專利名稱：基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力設備故障監(jiān)測技術領域，特別涉及一種以局部放電信號檢測為基礎，配合視頻故障圖像采集方式的電力設備內窺系統(tǒng)。
背景技術：
隨著電力事業(yè)的發(fā)展，對電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電站以及輸電線路中電力設備長 期穩(wěn)定運行要求越來越高，為預防電力設備突發(fā)故障的發(fā)生，往往需要定期對電力設備進 行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。目前對電力設備的檢查和維護往往是根據(jù)工作人員的經(jīng)驗判斷， 進行定期的檢查和維護，這種方式往往會造成設備資源不必要的浪費，并且不能及時發(fā)現(xiàn) 電力設備內部的一些小故障，而只有在小故障演變成嚴重故障，甚至出現(xiàn)電力設備損壞的 時候才能被發(fā)現(xiàn)，從而造成了極大的經(jīng)濟損失，降低了電力設備的運行效率，不能做到及時 發(fā)現(xiàn)電力設備的故障，做到防范于未然。在專利號為ZL200720125217. 0的中國實用新型專利中公開了一種基于嵌入式計 算機的電力設備內窺系統(tǒng)，該系統(tǒng)同時對電力設備進行圖像采集與紫外線放電檢測，在一 定程度上可以檢測電力設備的絕緣劣化狀況、設備損傷和工件內部狀態(tài)，但是其自動化程 度不高，攝像裝置的位置與朝向不能動態(tài)調整，給檢測操作帶來不便。

發(fā)明內容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種基于局部放電信號的電力設備視 頻檢測裝置，能動態(tài)調整攝像裝置的位置，以實現(xiàn)最佳的故障視頻圖像采集。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，包括 軸桿、垂直升降電機、水平旋轉電機、紫外線傳感電路、控制電路和攝像裝置，垂直升降電機 和水平旋轉電機的控制輸入端與控制電路的控制輸出端電連接，所述紫外線傳感電路和攝 像裝置的信號輸出端與控制電路的信號輸入端電連接；所述紫外線傳感電路和攝像裝置固 定在底盤上，可在垂直升降電機帶動下做升降運動，在水平旋轉電機帶動下沿軸向水平旋 轉；所述紫外線傳感電路包括至少4個紫外線傳感器，4個紫外線傳感器沿軸向均勻地分布 設置。進一步，所述軸桿上設置有沿軸桿垂直運動的底盤，4個紫外線傳感器沿垂直于軸 向水平均勻地固定安裝在底盤上；進一步，攝像裝置的拍攝方向與其中一個紫外線傳感器的朝向相同；進一步，所述基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置還包括發(fā)光源，所述發(fā) 光源朝向與攝像裝置拍攝方向相同；進一步，所述基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置還包括無線通訊模塊， 所述無線通訊模塊用于與控制電路電連接，用于與遠程監(jiān)控終端進行通信；本發(fā)明還公開上述基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置的檢測方法，包括 如下步驟
1)紫外線傳感器檢測的放電信號，經(jīng)過二階模擬低通濾波放大、AD轉換后輸出到 控制電路；2)控制電路比較各紫外線傳感器的輸出幅值，確定最大2個輸出幅值Vmaxl，Vmax2所 對應的2個紫外線傳感器的夾角方向即為局部放電點方向，并通過如下方法計算出和攝像 頭相同方向的紫外傳感器與局部放電點夾角9的大小，以及最優(yōu)的攝像頭旋轉角度；3)根據(jù)步驟2)中計算的攝像頭旋轉的角度，控制水平旋轉電機帶動底盤進行相 應的水平旋轉運動，使得拍攝方向朝向局部放電點；4)完成步驟3)后，控制垂直升降步進電機沿垂直方向向上運動，實時采集紫外傳 感器的當前輸出幅值Y(h)，進行平滑濾波處理；如果紫外傳感器的輸出幅值Y(h)增大，繼 續(xù)向上運動，直到紫外傳感器的當前輸出幅值Y(h)剛好減小為止；如果紫外傳感器的輸出 幅值Y(h)減小，改變運動方向，紫外傳感器的當前輸出幅值Y(h)逐步增大，直到Y(h)剛好 減小為止，記錄下此時刻的位置h ；5)重復一次上述步驟2)、3)、4)，控制水平旋轉電機在正負15°度范圍進行微動 調節(jié)，使得與攝像裝置相同朝向的紫外線傳感器輸出幅值最大，控制垂直升降步進電機在 步驟4)確定的位置h的正負15cm范圍內微動調節(jié)，使得攝像裝置相同朝向的紫外線傳感 器輸出幅值達到最大，即攝像頭拍攝方向正對局部放電點；6)開啟發(fā)光源和攝像裝置，對局部放電點進行拍攝，并采集紫外線放電信號。