新型智能巡檢頭盔的研發(fā)與應(yīng)用

引言

隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度的不斷提高,電力巡檢設(shè)備更加趨于智能化、微型化。高壓電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)一直是電力系統(tǒng)檢測(cè)工作的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的人工巡檢方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、檢測(cè)質(zhì)量分散、檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、手段單一等缺點(diǎn),隨著巡視的工作量越來(lái)越大,人工巡檢的到位率、及時(shí)性、準(zhǔn)確度均無(wú)法保證。因此,在事故發(fā)生之前如果能準(zhǔn)確地得知現(xiàn)場(chǎng)各電力設(shè)備的溫度分布以及絕緣缺陷局部放電點(diǎn)定位情況,也就掌握了絕大多數(shù)電力設(shè)備的運(yùn)行狀況。

目前,電力設(shè)備紅外熱成像檢測(cè)方式主要包含便攜式紅外熱成像儀檢測(cè)和固定式紅外熱成像檢測(cè)兩種。采用便攜式紅外檢測(cè)裝置和固定式紅外檢測(cè)裝置都存在一些問(wèn)題。例如,運(yùn)檢人員通過(guò)固定安裝的紅外熱成像檢測(cè)裝置來(lái)監(jiān)控電力設(shè)備的運(yùn)行情況,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程端人工診斷決策。但是由于紅外檢測(cè)裝置的位置固定,難免存有死角。便攜式紅外檢測(cè)裝置由于其只能檢測(cè)發(fā)熱故障的特性,不能同時(shí)檢測(cè)電氣設(shè)備的絕緣缺陷定位等故障問(wèn)題,其雖然便攜,但巡檢工人往往需要持續(xù)托舉紅外成像儀進(jìn)行巡視檢測(cè),長(zhǎng)時(shí)間會(huì)存在疲勞、用戶體驗(yàn)不好等缺點(diǎn)。同時(shí)目前大部分的超聲波局部放電檢測(cè)設(shè)備,原理為將超聲波局部放電信號(hào)通過(guò)頻譜偏移至可聽(tīng)頻率范圍,再通過(guò)耳機(jī)接入巡檢工人耳朵,通過(guò)聽(tīng)覺(jué)來(lái)對(duì)局部放電點(diǎn)進(jìn)行搜索,該方式往往不能對(duì)真正放電點(diǎn)進(jìn)行有效的定位和檢測(cè)。

本文所述的新型智能巡檢頭盔結(jié)合紅外成像和超聲局部放電兩種傳感,將超聲放電信息融合疊加于紅外熱成像視頻流中,可以達(dá)到同時(shí)檢測(cè)放電和發(fā)熱兩種故障的效果,大幅提升了巡檢效率。

1設(shè)備采用技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1設(shè)備溫度信息采集

我們?nèi)搜勰軌蚋惺艿降目梢?jiàn)光波長(zhǎng)為0.38～0.78Lm。通常我們將比0.78Lm長(zhǎng)的電磁波稱為紅外線。自然界中,一切物體都會(huì)輻射紅外線,因此利用探測(cè)器測(cè)定目標(biāo)本身和背景之間的紅外線差,可以得到不同的紅外圖像,稱為熱圖像。同一目標(biāo)的熱圖像和可見(jiàn)光圖像是不同的,它不是人眼所能看到的可見(jiàn)光圖像,而是目標(biāo)表面溫度分布圖像,或者說(shuō),紅外熱圖像是人眼不能直接看到目標(biāo)的表面溫度分布,變成人眼可以看到的代表目標(biāo)表面溫度分布的熱圖像。通過(guò)這個(gè)熱圖像,就可以看到各個(gè)設(shè)備的表面溫度情況。

1.2超聲波局部放電檢測(cè)

設(shè)備超聲波局部放電信息通過(guò)核心控制器內(nèi)部的AD數(shù)據(jù)采集接口進(jìn)行采集,控制器將診斷結(jié)果的信息實(shí)時(shí)推送至LCos顯示器,同時(shí)用戶也可以按鍵選擇是否對(duì)超聲波的局部放電信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)。

