限公司，湖南长沙410011)

一种新的基于全视角技术的高压设备在线巡检装置

潘斌1，唐捷1，李伟克1，谢继强2，杨维克3

(1.广东电网公司韶关供电局，广东韶关512026；2.长沙电力职业技术学院，湖南长沙410131；3.长沙南网电气有限公司，湖南长沙410011)

变电站的一些高压设备由于其位置、角度等原因，巡检人员难以看到设备安全状况，设备的安全运行存在安全隐患。经过研究、实验为现场巡检人员提供一种电力设备带电运行状态下开展全视角、近距离设备隐患排查的巡检装置。该巡检装置使用绝缘材料制作，具备遥控气动升降功能，能采集全视角设备影像并以无线方式将影像于手持智能终端上再现，完成目前常规方法所无法完成的高压设备全视角、全方位在线巡检。

:全视角；高压设备；在线巡检

变电站高压设备所处高度达数十米，设备顶部区域的电气和机械连接部件，包括铜铝过渡接头、绝缘套管、支柱瓷瓶或绝缘子、有载分解开关传动机构等，由于高度和视角的原因，运行人员在日常巡视中难以看到其设备安全状况。这些部件由于长期受电气或化学腐蚀、不平衡应力等影响，会导致局部腐蚀、变形、开裂等安全隐患，甚至发生断裂，造成严重的安全事故。如果未及时发现并消除这类安全隐患，电力系统的安全生产受到很大的威胁。为排除安全隐患，电力设备运维单位最常用的方法是在电力设备计划停电的情况下，由专业检修人员到达隐患所处的设备高空位置进行排查〔1〕。采取这种方法需要将电力设备操作停电、再安排工作人员登高检查，因此存在工作安排复杂、隐患发现效率低、时效性差等问题，并增加了高空作业人员的人身安全风险。

目前在针对电力设备部件带电巡检手段方面，除巡检人员到现场凭肉眼或望远镜检查以外，还有巡检智能机器人〔2〕，它可携带红外热像仪、可见光CCD等，对变电站设备开展全天候、全方位、全自主地无人值守巡检。但是，巡检机器人自身高度仅有1.1 m左右，同人工巡检一样，只能对变电站的高空设备进行 “仰视”检查，由于视角和高度原因存在无法视及的设备死角。其他应用较广的方法有红外成像法和超声波检测法，采取红外成像法可进行远距离、非接触性设备缺陷检测，但该方法只能反映设备发热异常并进行隐患分析，对传动部件等非电气部位隐患无能为力；采取超声波检测法〔3〕可检测到设备内部的裂纹和缺陷，但多数情况下需要停电进行接触式检测，检测要求高、工作量大，且有些设备部位根本无法检测。

本文的研究目的即为现场巡检人员提供一种可在电力设备带电运行状态下对其开展全视角、近距离设备隐患排查的有效工具。采用这种工具，能够对巡检人员由于其观察视角及所处高度等原因，无法有效发现的高压设备潜在隐患进行及时排查。在隐患排查过程中该工具可以提供高压设备在线健康状态的分析预判数据，确保变电站高压设备的安全稳定运行。可以实现高压设备在线巡检无需停电，而且巡检的速度较以往大幅提高，有效的提升电力企业的工作效率与效益。

1 基于全视角技术的高压设备在线巡检装置构想

研究的总体目标是研制出一套基于全视角技术的高压设备在线巡检装置。基于上述使用需求，初步设计该装置构架见图1。

巡检装置关键部件使用绝缘材料，具备升降功能，能在轻型全视角图像采集云台上采集设备影像并将影像于手持平板设备 (预装配套客户端软件)上再现。在使用时，通过客户端操控软件，巡检人员只要对手持设备做简单操作，就可在高压设备带电运行情况下，完成目前常规方法所无法完成的高压设备全视角、全方位在线巡检。

依照该装置的主要特点，研究内容主要包括4个子任务:基于 “移动互联网”技术的抗干扰可见光CCD(图像控制器)研发；绝缘升降机构材料及模具的研究与设计；轻型全视角图像采集云台及便携式可移动绝缘升降机构研发；移动智能终端(智能手机、平板电脑等)操控软件研发。

