一种电气试验用智能化高空接线装置及使用方法

摘要

本发明公开了一种电气试验用智能化高空接线装置及使用方法，装置包括至少一个接线钳、智能化系统以及控制与显示装置，接线钳与智能化系统之间、控制与显示装置和智能化系统之间均为双向通信连接；使用方法包括：向接线钳发送数字指令，各接线钳根据接线钳钳口与接线端口的接触状态，返回检测信号；对检测信号中的电压数据进行判断，若接线钳钳口与接线端口的接触效果差，调整接线钳钳口与接线端口的位置，重新检测；若接线钳钳口与接线端口的接触效果良好，直接进行电气试验。本发明可同时检测多路接线钳钳口与接线端口的接触状况，且能给出智能化的自主判断，操作和使用比较简单，提高原有工作效率，强化了电网设备状态检测水平。

权利要求

1.一种电气试验用智能化高空接线装置，其特征在于：包括至少一个接线钳(1)、智能化系统(2)以及控制与显示装置(3)；其中，接线钳(1)与智能化系统(2)之间、控制与显示装置(3)和智能化系统(2)之间均为双向通信连接，接线钳(1)设有接线钳钳口(11)，接线钳钳口(11)与接线端口接触；其中，接线钳(1)发射电流脉冲，该电流脉冲受到接线钳钳口(11)和接线端口接触面的大小以及接线钳钳口(11)对接线端口的压力大小影响，返回不同的电压值，该电压值即为接线钳钳口与接线端口的接触情况的检测信号；

控制与显示装置(3)用于向智能化系统(2)发送数字指令，以及接收智能化系统(2)对接线钳钳口与接线端口的接触情况的判断结果；

智能化系统(2)用于接收控制与显示装置(3)发出的数字指令并将其放大后发送给接线钳(1)，以及接收接线钳(1)对接线钳钳口与接线端口的接触情况的检测信号，以及根据检测信号获得接线钳钳口与接线端口的接触情况的判断结果，并将判断结果发送给控制与显示装置(3)；

接线钳(1)用于接收智能化系统(2)放大后的数字指令，以及采集接线钳钳口与接线端口的接触情况的检测信号，并将检测信号发送给智能化系统(2)。

2.根据权利要求1所述的一种电气试验用智能化高空接线装置，其特征在于：接线钳(1)上设有内嵌集成系统(12)，内嵌集成系统(12)包括第一通讯模块(121)、控制模块(122)、小型脉冲电流模块(123)、模数转换模块(124)和第一电源模块；其中，接线钳(1)通过第一通讯模块(121)与智能化系统(2)进行通信，控制模块(122)的输入端连接第一通讯模块(121)的输出端，小型脉冲电流模块(123)的输入端连接控制模块(122)的输出端，小型脉冲电流模块(123)通过开关连接接线钳钳口(11)，模数转换模块(124)的输入端连接小型脉冲电流模块(123)的输出端，模数转换模块(124)的输出端连接第一通讯模块(121)的输入端，第一电源模块为整个内嵌集成系统(12)供电。

3.根据权利要求1所述的一种电气试验用智能化高空接线装置，其特征在于：智能化系统(2)包括第二通讯模块(21)和中央数据处理模块(22)；其中，智能化系统(2)通过第二通讯模块(21)与控制与显示装置(3)、接线钳(1)进行通信，中央数据处理模块(22)与第二通讯模块(21)之间双向连接。

4.根据权利要求1所述的一种电气试验用智能化高空接线装置，其特征在于：控制与显示装置(3)包括第三通讯模块(31)、显示屏(32)和按键(33)；其中，控制与显示装置(3)通过第三通讯模块(31)与智能化系统(2)进行通信，显示屏(32)和按键(33)分别与第三通讯模块(31)连接。