進一步，攝像頭相同方向的紫外傳感器與局部放電點夾角e的計算如下所述令f(a)為紫外傳感器在方向a上的探測靈敏度，a以1°為變化量，根據(jù) 式f(a)/f(90° -a)，計算出a在0° _45°之間變化時的數(shù)值，可以得到一張存儲表 Angle_Table02個紫外線傳感器檢測放電輸出的幅值VMXl，Vmax2與夾角e有如下關系成立 根據(jù)Vmx1/V_2的取值在Anglejable表中查出e值的大??；進一步，所述水平選裝電機為步進電機，最優(yōu)攝像頭旋轉角度的計算方法如下所 述如果Vmaxl = V^V^ = V2，步進電機逆時針旋轉e角度，如果vmaxl = v^v^ = v4, 步進電機順時針旋轉9角度；如果乂一二^^一二^，步進電機逆時針旋轉e+90°角度，如果vmaxl = v2，v_2 = Vi，步進電機逆時針旋轉90° -e角度；如果Vmaxl = V3, Vmax2 = V4，步進電機順時針旋轉180° -0角度，如果Vmaxl = V3, vfflax2 = v2，步進電機逆時針旋轉180° - e角度；如果Vmaxl = V4,Vmax2 = Vi，步進電機逆時針旋轉90° - e角度，如果Vmaxl = V4,Vmax2 = V3，步進電機順時針旋轉90° +0角度；進一步，步驟6)之后還包括如下步驟控制電路將攝像裝置獲取的圖像信號和紫 外線放電信號傳輸?shù)竭h程控制終端；進一步，還包括如下步驟遠程控制終端向控制電路發(fā)出控制命令，遠程控制并調 整攝像裝置的拍攝方向。
本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠將圖像采集與局部放電檢測有機地相結合，利用局部放 電檢測結果動態(tài)地調整攝像裝置的位置和朝向，能夠能更好的檢測、監(jiān)護電力設備內部的 異物存在和電力設備內部絕緣裂化等放電現(xiàn)象，滿足電力設備狀態(tài)監(jiān)測和設備檢修的特殊 需求。在進一步的技術方案中，可通過遠程控制終端無線接收攝像裝置獲取的視頻信號，并 可實現(xiàn)遠程無線控制攝像裝置的高度位置和水平朝向，從而實現(xiàn)最佳角度的故障視頻圖像 采集。本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實踐中得到教導。本發(fā)明的目標和其它優(yōu)點可以通過下面的說明書，權利要 求書，以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


圖1示出了基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置的結構示意圖；圖2示出了基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置中電路連接結構示意圖；圖3示出了基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置中紫外傳感器安裝位置 示意圖；圖4示出了基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置中攝像裝置及LED的結構 示意圖；圖5示出了基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置中紫外傳感器方向靈敏 度示意圖；圖6示出了基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置的檢測方法流程示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進行說明。參見圖1、2，本實施例的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，包括軸桿 1、垂直升降電機2、水平旋轉電機3、紫外線傳感電路4、控制電路5、攝像裝置6、無線通信模 塊7和箱體8，所述軸桿1設置于箱體8下方，垂直升降電機2和水平旋轉電機3為步進電 機，控制電路5為嵌入式計算機系統(tǒng)，無線通訊模塊7選用GPRS模塊，垂直升降電機2和水 平旋轉電機3的控制輸入端與控制電路5的控制輸出端電連接，所述紫外線傳感電路4和 攝像裝置6安裝在底盤10上。