图1 全视角在线巡检装置集成架构示意图

2 基于 “移动互联网”技术的抗干扰可见光CCD研发

可见光CCD(图像控制器)可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现〔4〕。实际使用中，通常将获取的图像通过电缆传送到电脑终端进行处理和复现，但由于本文研制的全视角在线巡检装置需要具备在高电压、强电场环境下使用时的绝缘和抗干扰性能，因此拟基于“移动互联网”技术，将可见光CCD获取的设备细节图像通过移动互联网、采取无线方式传输到移动智能终端 (智能手机、平板电脑)进行处理和复现。

ADDI9020是一款高集成度CCD信号处理器，该CCD信号处理器具备完整的前端电路，包括:黑电平钳位、可变增益CDS(缩短请求响应时间)以及1个12 bit的ADC(模数变换器)；可编程时序发生器可以提供所有必须的CCD时钟:RG、H时钟 (5个)、V时钟 (12个)、传感器门限脉冲、基底时钟以及基底偏置控制；60 MHz的ADC；7个GPIO通用端口，用于系统功能。作者在CCD的设计上初步考虑采用基于ADDI9020的CCD摄像机的前端方案。该方案最高可支持到1280(H) ×720(V)＠30Frame/s的视频格式〔5〕。

3 绝缘升降机构材料及制作工艺的研究与设计

1)绝缘材料的选择

要安全、可靠地实现高压设备带电状态下的全视角巡检，一个必要的前提是升降机构必须符合电气绝缘性能、支撑性能、气动性能的要求。根据气压驱动型升降机构的初步设计，要实现升降机构符合绝缘性能，各节升降杆必须使用绝缘材料制作；同时要实现升降功能，还要符合支撑性能、气动性能的要求，各节升降杆又必须具有一定的强度以及较好的机械性能。国内外尚无过使用绝缘材料制作气压驱动型升降机构升降杆的先例，选取合适的绝缘材料这是作者面临的技术难点之一。

该绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和耐压强度，并能避免发生漏电、击穿等事故；其次耐热性能要好，不会因长期受热而老化变质；此外，还应有良好的导热性、耐潮性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。

通过对绝缘材料进行性能分析，选取环氧树脂作为升降机构主支撑的绝缘材料。环氧树脂具有优良的物理机械和绝缘性能、与各种材料的粘接性能、以及其使用工艺的灵活性是其他热固性塑料所不具备的〔6〕。因此它能制成复合材料、模压材料、注射成型材料和挤压拉拔成型材料。

2)制作气动绝缘杆工艺的研究与设计

为了制作气动绝缘杆，使其不但具备绝缘杆的支撑功能，还要具备气压驱动型升降机构的气动缸功能，需要研究气动绝缘杆的成型技术，设计气动绝缘杆的一体化成形模具，研制符合全视角在线巡视性能要求的绝缘气动缸。

环氧树脂的高压电气制品目前普遍采用真空浇注成型技术，但浇注制品内部和表面的气隙和气泡，产生裂纹和内部应力，特别是表面不平整等缺陷达不到气动缸的运动工艺要求和强度要求。

气动绝缘杆因为形状特殊，且同时要满足缸体和杆体二种功能要求，强度和工艺性能要求高，达不到要求就容易产生爆裂或卡死。经过对环氧树脂的各种成型工艺反复的试验，采用模拟气动杆的运动过程实现的挤压拉拔成型工艺制作出的气动绝缘杆比较符合气动缸的各项工艺和强度要求。但是环氧树脂必须经过特殊工艺改造后才能够实现工艺要求。

4 轻型全视角图像采集云台及便携式可移动绝缘升降机构研发

变电站高压设备的高度达数十米，在设备带电运行情况下，巡检人员或智能巡检机器人由于视角和高度原因，根本无法及时发现设备顶部等 “看不到”或 “看不清”的死角位置隐患。为扩展和延伸观察范围，需要开发可集成可见光 CCD的“轻型全视角图像采集云台”及 “便携式可移动绝缘升降机构”。

1)轻型全视角图像采集云台

“轻型全视角图像采集云台”是安装、固定CCD的支撑设备，可保证摄像头实现水平360°旋转和不同仰、俯角运转，以获得更大的视角拍摄设备细节图像。轻型全视角图像采集云台支持调整摄像头焦距、景深、光圈，以便于获得更好的图像采集效果。云台内置电源模块、wifi模块、通讯管理单元，为云台的运转提供动力，可以灵活组建无线环境，并将CCD获取的图像采取无线方式传输到地面巡检人员携带的移动智能终端 (智能手机、平板电脑)上进行处理。为了便于移动升降机构稳定托举，云台的结构采用紧凑型轻型设计。如图2所示。

