紅外對接技術(shù)在可移動工頻耐壓測量平臺中的應(yīng)用

潘　翔　覃啟銘　陳恒松　韓雪源

（國網(wǎng)安徽省電力公司蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

紅外對接技術(shù)在可移動工頻耐壓測量平臺中的應(yīng)用

潘翔覃啟銘陳恒松韓雪源

（國網(wǎng)安徽省電力公司蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

工頻耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣水平最有效、最直接的方法。為了提高實(shí)驗(yàn)平臺的組裝效率，節(jié)省人力和時間，本文將紅外對接技術(shù)應(yīng)用到可移動工頻耐壓測量平臺中。測量平臺利用安裝在電動車架前端的兩個紅外傳感器定位，根據(jù)得到的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)，通過三角法就能計(jì)算出電動車架與實(shí)驗(yàn)變壓器的相對位置，進(jìn)而規(guī)劃出測量平臺對接過程和運(yùn)動軌跡。測量平臺沿著該軌跡行走就能實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)變壓器的自動快速對接，目前該技術(shù)已得到成功應(yīng)用。

紅外對接技術(shù)；工頻耐壓裝置；移動測量平臺

近年來，隨著電力科技的飛速發(fā)展，伴隨而來的是更多輸電網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)和電力設(shè)備的投運(yùn)。輸變電設(shè)備在運(yùn)行中，長期受到雨水、溫度、電場和機(jī)械振動的影響，絕緣強(qiáng)度會逐漸發(fā)生變化，形成絕緣缺陷。研究表明，電力系統(tǒng)事故往往是由某一設(shè)備的絕緣破壞引起的，絕緣事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電力設(shè)備本身的價值［1］。為了檢驗(yàn)電力設(shè)備的絕緣性能，在設(shè)備安裝前，必須進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。工頻耐壓試驗(yàn)就是對電力設(shè)備施加一定的電壓，并保持一定時間，檢驗(yàn)電力設(shè)備絕緣承受各種電壓的能力。工頻耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最直接的方法，能有效地發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備存在的絕緣缺陷，它對于判斷電氣設(shè)備能否投入運(yùn)行具有決定性的意義。

但是，在工頻條件下，由于試驗(yàn)電壓要求較高，對耐壓試驗(yàn)裝置的電源容量有較高的要求，500kV工頻耐壓裝置單件體積大，重量重，靈活性較差。綜上所述，迫切需要開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動定位和對接的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述平臺的快速精確對接。為此，研制了一種可移動、對接的新型工頻耐壓保護(hù)測量平臺，將該系統(tǒng)的限流電阻、電容分壓器安裝在電動車架上組成平臺，選用紅外定位［2］及對接方法來實(shí)現(xiàn)測量平臺的快速精確對接。

1　系統(tǒng)的構(gòu)成及原理

1.1工頻耐壓試驗(yàn)裝置

圖1所示的500kV工頻耐壓試驗(yàn)裝置由試驗(yàn)變壓器、限流電阻、電容分壓器組成。本文所涉及的測量平臺就是將限流電阻、電容分壓器安裝在電動車架上所構(gòu)成的平臺，其中電動車架在電機(jī)的拖動下能夠?qū)崿F(xiàn)高度調(diào)節(jié)，任意方向和角度的移動等操作。

圖1　500kV工頻耐壓試驗(yàn)裝置

1.2紅外對接原理

在該方法中，實(shí)驗(yàn)變壓器固定位置不動，測量平臺利用紅外傳感器定位，安裝在電動車架前端連接件上的兩個紅外傳感器分別在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，它們發(fā)出的紅外光分別被實(shí)驗(yàn)變壓器連接件上的兩個反射體反射回來。利用此時得到的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)，通過三角法就能計(jì)算出電動車架與實(shí)驗(yàn)變壓器的相對位置，進(jìn)而規(guī)劃出測量平臺對接過程和運(yùn)動軌跡。測量平臺沿著該軌跡行走就能實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)變壓器的對接。

測量平臺的對接裝置是由安裝在實(shí)驗(yàn)變壓器兩側(cè)的紅外反射體和安裝在電動車架前端同樣高度的兩個紅外傳感器構(gòu)成［4］。這兩個紅外傳感器分別由紅外發(fā)射器和紅外接收模塊組成，能夠在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且該步進(jìn)電機(jī)由單片機(jī)控制。具體原理為，紅外傳感器能夠向前方發(fā)射一束紅外光，該紅外光束碰到了紅外反射體就會被反射回傳感器，此時，紅外傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，即輸出一個高電平或低電平，該電平被單片機(jī)接收并通與主機(jī)進(jìn)行通訊。因此，根據(jù)紅外傳感器轉(zhuǎn)過的角度就能夠通過三角定位法確定測量平臺和實(shí)驗(yàn)變壓器的相對位置。