5.根据权利要求2或3或4所述的一种电气试验用智能化高空接线装置，其特征在于：第一通讯模块(121)、第二通讯模块(21)和第三通讯模块(31)均为无线通讯模块，具体为WIFI模块或蓝牙模块；第一通讯模块(121)、第二通讯模块(21)和第三通讯模块(31)传送的数据帧均由帧头地址、数据序号和数据组成。

6.一种根据权利要求1‑3任一所述的电气试验用智能化高空接线装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、调整接线钳的接线钳钳口与接线端口接触的位置，调整完成后，控制模块将内嵌集成系统与接线钳钳口设置为闭锁状态；

S2、控制与显示装置向智能化系统发送数字指令，数字指令经智能化系统的中央数据处理模块编辑放大后，再发送给若干接线钳；

S3、各接线钳接收数字指令后，向控制模块发送检测指令，控制模块解除内嵌集成系统的闭锁状态，并控制小型脉冲电流模块向接线钳钳口发送电流脉冲，小型脉冲电流模块返回的电压信号输入到模数转换模块，模数转换模块将电压信号模数转换为电压数据，各接线钳向智能化系统发送检测信号，检测信号中包括电压数据和该接线钳的序号，控制模块将内嵌集成系统重新设置为闭锁状态；

S4、智能化系统接收到检测信号后，分辨出该检测信号属于的接线钳并对检测信号中的电压数据进行判断，将接线钳序号与判断结果发送到控制与显示装置并在控制与显示装置上显示，判断过程为：若电压数据大于临界电压值，则接线钳钳口与接线端口的接触效果差，执行S5；若电压数据小于或等于临界电压值，则接线钳钳口与接线端口的接触效果良好，执行S6；

S5、执行步骤S1至步骤S4，直至接线钳钳口与接线端口的接触效果良好；

S6、进行电气试验获得数据，从而对电力系统内设备和系统的实时状态进行评估。

7.根据权利要求6所述的一种电气试验用智能化高空接线装置的使用方法，其特征在于：所述S4中，根据经验判断采用以往相同类型的电气试验中的典型电压值作为本次电气试验的临界电压值；或者采用强化学习算法对相同类型的电气试验的大量试验结果进行训练，得到的电压预测值作为本次电气试验的临界电压值。

说明书

一种电气试验用智能化高空接线装置及使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于高空电气试验技术领域，具体涉及一种电气试验用智能化高空接线装置及使用方法。

背景技术

[0002] 高空接线装置是电力部门进行各类参数实验、预防性试验和状态检修测试所使用的一种必要装备，典型应用如接触电阻、回路电阻测量、输电线路参数测量、PT\CT介质损耗
以及电容量测试等电器设备的高空接电试验。试验目的就为了通过电气试验手段获得数据
从而评估电力系统内设备和系统的实时状态。目前常用的高空接线装置多为接续式的高空
接线钳，一般由接线钳和组合式绝缘杆组成。其钳口的闭合方式有滑轮组式、丝杆螺母副式
和弹簧式等多种类型，尽管实施方式不同，但其功能一般为通过钳口与接线端口的物理连
接来保障接触的良好性，以使电气试验有一个较高的精度。

[0003] 然而在实际环境中，高空接线钳的应用场景通常为野外且距地面高度为8.5米左右的环境；同时，因高空一般伴随有较强的扰动风且可视性较差，大大增加了高空接线钳的
使用难度，这就导致接线钳与接线端口的连接极度依赖试验人员的个人经验与判断，无法
科学直观地保障钳口与接线端口的有效接触，进而影响电气试验结果的准确性，导致无法
准确判断电气设备与系统的状态信息。

[0004] 另外，为保障国民和社会电力的不间断供应，目前电力部门对输电线路停电时间的要求极为苛刻，如果无法在规划时间内完成电气试验，电力供应的可靠性将受到极大考
验。而现有的高空接线钳在安装使用时无法直接判断接触状况，有时需要频繁的装卸才能
保持良好的试验精度，因此就增加了试验整体时间，影响了工作效率。