紫外線傳感電路4和攝像裝置6的信號輸出端與控制電路 5的信號輸入端電連接，紫外線傳感電路4將檢測信號輸出到控制電路5，所述底盤10可在 垂直升降電機2的帶動下做升降運動，在水平旋轉電機3帶動下沿軸向旋轉，控制電路5對 垂直升降電機2和水平旋轉電機3的運轉進行控制，以調整紫外線傳感電路4和攝像裝置6 的位置與朝向，控制電路5還可將攝像裝置6獲取的圖像信號通過無線通信模塊7發(fā)送至 遠程監(jiān)控終端9，并接收遠程監(jiān)控終端9的控制指令，對垂直升降電機2和水平旋轉電機3 的運轉進行控制；所述紫外線傳感電路4包括4個紫外線傳感器41 (如光電倍增管)和放 大濾波、A/D轉換等相關外圍電路組成；軸桿1上固定設置有底盤10，參見圖3，4個紫外線 傳感器41、42、43、44沿周向均勻地固定設置在底盤10上，每個光電倍增管的傳感器輸入部 份采用濾光片進行濾光，并用遮光漏斗進行檢測方向的限制，確保每個紫外信號傳感器的水平，垂直檢測范圍大于90度，一般控制在135度左右，并且每2個紫外傳感器的檢測區(qū)域 還存在一定的交疊檢測區(qū)域，確保沒有漏檢的死區(qū)存在，這樣就可以確保4個紫外傳感器 能夠進行360度全方位的紫外信號檢測；當電力設備內部發(fā)生高壓局部放電的時候，會輻 射出紫外光信號，因為紫外傳感器接收的是空間360度的紫外輻射信號，所以任何一個方 向發(fā)生局部放電，輻射出來的紫外信號都能夠由底盤上某兩個相鄰面上的紫外傳感器檢測 到。由于4個紫外傳感器都是同一型號的光電倍增管，并且放大濾波的檢測電路也做了一 致性的校準，因此具有相同的方向靈敏度和指向性，靈敏度特性如圖5所示；攝像裝置6的 拍攝方向與紫外線傳感器41的朝向相同；參見圖4，攝像裝置6的攝像頭61周圍可布置多 個LED燈珠62為發(fā)光源，其朝向與攝像頭61拍攝方向相同，以照亮拍攝部位。參見圖6，上述基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置的檢測方法，包括如下 步驟1)通過無線GPRS通信模塊，在控制電路與遠程監(jiān)控終端之間建立遠程監(jiān)控連接；2)啟動數(shù)據(jù)采集線程，開啟并初始化攝像裝置與紫外線傳感電路；并判斷攝像裝 置與紫外線傳感電路是否出現(xiàn)初始化錯誤，如是，報告遠程監(jiān)控終端，如否，則執(zhí)行下一步 驟；3)紫外線傳感器實時監(jiān)測局部放電是輻射出的紫外線信號，并經(jīng)紫外線傳感電路 放大、濾波處理后，通過模擬數(shù)字(AD)轉換輸出到控制電路；4)控制電路比較各紫外線傳感器的輸出幅值義，^1是否大于設定閾值1. 0V。 如果輸出信號沒有大于設定閾值1.0V，則回到繼續(xù)監(jiān)控狀態(tài)，否則對輸出幅值\，\，v3，v4 進行從大到小排序。控制電路比較各紫外線傳感器的輸出幅值，確定最大2個輸出幅值VMXl，Vmax2所對 應的2個紫外線傳感器的夾角方向即為局部放電點方向，并通過如下方法計算出和攝像頭 相同方向的紫外傳感器與局部放電點夾角9的大小，以及最優(yōu)的探頭旋轉角度；①攝像頭相同方向的紫外傳感器與局部放電點夾角e的計算令f(a)為紫外傳感器在方向a上的探測靈敏度，a以1°為變化量，根據(jù) 式f(a)/f(90° -a)，計算出a在0° _45°之間變化時的數(shù)值，可以得到一張存儲表 Angle_Table02個紫外線傳感器檢測放電輸出的幅值Vmaxl，Vmax2與夾角e有如下關系成立 根據(jù)Vmaxl/Vmax2的取值在Anglejable表中查出9值的大小。②最優(yōu)攝像頭旋轉角度的計算如果vmaxl = v^v^ = v2，步進電機逆時針旋轉e角度，如果vmaxl = v^v^ = v4, 步進電機順時針旋轉9角度；如果乂一二^^一二^，步進電機逆時針旋轉e+90°角度，如果vmaxl = v2，v_2 = Vi，步進電機逆時針旋轉90° -e角度；如果Vmaxl = V3, Vmax2 = V4，步進電機順時針旋轉180° -0角度，如果Vmaxl = V3, vfflax2 = v2，步進電機逆時針旋轉180° - e角度；如果vmaxl = v4,vmax2 = Vi，步進電機逆時針旋轉90° - e角度，如果vmaxl = v4,vmax2= V3，步進電機順時針旋轉90° +θ角度；5)將攝像頭旋轉的角度量化為控制步進電機運行的脈沖步數(shù)，控制電路根據(jù)旋轉 方向和脈沖數(shù)，控制水平旋轉電機帶動底盤進行相應的水平旋轉運動，使得拍攝方向朝向 局部放電點；6)完成步驟5)后，控制垂直升降步進電機沿垂直方向向上運動，實時采集紫外傳 感器的當前輸出幅值Y(h)，進行平滑濾波處理。