基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置

摘要

本发明公开了一种基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，包括无人机，无人机上设有无线遥控装置、喷水装置和图像采集传输装置，喷水装置包括水箱、水泵和喷嘴，水泵与水箱相连接，水泵通过喷水导管与喷嘴相连接；图像采集传输装置包括摄像头和图像发射器，图像发射器与摄像头相连接；无线遥控装置包括无线遥控接收器、无线通信模块、喷嘴遥控机构、摄像头遥控机构和水泵启动器，无线遥控接收器分别与喷嘴遥控机构、摄像头遥控机构和水泵启动器相连接；喷嘴遥控机构与喷嘴相连接，摄像头遥控机构与摄像头相连接，水泵启动器与水泵相连接。本发明排除隐患效率高、简单方便、容易操作，能够在很大程度上减轻人员劳动强度，保障人身安全。

权利要求

1.一种基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，包括无人机，其特征在于：所述无人机上设有无线遥控装置、喷水装置和图像采集传输装置，所述喷水装置包括水箱（8）、水泵（9）和喷嘴（10），水泵（9）与水箱（8）相连接，水泵（9）通过喷水导管（11）与喷嘴（10）相连接；所述图像采集传输装置包括摄像头（5）和图像发射器（4），图像发射器（4）与摄像头（5）相连接；所述无线遥控装置包括无线遥控接收器（6）、无线通信模块（12）、喷嘴遥控机构（13）、摄像头遥控机构（14）和水泵启动器（15），无线遥控接收器（6）分别与喷嘴遥控机构（13）、摄像头遥控机构（14）和水泵启动器（15）相连接；所述喷嘴遥控机构（13）与喷嘴（10）相连接，摄像头遥控机构（14）与摄像头（5）相连接，水泵启动器（15）与水泵（9）相连接；

所述无线通信模块（12）设置在支架（1）上，无线遥控接收器（6）通过无线通信模块（12）与地面遥控器（16）相连接，图像发射器（4）通过无线通信模块（12）与地面显示器（17）相连接，实现数据的传输；

所述无人机中部设有支架（1），支架（1）上端设有对称的机翼（2）；所述支架（1）下部设有第一固定架（7），支架（1）上部设有第二固定架（3）；所述支架（1）中部设有无线遥控接收器（6），第一固定架（7）上设有水箱（8）、水泵（9）和喷嘴（10），第二固定架（3）上设有摄像头（5）和图像发射器（4）。

2.根据权利要求1 所述的基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，其特征在于，所述无人机为四旋翼无人机。

3.根据权利要求1 所述的基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，其特征在于，所述喷嘴遥控机构（13）设置在喷嘴（10）的后端，摄像头遥控机构（14）设置在摄像头（5）的后端。

4.根据权利要求1 所述的基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，其特征在于，所述地面显示器（17）与地面遥控器（16）集成在一起。

5.根据权利要求1 或 4所述的基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装

置，其特征在于，所述图像发射器（4）后端设有存储器（18）和憎水性检测模块（19），憎水性检测模块（19）从存储器（18）中复合绝缘子图像数据中获取水珠和/ 或水迹的形状和尺寸信息，并根据水珠和/ 或水迹的形状和尺寸信息获得复合绝缘子的憎水性等级。

6.根据权利要求5 所述的基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，其特征在于，所述憎水性检测模块（19）采用图像对比法，与标准图像进行对比判断复合绝缘子的憎水性等级。

说明书

基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置

技术领域

[0001] 本发明涉及无人机的技术领域，具体涉及一种可广泛应用于电力行业、对杆塔上正在使用的复合绝缘子进行憎水性检测的基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置。