1.3LC0S虛擬投影顯示器

LCos成像技術(shù),顯示分辨率為300×224:使用cortex-M4內(nèi)核處理器,運(yùn)行于180MHz頻率下,功耗不高于380mw。產(chǎn)品利用光學(xué)透鏡將LCos所顯示的圖像變焦到3m處,再通過(guò)棱鏡變換光路,使虛擬的圖像呈現(xiàn)在眼前。

2設(shè)備整體介紹及核心技術(shù)應(yīng)用

2.1設(shè)備實(shí)現(xiàn)原理

電力檢修、試驗(yàn)、巡檢及其他作業(yè)過(guò)程中電子化數(shù)據(jù)錄入、現(xiàn)場(chǎng)超聲波傳感數(shù)據(jù)及紅外熱成像圖像采集,采用傳統(tǒng)的紅外成像儀、超聲波局部放電檢測(cè)傳感器、PDA平板電腦的方式,需要作業(yè)人員中斷正在進(jìn)行的工作進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入或采集,嚴(yán)重影響作業(yè)過(guò)程。而電力智能巡檢設(shè)備作為安全帽可附加的附屬檢測(cè)設(shè)備（圖1）,通過(guò)按鍵與LCos微型顯示技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互。

圖#智能巡檢頭盔效果圖

2.2紅外熱成像機(jī)芯溫度檢測(cè)的應(yīng)用

新型巡檢頭盔搭載紅外熱成像機(jī)芯,可實(shí)現(xiàn)非接觸式的、高分辨率的溫度場(chǎng)成像,并能夠生成高質(zhì)量的圖像,可提供測(cè)量目標(biāo)的眾多信息,彌補(bǔ)人類肉眼觀察的不足。紅外熱成像機(jī)芯傳感器是利用紅外探測(cè)器和光學(xué)成像物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元件上,從而獲得紅外熱像圖,這種熱像圖與物體表面的熱分布場(chǎng)相對(duì)應(yīng)。

2.3超聲波局部放電檢測(cè)的應(yīng)用

該傳感設(shè)備能檢測(cè)出高壓絕緣設(shè)備缺陷故障及電氣局部放電所產(chǎn)生的超聲信號(hào)。其使用FPGA數(shù)字濾波硬件系統(tǒng),可有效濾除環(huán)境中的噪聲。集成研制的傳感器模塊,利用先進(jìn)的可視化超聲定位原理和精細(xì)傳感技術(shù),能準(zhǔn)確顯示放電位置,并以數(shù)字、聲音以及圖像的多種方式告知運(yùn)維人員,確保高壓電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

2.4虛擬投影顯示器的應(yīng)用

該設(shè)備采用功能強(qiáng)大的Cortex-M4處理器。Cortex-M4處理器是由ARM專門(mén)開(kāi)發(fā)的最新嵌入式處理器,在M3的基礎(chǔ)上強(qiáng)化了運(yùn)算能力,新加了浮點(diǎn)、DsP、并行計(jì)算等,用以滿足高速控制和信號(hào)處理的要求。處理器中DsP內(nèi)核高效的信號(hào)處理功能與Cortex-M4內(nèi)核的低功耗、低成本和易于使用的優(yōu)點(diǎn)的組合,可以滿足新型智能巡檢頭盔超聲波局部放電傳感器信號(hào)處理以及osD視頻疊加處理的要求,并為后期其他功能的拓展提供了靈活的解決方案。

3結(jié)語(yǔ)

新型智能巡檢頭盔中的LCos微型顯示器可同時(shí)顯示紅外熱成像被檢測(cè)溫度數(shù)值與超聲波局部放電強(qiáng)弱信息,可有效檢測(cè)電力設(shè)備發(fā)熱故障以及局部放電絕緣故障。該設(shè)備極大地方便和簡(jiǎn)化了巡檢人員的操作流程,有效地提升了電力巡檢的可靠性、準(zhǔn)確性和巡檢效率。