如果紫外傳感器的輸出幅值Y(h)增大，繼 續(xù)向上運動，直到紫外傳感器的當前輸出幅值Y(h)剛好減小為止；如果紫外傳感器的輸出 幅值Y(h)減小，改變運動方向，紫外傳感器的當前輸出幅值Y(h)逐步增大，直到Y(h)剛好 減小為止，記錄下此時刻的位置h。7)重復一次上述步驟4)、5)、6)，控制水平旋轉電機在正負15°度范圍進行微動 調節(jié)，使得與攝像裝置相同朝向的紫外線傳感器輸出幅值最大，控制垂直升降步進電機在 步驟6)確定的位置h的正負15cm范圍內微動調節(jié)，使得攝像裝置相同朝向的紫外線傳感 器輸出幅值達到最大，即攝像頭拍攝方向正對局部放電點；由于此時與攝像裝置相同朝向的紫外線傳感器在水平方向、垂直方向都正對局部 放電的故障點，所以與攝像裝置相同朝向的紫外線傳感器入射的紫外信號最多，輸出的強 度最大，而攝像裝置的拍攝方向也朝向局部放電的故障點；8)采集視頻信號和紫外線檢測信號；9)將視頻信號和紫外線檢測信號通過無線通信模塊傳輸?shù)竭h程控制終端；10)結束采集，關閉設備。此外，還可使用遠程控制終端向控制電路發(fā)出控制命令，根據(jù)局部放電故障診斷 的需要，遠程監(jiān)控終端可以通過無線GPRS模塊調整攝像裝置的拍攝方向和角度，從而達到 直觀的視頻監(jiān)測與診斷的目的。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領域的技術人 員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的 這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些 改動和變型在內。
權利要求
基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，其特征在于包括軸桿、垂直升降電機、水平旋轉電機、紫外線傳感電路、控制電路和攝像裝置，垂直升降電機和水平旋轉電機的控制輸入端與控制電路的控制輸出端電連接，所述紫外線傳感電路和攝像裝置的信號輸出端與控制電路的信號輸入端電連接；所述紫外線傳感電路和攝像裝置固定在底盤上，可在垂直升降電機帶動下做升降運動，在水平旋轉電機帶動下沿軸向水平旋轉；所述紫外線傳感電路包括至少4個紫外線傳感器，4個紫外線傳感器沿軸向均勻地分布設置。
2.如權利要求1所述的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，其特征在于所 述軸桿上設置有沿軸桿垂直運動的底盤，4個紫外線傳感器沿垂直于軸向水平均勻地固定 安裝在底盤上。
3.如權利要求2所述的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，其特征在于攝 像裝置的拍攝方向與其中一個紫外線傳感器的朝向相同。
4.如權利要求3所述的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，其特征在于所 述基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置還包括發(fā)光源，所述發(fā)光源朝向與攝像裝置 拍攝方向相同。
5.如權利要求1所述的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，其特征在于所 述基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置還包括無線通訊模塊，所述無線通訊模塊用 于與控制電路電連接，用于與遠程監(jiān)控終端進行通信。