1.3對接過程

測量平臺與實(shí)驗(yàn)變壓器的對接過程分為兩個階段［3］。

靠近階段：測量平臺從初始位置沿著一條最短路徑向試驗(yàn)變壓器運(yùn)動，運(yùn)動到與實(shí)驗(yàn)變壓器的距離小于紅外傳感器的最大測量距離的位置，且該位置位于實(shí)驗(yàn)變壓器的一側(cè)，這一階段是在全局坐標(biāo)系下描述的，相應(yīng)的系統(tǒng)的實(shí)時位置由紅外定位系統(tǒng)描述。

對接階段：需要通過標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)變換方法將測量平臺的靠近坐標(biāo)從全局坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到局部坐標(biāo)系下，此時測量平臺的實(shí)時位置信息就轉(zhuǎn)換為局部坐標(biāo)系下的位置信息，該測量平臺是通過一對紅外傳感器進(jìn)行位置測量，所用的方法為三角定位法，能夠在微處理器的計(jì)算下實(shí)現(xiàn)自動設(shè)計(jì)運(yùn)動軌跡，并實(shí)時調(diào)整測量平臺與實(shí)驗(yàn)變壓器的相對位置，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)變壓器與測量平臺的精確自動對接。

2　定位算法

對接過程中，描述測量平臺的局部坐標(biāo)系是以實(shí)驗(yàn)變壓器兩側(cè)紅外反射體連線的中點(diǎn)為原點(diǎn)，以反射體的連線為x軸，如圖2所示。首先，讓兩個紅外傳感器從兩傳感器連線的平行方向開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)紅外線被發(fā)射體反射回傳感器并被接收時，紅外傳感器此時輸出一個高電平，單片機(jī)即可通過紅外傳感的信號分別計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度α1、α2、β1、β2。

圖2　三角法求移動機(jī)器人的局部坐標(biāo)

根據(jù)正弦定理，在△ABC中，有

得

同理，在△BCD中，有

根據(jù)余弦定理，在△ABC中，有

由以上各式可得γ的大小，則角θ=γ-（180°-α2）。

3　對接過程

當(dāng)測量平臺進(jìn)入對接的初始狀態(tài)，測量平臺在原地逆時針旋轉(zhuǎn)，直到能檢測到實(shí)驗(yàn)變壓器，然后對接系統(tǒng)利用紅外傳感器進(jìn)行定位，得到圖3中的θ，并進(jìn)入靠近過程。

圖3　對接過程中測量平臺的運(yùn)動

靠近過程：測量平臺根據(jù)獲得的位置信息原地旋轉(zhuǎn)（90°-θ）度，使之與y軸垂直，然后沿x軸前進(jìn)，直到測量平臺的中心線位于y軸上，最后測量平臺順時針旋轉(zhuǎn)90°，使它的另一條中心線與y軸重合，并進(jìn)入對接過程。

對接過程：測量平臺再次利用紅外對接系統(tǒng)進(jìn)行定位，判斷測量平臺的中心線與x軸的交點(diǎn)到原點(diǎn)的距離是否滿足誤差條件，如果滿足該誤差條件就進(jìn)行對接，否則測量平臺再次重復(fù)以上的工作，直到它與試驗(yàn)變壓器的相對位置滿足對接條件。對接后的測量平臺實(shí)物如圖4所示。

圖4　測量平臺實(shí)物圖

4　結(jié)論

為了解決工頻耐壓試驗(yàn)裝置中工器具的笨重、不易移動及占用空間大等問題，研制了一種可移動、對接的新型工頻耐壓保護(hù)測量平臺，即將限流電阻、電容分壓器安裝在電動車架上組成平臺，該平臺可任意方向和角度移動。但是該平臺的難點(diǎn)在于限流電阻與試驗(yàn)變壓器的快速精確對接。本文利用紅外對接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了可移動工頻耐壓測量平臺與實(shí)驗(yàn)變壓器的對接。

［1］ 賴榮先. 變頻串聯(lián)諧振裝置在交流耐壓試驗(yàn)中的應(yīng)用［D］. 廣州： 華南理工大學(xué)， 2011.

［2］ 周文軍. AGV小車柔性對接充電技術(shù)研究［J］. 輕工科技， 2015， 16（6）： 80-81， 93.

［3］ 王建中，劉晶晶. 微小型多機(jī)器人自重構(gòu)的紅外定位及對接方法［J］. 北京理工大學(xué)學(xué)報， 2006， 26（10）：879-882.

［4］ 王其東， 趙韓， 李巖， 等. 汽車雙橫臂式獨(dú)立懸架機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性分析［J］. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)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，碩士研究生，工程師，主要從事變電運(yùn)維檢修相關(guān)工作。