发明内容

[0005] 发明目的：针对现有技术中高空接线钳使用难度高、时效性差的问题，本发明公开了一种电气试验用智能化高空接线装置及使用方法，实现接线钳钳口与接线端口接触状态
的多路信号智能化判断，可以迅速判断接线钳钳口与接线端口的接触状况，并且反馈给智
能化控制系统，其使用方法简单快捷，可有力支撑电力的生产运维。

[0006] 技术方案：本发明采用如下技术方案：一种电气试验用智能化高空接线装置，其特征在于：包括至少一个接线钳、智能化系统以及控制与显示装置；其中，接线钳与智能化系
统之间、控制与显示装置和智能化系统之间均为双向通信连接，接线钳设有接线钳钳口，接
线钳钳口与接线端口接触。

[0007] 优选的：接线钳上设有内嵌集成系统，内嵌集成系统包括第一通讯模块、控制模块、小型脉冲电流模块、模数转换模块和第一电源模块；其中，

[0008] 接线钳通过第一通讯模块与智能化系统进行通信，控制模块的输入端连接第一通讯模块的输出端，小型脉冲电流模块的输入端连接控制模块的输出端，小型脉冲电流模块
通过开关连接接线钳钳口，模数转换模块的输入端连接小型脉冲电流模块的输出端，模数
转换模块的输出端连接第一通讯模块的输入端，第一电源模块为整个内嵌集成系统供电。

[0009] 优选的：智能化系统包括第二通讯模块和中央数据处理模块；其中，智能化系统通过第二通讯模块与控制与显示装置、接线钳进行通信，中央数据处理模块与第二通讯模块
之间双向连接。

[0010] 优选的：控制与显示装置包括第三通讯模块、显示屏和按键；其中，控制与显示装置通过第三通讯模块与智能化系统进行通信，显示屏和按键分别与第三通讯模块连接。

[0011] 优选的：第一通讯模块、第二通讯模块和第三通讯模块均为无线通讯模块，具体为WIFI模块或蓝牙模块；第一通讯模块、第二通讯模块和第三通讯模块传送的数据帧均由帧
头地址、数据序号和数据组成。

[0012] 一种电气试验用智能化高空接线装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0013] S1、调整接线钳的接线钳钳口与接线端口接触的位置，调整完成后，控制模块将内嵌集成系统与接线钳钳口设置为闭锁状态；

[0014] S2、控制与显示装置向智能化系统发送数字指令，数字指令经智能化系统的中央数据处理模块编辑放大后，再发送给若干接线钳；

[0015] S3、各接线钳接收数字指令后，向控制模块发送检测指令，控制模块解除内嵌集成系统的闭锁状态，并控制小型脉冲电流模块向接线钳钳口发送电流脉冲，小型脉冲电流模
块返回的电压信号输入到模数转换模块，模数转换模块将电压信号模数转换为电压数据，
各接线钳向智能化系统发送检测信号，检测信号中包括电压数据和该接线钳的序号，控制
模块将内嵌集成系统重新设置为闭锁状态；

[0016] S4、智能化系统接收到检测信号后，分辨出该检测信号属于的接线钳并对检测信号中的电压数据进行判断，将接线钳序号与判断结果发送到控制与显示装置并在控制与显
示装置上显示，判断过程为：若电压数据大于临界电压值，则接线钳钳口与接线端口的接触
效果差，执行S5；若电压数据小于或等于临界电压值，则接线钳钳口与接线端口的接触效果
良好，执行S6；

[0017] S5、执行步骤S1至步骤S4，直至接线钳钳口与接线端口的接触效果良好；

[0018] S6、进行电气试验获得数据，从而对电力系统内设备和系统的实时状态进行评估。

[0019] 优选的：所述S4中，根据经验判断采用以往相同类型的电气试验中的典型电压值作为本次电气试验的临界电压值；或者采用强化学习算法对相同类型的电气试验的大量试
验结果进行训练，得到的电压预测值作为本次电气试验的临界电压值。