6.使用如權利要求1至5中任一項所述的基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置 的檢測方法，其特征在于包括如下步驟1)紫外線傳感器檢測的放電信號，經(jīng)過二階模擬低通濾波放大、AD轉換后輸出到控制 電路；2)控制電路比較各紫外線傳感器的輸出幅值，確定最大2個輸出幅值Vmaxl，Vfflax2所對應 的2個紫外線傳感器的夾角方向即為局部放電點方向，并通過如下方法計算出和攝像頭相 同方向的紫外傳感器與局部放電點夾角θ的大小，以及最優(yōu)的攝像頭旋轉角度；3)根據(jù)步驟2)計算的攝像頭旋轉角度，控制水平旋轉電機帶動底盤進行相應的水平 旋轉運動，使得拍攝方向朝向局部放電點；4)完成步驟3)后，控制垂直升降步進電機沿垂直方向向上運動，實時采集紫外傳感器 的當前輸出幅值Y(h)，進行平滑濾波處理；如果紫外傳感器的輸出幅值Y(h)增大，繼續(xù)向 上運動，直到紫外傳感器的當前輸出幅值Y(h)剛好減小為止；如果紫外傳感器的輸出幅值 Y(h)減小，改變運動方向，紫外傳感器的當前輸出幅值Y(h)逐步增大，直到Y(h)剛好減小 為止，記錄下此時刻的位置h;5)重復一次上述步驟2)、3)、4)，控制水平旋轉電機在正負15°度范圍進行微動調節(jié)， 使得與攝像裝置相同朝向的紫外線傳感器輸出幅值最大，控制垂直升降步進電機在步驟4) 確定的位置h的正負15cm范圍內微動調節(jié)，使得攝像裝置相同朝向的紫外線傳感器輸出幅 值達到最大，即攝像頭拍攝方向正對局部放電點；6)開啟發(fā)光源和攝像裝置，對局部放電點進行拍攝，并采集紫外線放電信號。
7.如權利要求6所述的檢測方法，其特征在于攝像頭相同方向的紫外傳感器與局部 放電點夾角θ的計算如下所述令f (α)為紫外傳感器在方向α上的探測靈敏度，α以1°為變化量，根據(jù)式f ( α ) /f(90° -α)，計算出α在0° _45 °之間變化時的數(shù)值，可以得到一張存儲表Angle_ Table02個紫外線傳感器檢測放電輸出的幅值乂-工，Vmax2與夾角θ有如下關系成立 K^,丨m = Vmax2 //(90。-θ) ΚΘ)//(90。-Θ) = Vmax, /I^rax2根據(jù)Vmaxl/Vmax2的取值在Anglejable表中查出θ值的大小。
8.如權利要求6所述的檢測方法，其特征在于所述水平選裝電機為步進電機，最優(yōu)攝 像頭旋轉角度的計算方法如下所述如果Vfflaxl = V1, Vfflax2 = V2,步進電機逆時針旋轉θ角度，如果Vfflaxl = V1, Vfflax2 = V4,步 進電機順時針旋轉θ角度；如果Vmaxl = V2, Vfflax2 = V3,步進電機逆時針旋轉θ +90°角度，如果Vmaxl = V2, Vfflax2 = V1,步進電機逆時針旋轉90° -θ角度；如果Vmaxl = V3, Vfflax2 = V4,步進電機順時針旋轉180° - θ角度，如果Vmaxl = V3, Vmax2 = V2，步進電機逆時針旋轉180° -θ角度；如果Vmaxl = V4, Vfflax2 = V1,步進電機逆時針旋轉90° - θ角度，如果Vmaxl = V4, Vfflax2 = V3，步進電機順時針旋轉90° +θ角度。
9.如權利要求6至8中任一項所述的檢測方法，其特征在于步驟6)之后還包括如下 步驟控制電路將攝像裝置獲取的圖像信號和紫外線放電信號傳輸?shù)竭h程控制終端。
10.如權利要求9所述的檢測方法，其特征在于還包括如下步驟遠程控制終端向控 制電路發(fā)出控制命令，遠程控制并調整攝像裝置的拍攝方向。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于局部放電信號的電力設備視頻檢測裝置，利用局部放電檢信號實時動態(tài)地調整攝像裝置的位置和朝向，以實現(xiàn)最佳的故障視頻圖像采集，滿足電力設備狀態(tài)監(jiān)測和設備檢修的特殊需求；包括軸桿、垂直升降電機、水平旋轉電機、紫外線傳感電路、攝像裝置和控制電路，垂直升降電機和水平旋轉電機的控制輸入端與控制電路的控制輸出端電連接，所述紫外線傳感電路和攝像裝置的信號輸出端與控制電路的信號輸入端電連接；所述紫外線傳感電路和攝像裝置固定在底盤上，可在垂直升降步進電機帶動下沿軸干做升降運動，在水平旋轉電機帶動下沿軸干做360度旋轉運動。所述紫外線傳感電路包括至少4個紫外線傳感器，4個紫外線傳感器沿周向均勻地與底盤相對固定設置；本發(fā)明提出一種上述裝置的快速局部放電定位與檢測方法，控制終端通過紫外線傳感電路檢測到的信號強弱來動態(tài)調整攝像裝置的位置和朝向，以實現(xiàn)最佳的局部放電故障點視頻圖像采集，滿足電力設備狀態(tài)監(jiān)測和設備檢修的特殊需求。
文檔編號H04N7/18GK101852835SQ201010143908
公開日2010年10月6日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者何為, 李春輝, 王偉明, 王平, 王林泓, 許琴 申請人:重慶大學