背景技术

[0002] 绝缘子在架空输电线路中起着两个基本作用，即支撑导线和防止电流回地，这两个作用必须得到保证，绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致的各种机电应力而失效，否则绝缘子就不会产生重大的作用，损害整条线路的使用和运行寿命。复合绝缘子由于防污性能好，在电力线路上应用越来越广泛。复合绝缘子是需要长期运行的外绝缘器件，设计要求其使用寿命一般至少为30 50年。在长期运行中，复合绝缘子承受的载荷形式~是变化的，但主要的基础负荷是拉伸载荷，因此，对其长期机械性能的研究主要是拉伸性能的研究。目前，全国绝缘子复合化率已高于50%。但是，复合绝缘子在运行时间久后，其憎水性将随着风化、雨淋等降低，绝缘性能下降，容易发生闪络等事故，威胁线路的安全运行。

[0003] 复合绝缘子憎水性检测方法包括外观检查方法和喷水的方法。外观检查可分地面望远镜观察和登杆检查，检查护套、伞裙、金具等部位有无开裂、电蚀、树枝状通道、粉化、起痕等老化迹象，如有以上现象应立即更换；喷水的方法是采用喷壶或其他类似装置向复合绝缘子喷水，根据复合绝缘子的伞裙表面的水滴状态判断复合绝缘子的憎水性等级。以往电力工作中，对复合绝缘子进行憎水性试验，一般是登杆塔后将复合绝缘子从线路上取下,用滑轮组固定线路被取下的复合绝缘子后,在地面上进行试验，试验结束后再登杆塔安装试验合格的复合绝缘子或者更换掉不合格产品并安装新的合格复合绝缘子。为了减少工序，工作人员登塔后使用专用绝缘操作杆对复合绝缘子进行憎水性试验，整个过程对工作人员要求较高、极其耗费人力。

[0004] 无人机具有体积小、结构简单、控制灵活；能够垂直起降；悬停、倒飞、侧飞能力强；飞行安全；噪音小等优点，广泛应用于抢险救灾、新闻航拍、地质调查、管线巡检等领域。因此，无人机可以应用在电力系统中，减少工作人员登杆塔操作，节省人力与时间。由于无人机进行操作，能够解决人员在地面上巡视视角不足而必须上塔操作的问题，大大提高了工作效率，在电力线路中得到了广泛的应用前景。

发明内容

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，利用无人机在空中对复合绝缘子进行憎水性试验，拓宽了无人机技术在电力系统中的应用，减少了人力，提高了复合绝缘子憎水性检测的效率。

[0006] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，包括无人机，所述无人机上设有无线遥控装置、喷水装置和图像采集传输装置，所述喷水装置包括水箱、水泵和喷嘴，水泵与水箱相连接，水泵通过喷水导管与喷嘴相连接；所述图像采集传输装置包括摄像头和图像发射器，图像发射器与摄像头相连接；所述无线遥控装置包括无线遥控接收器、无线通信模块、喷嘴遥控机构、摄像头遥控机构和水泵启动器，无线遥控接收器分别与喷嘴遥控机构、摄像头遥控机构和水泵启动器相连接；所述喷嘴遥控机构与喷嘴相连接，摄像头遥控机构与摄像头相连接，水泵启动器与水泵相连接。

[0007] 所示无人机中部设有支架，支架上端设有对称的机翼；所述支架下部设有第一固定架，支架上部设有第二固定架；所述支架中部设有无线遥控接收器，第一固定架上设有水箱、水泵和喷嘴，第二固定架上设有摄像头和图像发射器。

[0008] 所述无人机为四旋翼无人机。

[0009] 所述喷嘴遥控机构设置在喷嘴的后端，摄像头遥控机构设置在摄像头的后端。

[0010] 所述无线通信模块设置在支架上，无线遥控接收器通过无线通信模块与地面遥控器相连接，图像发射器通过无线通信模块与地面显示器相连接，实现数据的传输。

[0011] 所述地面显示器与地面遥控器集成在一起。

[0012] 所述图像发射器后端设有存储器和憎水性检测模块，憎水性检测模块从存储器中复合绝缘子图像数据中获取水珠和/或水迹的形状和尺寸信息，并根据水珠和/或水迹的形状和尺寸信息获得复合绝缘子的憎水性等级。