[0020] 有益效果：本发明具有如下有益效果：

[0021] 1、本发明可以同时检测多路高空接线钳钳口与接线端口的接触状况，有助于提高工作效率以及电气试验准确度，强化电网设备状态检测水平；

[0022]  2、本发明中，智能化系统既能同时处理多路信号，又可以根据返回数据给出自主判断，不需要人工参与，且多次学习机器学习后给出的电压参考值足以保障判断的精度；

[0023]  3、本发明操作和使用采用一键傻瓜式操作，大大减轻了现场试验人员的操作难度，不会影响原有工作效率；

[0024] 4、本发明中，内嵌集成系统的控制模块带有自闭锁功能，可有效保护相关设备，排除集成系统与电气试验之间的干扰；

[0025] 5、本发明中，控制与显示装置配备信号传输与接收功能，质量轻小，方便携带，适合实验人员现场工作。

附图说明

[0026] 图1是本发明中装置的模块结构图；

[0027] 图2是本发明中接线钳的示意图；

[0028] 图3是本发明中智能化系统的示意图；

[0029] 图4是本发明中控制与显示装置的示意图；

[0030] 图5是内嵌集成系统内部各模块间关系图；

[0031] 图6是智能化系统逻辑判定的简单示意图；

[0032] 图7是本发明中接线钳闭锁状态的实现示意图；

[0033] 图8是本发明使用方法的流程图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

[0035] 本发明公开了一种电气试验用智能化高空接线装置，是在高空接线钳挂线后，常规电气试验开始之前进行测量，如图1所示，包括至少一个接线钳1、智能化系统2以及控制
与显示装置3；在开始检测时，地面试验人员使用控制与显示装置3发出简易的数字指令，该
数字指令通过智能化系统2编辑并放大，发送至高空的接线钳1启动检测指令，智能化系统2
再接收接线钳1返回的检测信号，并处理分析给出智能化判断后，将判断结果反馈至控制与
显示装置3。其中：

[0036] 如图2所示，接线钳1包含通用接线钳和内嵌集成系统12，其中通用接线钳负责保障接线钳钳口11与接线端口的物理连接；内嵌集成系统12主要包括第一通讯模块121、控制
模块122、小型脉冲电流模块123、模数转换模块124和第一电源模块125。

[0037] 其中，第一通讯模块121与地面的智能化系统2保持通讯连接，接收智能化系统2发出的数字指令和向智能化系统2返回检测信号。

[0038] 其中，控制模块122负责整体控制，如图5所示，用于接收第一通讯模块121发出的检测指令，控制小型脉冲电流模块123发送电流脉冲，并在未收到数字指令和完成数字指令
后保持内嵌集成系统12与接线钳钳口11的闭锁状态，而非全时工作，使内嵌集成系统12大
部分时间处于整体休眠状态，从而不干扰正常的电气试验。控制模块122采用32位低功耗
ARM处理器，在满足高速计算的同时，也兼顾低功耗需求。

[0039] 小型脉冲电流模块123通过开关与接线钳钳口11有效连接，如图5所示，负责发射电流脉冲。接线钳钳口11和接线端口接触面的大小、接线钳钳口11对接线端口的压力都会
影响接触区域的电阻值，进而影响返回的电压信号。电流脉冲采用方波型的脉冲波形，占空
比50%，频率0.5Hz，其返回的电压信号波动性小，检测结果易于判断。如图7所示，一般情况
下，内嵌集成系统12的小型脉冲电流模块123与接线钳钳口11保持断开状态，只有当控制模
块122与第一通讯模块121发生信息交互时，控制模块122控制开关，使小型脉冲电流模块
123与接线钳钳口11由断开状态变为接通状态，或由接通状态变成断开状态。