图2 云台结构设计图

2)便携式可移动绝缘升降机构

目前使用的自动升降机构有多种类型，从起升结构形式上一般分为圆柱形、方柱形和人字塔形。从驱动形式上分有电动型、液压型、气动型。不同形式的升降装置有其各自的特点，根据使用条件、使用要求的不同有着各自的适应范围。

研制的 “便携式可移动绝缘升降机构”主要用于支撑和托举轻型全视角云台，并可根据待巡检设备的实际情况将云台送达合适的高度。因此升降机构必须符合电气绝缘性能，并满足电气耐压和支撑性能要求。变电站检测点分布很广，为便于巡检人员携带和操作，升降机构要做可移动式轻量化设计。综上所述，该升降机构拟采用气压驱动型。

5 移动智能终端 (智能手机、平板电脑等)操控软件研发

为了使巡检人员能够在地面安全距离以外、手持移动智能终端即可实现对高空中全视角图像采集云台的控制，还必须开发基于移动互联网和智能终端应用操作软件。通过终端操控软件，巡检人员只要对手持设备做简单操作，就可在高压设备带电运行情况下，完成目前常规方法所无法完成的高压设备全视角、全方位在线巡检。

6 小结

本文研发的这种新的基于全视角技术的高压设备在线巡检装置，能在电力设备带电运行状态下对其开展全视角、近距离设备隐患排查，解决的目前对设备停电在安排检查过程中工作流程复杂、隐患发现效率低、时效性差等问题，并有效保障了作业人员的人身安全风险。

〔1〕陈贵亮，聂晓涛，黄强，等.专业巡检在电力设备状态检修中的重要作用 〔J〕.安徽电力，2003(2):57-59.

〔2〕周立辉，张勇生，孙勇，等.智能变电站巡检机器人研制及应用 〔J〕.电力系统自动化，2011，35(19):85-88.

〔3〕李德军，沈威，郭志强.GIS局部放电常规检测和超声波检测方法的应用比较 〔J〕.高压电气，2009，45(3):99-103.

〔4〕许文海，吴厚德，等.超高分辨率CCD成像系统的设计 〔J〕.光学精密工程，2012，20(7):1603-1610.

〔5〕夏元杰，段红建，石欣，等.多视场定焦距CCD摄像系统结构设计及调校 〔J〕.光学应用，2012，33(2):2400-2404.

〔6〕刘晓蓓，王晓洁，惠雪梅.耐高温环氧树脂研究进展 〔J〕.玻璃钢/复合材料，2013(3):118-121.

New On-line Inspection Device for High Voltage Equipment Based on Full-angle View Technology

PAN Bing1，TANG Jie1，LI Weike1，XIE Jiqiang2，YANG Weike3
(1.Guangdong Grid Co Shaoguan Power Supply Bureau，Shaoguan 512026，China；2.ChangSha Electric Power Technical College，Changsha 410131，China；3.Changsha Southern Grid Electric Co.，Ltd.，Changsha 410011，China)

The inspection personnel are difficult to see the safety status because of the position and angle of some high-voltage equipments in substation.And the potential safety hazards will bring a great threat to the safe operation of equipment.After the study and experiment the author proposed an inspection device which can carry out full-angle and close-range inspection for protential defects for operating equipment.The inspection device is made of insulating material equipped with remote control pneumatic lifting.Itcan capture the image offull angle and wirelessly transmitimages to hand-held intelligentterminal，helping to inspect the high-voltage equipment with the full-angle and close-range view，which cannotbe completed by the conventional method.

full-view angle；high-voltage equipment；inspection device；on-line inspection

TN881；TM919.8

:B

:1008-0198(2017)02-0060-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.02.014

2017-01-11

南方电网公司科技项目 (GDKJXM00000051)

潘斌(1967)，本科，高级工程师，主要从事电力系统生产技术及设备管理工作。

唐捷(1979)，博士，高级工程师，主要从事电力系统状态检修、营销客服、需求侧管理等工作。