[0013] 所述憎水性检测模块采用图像对比法，与标准图像进行对比判断复合绝缘子的憎水性等级。

[0014] 本发明利用地面遥控器可实现无人机、摄像头、喷嘴的控制，解决了水流的喷洒方式和图像的采集工作中图像中水迹选择、拍摄角度、拍摄距离、试样选区形状及大小等因素对判断复合绝缘子憎水性的影响；可实现高效率的工作，最大程度上降低人的劳动强度；不受地形地貌的闲置，具备全地形工作的能力；最大限度的保证输电线路的安全运行，提早发现安全隐患；人力成本低，在同样的时间经济范围内，可最大化的保证线路的安全；机动性强，可连续作业。因此，本发明具备排除隐患效率高、简单方便、容易操作等特点，能够在很大程度上减轻人员劳动强度，保障人身安全。

附图说明

[0015] 图1为本发明的结构示意图。

[0016] 图2为本发明的原理图。

[0017] 图3为本发明复合绝缘子憎水性等级的标准图像。

[0018] 其中，1为支架，2为机翼，3为第二固定架，4为图像发射器，5为摄像头，6为无线遥控接收器，7为第一固定架，8为水箱，9为水泵，10为喷嘴，11为喷水导管，12为无相通信模块，13为喷嘴遥控机构，14为摄像头遥控机构，15为水泵启动器，16为地面遥控器，17为地面显示器，18为存储器，19为憎水性检测模块。

具体实施方式

[0019] 下面通过附图和实施例具体描述一下本发明。

[0020] 一种基于无人机的输电线路复合绝缘子憎水性带电测试装置，如图1和图2所示，包括无人机，无人机上设有无线遥控装置、喷水装置和图像采集传输装置。无人机可以为四旋翼无人机，其体积小、结构简单、控制灵活；能够垂直起降；悬停、倒飞、侧飞能力强。无人机中部设有支架1，支架1上端设有对称设置的机翼2。支架1下部设有第一固定架7，第一固定架7上端设有第二固定架3。

[0021] 喷水装置设置在第一固定架7上，包括水箱8、水泵9和喷嘴10，水泵9通过水管与水箱8相连接，水泵9通过喷水导管11与喷嘴10相连接。水泵9上设有水泵启动器15，用于控制水泵9的启停。即无人机到达要检测的复合绝缘子时，才打开水泵启动器15，利用喷嘴10向复合绝缘子喷水雾。当完成对整个复合绝缘子圆周喷水时，关闭水泵启动器15，完成喷水操作。喷嘴10后端设有喷嘴遥控机构13，用于控制喷嘴10向复合绝缘子喷水的方向，从而实现喷嘴10多角度对复合绝缘子喷水。

[0022] 图像采集传输装置位于喷水装置的上端，设置在第二固定架3上。图像采集传输装置包括摄像头5和图像发射器4，图像发射器4与摄像头5相连接。摄像头5设置在无人机的前端，用于记录拍摄其前端的画面。图像发射器4将摄像头5拍摄的画面发射出去。摄像头5后端设有摄像头遥控机构14，用于控制摄像头5的方向，从而实现对复合绝缘子全方位的拍摄。

[0023] 无线遥控装置包括无线遥控接收器6、无线通信模块12、喷嘴遥控机构13、摄像头遥控机构14和水泵启动器15。无线遥控接收器6、无线通信模块12设置在支架1的中部，位于第一固定架7和第二固定架3之间。无线遥控接收器6分别与喷嘴遥控机构13、摄像头遥控机构14和水泵启动器15相连接，通过控制无线遥控接收器6可以调节喷嘴遥控机构13、摄像头遥控机构14的方向，且可以控制水泵启动器15的开启，即实现对摄像头5拍摄方位、水泵启动器15的开启、喷嘴10的喷射方向的控制。无线遥控接收器6通过无线通信模块12与地面遥控器16相连接，即无线遥控接收器6可以通过无线通信模块12的传输接收地面遥控器16的控制指令，从而实现对摄像头5、喷嘴10、水泵9的控制。同时，地面遥控器16还应具有控制无人机飞行方向的功能。

