紅外對接技術在可移動工頻耐壓測量平臺中的應用

潘　翔　覃啟銘　陳恒松　韓雪源

（國網安徽省電力公司蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

紅外對接技術在可移動工頻耐壓測量平臺中的應用

潘翔覃啟銘陳恒松韓雪源

（國網安徽省電力公司蕪湖供電公司，安徽 蕪湖 241000）

工頻耐壓試驗是鑒定電氣設備絕緣水平最有效、最直接的方法。為了提高實驗平臺的組裝效率，節省人力和時間，本文將紅外對接技術應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，根據得到的步進電機旋轉角度參數，通過三角法就能計算出電動車架與實驗變壓器的相對位置，進而規劃出測量平臺對接過程和運動軌跡。測量平臺沿著該軌跡行走就能實現與實驗變壓器的自動快速對接，目前該技術已得到成功應用。

紅外對接技術；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展，伴隨而來的是更多輸電網絡的鋪設和電力設備的投運。輸變電設備在運行中，長期受到雨水、溫度、電場和機械振動的影響，絕緣強度會逐漸發生變化，形成絕緣缺陷。研究表明，電力系統事故往往是由某一設備的絕緣破壞引起的，絕緣事故帶來的經濟損失遠遠超過電力設備本身的價值［1］。為了檢驗電力設備的絕緣性能，在設備安裝前，必須進行交流耐壓試驗。工頻耐壓試驗就是對電力設備施加一定的電壓，并保持一定時間，檢驗電力設備絕緣承受各種電壓的能力。工頻耐壓試驗是鑒定電氣設備絕緣強度最直接的方法，能有效地發現電氣設備存在的絕緣缺陷，它對于判斷電氣設備能否投入運行具有決定性的意義。

但是，在工頻條件下，由于試驗電壓要求較高，對耐壓試驗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，迫切需要開發一種能夠實現自動定位和對接的技術實現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測量平臺，將該系統的限流電阻、電容分壓器安裝在電動車架上組成平臺，選用紅外定位［2］及對接方法來實現測量平臺的快速精確對接。

1　系統的構成及原理

1.1工頻耐壓試驗裝置

圖1所示的500kV工頻耐壓試驗裝置由試驗變壓器、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成的平臺，其中電動車架在電機的拖動下能夠實現高度調節，任意方向和角度的移動等操作。

圖1　500kV工頻耐壓試驗裝置

1.2紅外對接原理

在該方法中，實驗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電機的驅動下旋轉，它們發出的紅外光分別被實驗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電機旋轉角度參數，通過三角法就能計算出電動車架與實驗變壓器的相對位置，進而規劃出測量平臺對接過程和運動軌跡。測量平臺沿著該軌跡行走就能實現與實驗變壓器的對接。

測量平臺的對接裝置是由安裝在實驗變壓器兩側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成［4］。這兩個紅外傳感器分別由紅外發射器和紅外接收模塊組成，能夠在步進電機的驅動下進行旋轉，且該步進電機由單片機控制。具體原理為，紅外傳感器能夠向前方發射一束紅外光，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換為電信號，即輸出一個高電平或低電平，該電平被單片機接收并通與主機進行通訊。因此，根據紅外傳感器轉過的角度就能夠通過三角定位法確定測量平臺和實驗變壓器的相對位置。

1.3對接過程

測量平臺與實驗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變壓器運動，運動到與實驗變壓器的距離小于紅外傳感器的最大測量距離的位置，且該位置位于實驗變壓器的一側，這一階段是在全局坐標系下描述的，相應的系統的實時位置由紅外定位系統描述。

對接階段：需要通過標準的坐標變換方法將測量平臺的靠近坐標從全局坐標系轉換到局部坐標系下，此時測量平臺的實時位置信息就轉換為局部坐標系下的位置信息，該測量平臺是通過一對紅外傳感器進行位置測量，所用的方法為三角定位法，能夠在微處理器的計算下實現自動設計運動軌跡，并實時調整測量平臺與實驗變壓器的相對位置，最終實現實驗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系是以實驗變壓器兩側紅外反射體連線的中點為原點，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，當紅外線被發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，單片機即可通過紅外傳感的信號分別計算出步進電機轉過的角度α1、α2、β1、β2。

圖2　三角法求移動機器人的局部坐標

根據正弦定理，在△ABC中，有

得

同理，在△BCD中，有

根據余弦定理，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

當測量平臺進入對接的初始狀態，測量平臺在原地逆時針旋轉，直到能檢測到實驗變壓器，然后對接系統利用紅外傳感器進行定位，得到圖3中的θ，并進入靠近過程。

圖3　對接過程中測量平臺的運動

靠近過程：測量平臺根據獲得的位置信息原地旋轉（90°-θ）度，使之與y軸垂直，然后沿x軸前進，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90°，使它的另一條中心線與y軸重合，并進入對接過程。

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

圖4　測量平臺實物圖

4　結論

為了解決工頻耐壓試驗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。但是該平臺的難點在于限流電阻與試驗變壓器的快速精確對接。本文利用紅外對接技術實現了可移動工頻耐壓測量平臺與實驗變壓器的對接。

［1］ 賴榮先. 變頻串聯諧振裝置在交流耐壓試驗中的應用［D］. 廣州： 華南理工大學， 2011.

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

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

［4］ 王其東， 趙韓， 李巖， 等. 汽車雙橫臂式獨立懸架機構運動特性分析［J］. 合肥工業大學學報（自然科學版）， 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，主要從事變電運維檢修相關工作。