[0040] 模数转换模块124采用24位高精度模数转换芯片，分辨率为μV，直接连接小型脉冲电流模块123的输出端，而不再经过传统的放大器电路，一方面减少结构复杂性，另一方面
减少功耗。如图5所示，模数转换模块124负责将小型脉冲电流模块123返回的电压信号转换
成数字信号即电压数据，并发送给第一通讯模块121，经智能化系统2判断后反馈给控制与
显示装置3。

[0041] 第一电源模块125为整个内嵌集成系统12供电，当第一电源模块125输出的电压值小于预设值时，判定第一电源模块125为电量不足，并在电量不足时通过第一通讯模块121
发送信息给智能化系统2，再经智能化系统2转发给控制与显示装置3以提示地面作业人员。

[0042] 如图3所示，智能化系统2包含第二通讯模块21、中央数据处理模块22和第二电源模块23。智能化系统2作为接线钳1和控制与显示装置3之间的中继，可以接收并放大控制与
显示装置3的数字指令，再将其发送至接线钳1，同时可以接收接线钳1中内嵌集成系统12返
回的检测信号并进行智能化判断后，将判断结果发送给控制与显示装置3。

[0043] 其中，第二通讯模块21与控制与显示装置3、接线钳1保持通讯连接，接收控制与显示装置3发出的数字指令和接线钳1返回的检测信号，并向控制与显示装置3返回判断结果。

[0044] 智能化判断由中央数据处理模块22完成。中央数据处理模块22可以同时处理多路信号，并能根据返回的检测信号中的电压数据判断各信号中接线钳钳口11与接线端口的接
触状态，将判断结果通过第二通讯模块21反馈给控制与显示装置3，从而反馈给试验人员。

[0045] 第二电源模块23为整个智能化系统2供电。

[0046] 如图4所示，控制与显示装置3包含第三通讯模块31、显示屏32和按键33，负责发送简易的数字信号，以及接收智能化系统2的判断结果并显示接触状况不好的接线钳编号，从
而提醒现场试验人员及时调整接线钳钳口11与接线端口的连接。控制与显示装置只配备信
号传输与接收和显示功能，质量轻小，方便携带，适合试验人员现场工作。

[0047] 考虑应用场景的变化，第一通讯模块121、第二通讯模块21和第三通讯模块31可为无线通讯模块，具体为WIFI模块或者蓝牙模块：采用2.4G窄带点对点通讯方式，通讯速率
高，达到2Mbps；采用自动调频，提高抗干扰能力，保证可靠通讯；采用采样‑发送传输模式，
保证数据实时传输，无数据积累和迟滞；采用特定帧结构，数据帧由帧头地址、数据序号、数
据组成，便于数据处理和故障判断。因此，智能化系统2的中央数据处理模块22能够分辩各
路接线钳的检测信号，并分别给出判断。

[0048] 基于上述装置，本发明还公开了一种电气试验用智能化高空接线装置的使用方法，如图8所示，包括如下步骤：

[0049] S1、调整接线钳的接线钳钳口与接线端口接触的位置，调整完成后，控制模块将内嵌集成系统与接线钳钳口设置为闭锁状态。

[0050] S2、控制与显示装置向智能化系统发送数字指令，数字指令经智能化系统的中央数据处理模块编辑放大后，再发送给若干接线钳。

[0051] S3、各接线钳接收数字指令后，向控制模块发送检测指令，控制模块解除内嵌集成系统的闭锁状态，并控制小型脉冲电流模块向接线钳钳口发送电流脉冲，小型脉冲电流模
块返回的电压信号输入到模数转换模块，模数转换模块将电压信号模数转换为电压数据，
各接线钳向智能化系统发送检测信号，检测信号中包括电压数据和该接线钳的序号，控制
模块将内嵌集成系统重新设置为闭锁状态。