[0024] 图像发射器4通过无线通信模块12与地面显示器17相连接，实现拍摄图像的传输。地面显示器17显示摄像头5拍摄的图像，工作人员可以根据地面显示器17的图像信息确定，确定喷嘴10与待检测复合绝缘子的位置，从而可以更好地利用地面遥控器16实现对待检测复合绝缘子的精确定位。因此，可以将地面显示器17与地面遥控器16集成在一起，方便较快地将无人机升至待检测复合绝缘子处，也可以更好地对喷嘴10和摄像头5的控制。

[0025] 进一步地，图像发射器4后端设有存储器18和憎水性检测模块19。存储器18可以存储摄像头5拍摄的画面，憎水性检测模块19可以从存储器18中查找复合绝缘子图像数据，并获取喷水后的复合绝缘子图像上的水珠和/或水迹的形状和尺寸信息，并根据水珠和/或水迹的形状和尺寸信息获得复合绝缘子的憎水性等级。同时，憎水性检测模块19可以将检测结果通过无线通信模块12发送至地面显示器17，工作人员根据其憎水性等级及地面显示器17显示的喷水后的复合绝缘子的图像判断是否更换该复合绝缘子。

[0026] 复合绝缘子憎水性能减弱会引起污闪，复合绝缘子的污闪电压由污层表面的憎水性状况与污秽度共同决定。复合绝缘子表面憎水性分为HC1-HC7七个等级，其标准如表1所示，HC1级对应憎水性最好的状态，HC7则对应完全亲水性的表面。复合绝缘子憎水性等级HC1-HC6的标准图像设有6幅，如图3所示。憎水性检测模块19利用图像处理技术判断复合绝缘子憎水性等级。

[0027] 本发明采用图像对比法实现，具体地：将无人机摄像头获得的复合绝缘子喷水图像与标准图像进行对比，通过分析待测图像与各标准图像的相似性并参考HC等级的特征描述来进行分级。憎水性检测模块19将摄像头采集的喷水后的复合绝缘子伞裙的图像与图3中的标准图像进行对比，如发现超过50%伞裙的憎水性处于HC5 HC7，憎水性检测模块19判~断为更换复合绝缘子，并将复合绝缘子的憎水性等级通过无线通信模块12传送至地面显示器17并显示。同时，工作人员也可根据地面显示器17显示的图像粗略估计该复合绝缘子的憎水性等级。

[0028] 表1 复合绝缘子表面憎水性等级

[0029]

[0030] 利用上述装置对输电线路上的复合绝缘子进行试验，实验结果表明，本发明可以较准确的判断复合绝缘子的憎水性等级。因此，本发明利用无人机在空中对复合绝缘子进行憎水性试验，利用地面遥控器16可实现无人机、摄像头5、喷嘴10的控制，解决了水流的喷洒方式和图像采集工作中图像中水迹选择、拍摄角度、拍摄距离、试样选区形状及大小等因素对判断复合绝缘子憎水性的影响；利用图像对比法将无人机获得的复合绝缘子喷水图像与标准图像进行对比，通过分析待测图像与各标准图像的相似性并参考憎水性HC等级的特征描述来进行分级，因此，本发明实现了高效率的检测复合绝缘子憎水性，最大程度上降低人的劳动强度，最大限度的保证输电线路的安全运行；排除隐患效率高、简单方便、容易操作，且能够在很大程度上减轻人员劳动强度，保障人身安全；拓宽了无人机技术在电力系统中的应用，提高了复合绝缘子憎水性检测的效率。

[0031] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。