[0052] S4、智能化系统接收到检测信号后，分辨出该检测信号属于的接线钳并对检测信号中的电压数据进行判断，将接线钳序号与判断结果发送到控制与显示装置并在控制与显
示装置上显示，判断过程为：若电压数据大于临界电压值，则接线钳钳口与接线端口的接触
效果差，执行S5；若电压数据小于或等于临界电压值，则接线钳钳口与接线端口的接触效果
良好，执行S6。

[0053] 在智能化判断上，主要依靠对返回电压数据的有效性判定来实现，如图6所示，若返回的电压数据小于或等于设定的临界电压值，则判定该路信号所代表的接线钳钳口与接
线端口接触良好；若返回的电压数据大于设定的临界电压值，则判定该路信号所代表的接
线钳钳口与接线端口接触不佳，需要发送指令以提醒试验人员及时调整。此外，为提高判断
准确度，临界电压值采用两种逻辑给出：一种根据既往经验的典型电压值作为临界电压值
来进行判断，目前，典型电压值以试验人员的经验判断为主，是在以往相同类型的电气试验
中采用的、试验人员认为最具有代表性的临界电压值，同时也参考了现有的电力行业标准；
另一种是根据机器学习给出的预测值作为临界电压值来进行判断，具体为通过多次相同类
型的电气试验的结果喂养算法，使临界电压值不断趋于最佳值，从而保障临界电压值的有
效性。在机器学习算法上，采用机器学习算法中的强化学习算法，例如KNN和随机森林等算
法，强化学习算法虽然依赖于大量的训练数据，但试验人员从大量的电气试验中同样可以
或得到两的数据来支撑此算法。该方法从决策结果正确与否入手来训练，在经过大量实例
学习后可以给出比较准确的预测结果，其普适性较强，在本发明中，针对某一个电气试验，
以以往相同类型的电气试验的多次试验结果来训练算法，给出该电气试验准确的临界电压
值，从而辅助进行智能化判断。上述两种判断逻辑可互相补充，可以将根据既往经验给出的
典型电压值作为强化学习算法给出的预测值的基础。根据已完成的电气试验次数将时间划
分为电气试验前期和电气试验后期，其中电气试验前期已完成的电气试验少，电气试验后
期已完成的电气试验多。强化学习需要大量数据喂养，但在电气试验前期是没有足够的训
练数据的，所以在前期的判断中，将基于试验人员经验与相关电力行业标准的典型电压值
作为临界电压值，因为此时典型电压值比强化学习算法给出的预测值更准确；但随着时间
的发展和训练数据的增加，强化学习算法给出的预测值的准确性会越来越高，所以在电气
试验后期，临界电压值以强化学习算法给出的预测值为准，此时不仅可以摆脱对试验人员
经验的依赖，也可以在一定程度上降低电气试验的门槛。此外，针对不同类型的电气试验采
用不同的临界电压值。在进行电气试验之前，电气试验的类型由试验人员在控制与显示装
置3中输入，控制与显示装置3将电气试验的类型发送给智能化系统2，智能化系统2读取系
统中试验人员预先设置的相同类型电气试验的典型电压值，或者读取以往相同类型电气试
验的试验结果进行训练兵得到预测值，将典型电压值或预测值作为临界电压值，对接线钳1
返回的电压数据进行判断，同时将电压数据和判断结果存储在智能化系统2中，以供下次训
练使用。

[0054] S5、执行步骤S1至步骤S4，直至接线钳钳口与接线端口的接触效果良好。

[0055] S6、进行电气试验获得数据，从而对电力系统内设备和系统的实时状态进行评估。

[0056] 在实际应用中，试验人员只需操作控制与显示装置3，通过按键33发出检测指令，智能化系统2就能很快返回判定结果，并将其显示在显示屏32上，从而帮助试验人员确定接
线钳钳口11与试验端口的接触状态，及时做出调整。

[0057] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应
视为本发明的保护范围。