本发明涉及智能装备领域，特别是一种用于变压器运行状态实时监测的微型集成传感机器人。
背景技术：
变压器是电力系统中重要的电力设备，主要用于对交流电压进行变换。变压器的运行状态直接影响着电力系统运行的安全性与可靠性。随着电力系统电压等级的不断提高，变压器的应用场景和数量也在不断增加。由于变压器运行时间长、运行环境复杂，变压器及零件很容易损坏，从而产生故障。因此，对变压器进行定期预防性检修极为重要。
目前电力系统，特别是高电压等级电力系统中，大多数变压器均为油浸式变压器。对于油浸式变压器，用传统方法对其进行检修时，往往需要将变压器进行停运、抽油、拆卸，并用人工方式对其进行检查。检修完成后还要重新进行组装、充油。这种检修方式一方面会带来很高的检修成本，包括变压器的停运成本、变压器的拆卸成本、人工成本等，另一方面变压器的拆卸过程也会对环境造成污染，同时变压器中残留的绝缘油也会对进入变压器内部的工人的人体健康造成很大危害。此外，变压器运行状态实时监测一般采用外部的超声传感技术对内部的放电进行定位，定位准确度不高。通过取油样在实验室进行气相色谱分析来判断变压器健康状态，这种检修手段无法做到对变压器的实时监测，检修效率不高。
利用内置机器人在变压器内部对变压器运行状态进行实时监测可以很好地解决这一问题。一是内置机器人在变压器运行状态下进行实时监测与评估，从而对变压器进行健康状态及故障预测，大幅提升实时监测的可靠性；二是变压器故障检修时，内置机器人可以在不对变压器进行拆解的前提下对变压器内部的状态进行有效诊断，找出隐患及故障位置，为检修提供准确信息，大大提高变压器检修效率。这种检修方式提升了检修的有效性与经济性。
技术实现要素：
本发明的目的为：
为了解决上述问题，本发明提出了一种用于变压器运行状态实时监测的微型集成传感机器人，实现了对变压器运行状态的实时监测及健康状态的实时评估。
为了实现上述发明目的，本发明的设计思路为：
提供了一种用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，所述微型集成传感机器人包括电源模块、控制模块、动力模块、微型集成传感模块、通信模块以及设置在变压器箱体上的通信站。
优选的，所述电源模块包括供能子模块和储能子模块；
所述供能子模块固定在变压器内部，通过线路与外部电源连接；
所述储能子模块设置在机器人一端，通过供能子模块进行取能，用于储存机器人工作时所需要电能。
在储能子模块存储的电量耗尽时，机器人受控制模块控制，在微型集成传感器模块和动力模块的配合下，自主移动至功能子模块进行取能。取能完成后，微型机器人自主脱离功能部分，重新开始工作。
控制模块包含一块芯片，用于控制各模块的工作与协调配合，实现微型机器人的自主监测。
优选的，所述控制模块包括控制子模块和数据处理子模块；
所述控制子模块用于控制各模块的工作与协调配合，实现微型机器人的自主监测；
所述数据处理子模块用于对微型集成传感模块测量所得的数据进行初步处理，并将数据传输至通信模块。
优选的，所述动力模块包括设置在微型机器人两侧的微型螺旋桨结构；
微型机器人的移动介质为绝缘油；
所述螺旋桨结构在控制模块的控制下产生推力控制机器人运动。
通过动力模块与微型位置传感器的配合，微型机器人可以在变压器内部自主寻路。在电量接近耗尽时，微型机器人在位置传感器与动力模块的配合下可以自主运动到供能子模块处进行充电。
优选的，所述微型集成传感模块包括用于监测的集成监测传感子模块、微型位置传感器和微型相机。
优选的，所述集成监测传感子模块集成了微型电场传感器、微型磁场传感器、微型气体传感器、微型温度传感器、微型噪声传感器和微型压力传感器；
所述微型电场传感器用于检测绝缘油中电场分布与变化，变压器的局部放电、空间电荷的产生与聚积都会影响原有电场分布，通过对电场的监测可以有效判断此类故障；
所述微型磁场传感器用于检测绝缘油中磁场的分布与变化，变压器绕组形变、箱体涡流等会引起变压器内部磁场的变化，通过对磁场的监测可以有效诊断此类故障；
所述微型气体传感器对绝缘油释放的相应气体含量变化进行检测，变压器在长期运行时容易产生局部放电与高压电弧，这会导致绝缘油在此作用下释放出多种可燃气体，如氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔等，通过微型气体传感器对相应气体含量变化进行检测可以有效评估变压器的健康状况；
变压器绕组的发热情况与变压器实际功率有关，导体接触不良、漏磁引起的箱体涡流等也会引起变压器内部的局部过热，所述微型温度传感器用于检测响应老化故障问题以及监测绕组的过载情况；
变压器在一定频率下工作时，螺丝松动、气体的产生会带来噪声，微型噪声传感器用于检测和预防变压器的老化与故障；
所述微型压力传感器用于检测变压器内部放电或油流异常时油压的变化。
优选的，所述微型位置传感器为红外传感器或超声传感器，用于在微型机器人运动时进行自主寻路，确定机器人所在的位置并避免其撞上障碍物。
机器人尾端的位置传感器还用于在自主充电时寻找功能子模块。微型位置传感器安装在微型机器人外侧，安装数量为多个。
优选的，所述微型相机包括一个摄像头和一个闪光灯，用于拍摄变压器内部照片。
优选的，所述通信模块用于接收外部指令，同时用无线通信方式与箱体上的通信站进行联系，将控制模块处理后的数据与图片信息通过通信站传输至外部数据中心。
优选的，所述无线通信方式为蓝牙、zigbee和wi-fi中的其中一种。
外部数据中心通过对相应数据的监测与处理，对变压器的运行状态和健康状况进行评估。
有益效果：
本发明利用微型集成传感机器人对变压器的运行状态进行实时监测，能够在变压器正常运行的条件下，实时诊断变压器的健康状态；可以在不对变压器进行拆解和排油的情况下了解变压器内部状态，大大节省了检修成本，提高了检修安全性，并保护了环境和人体健康，同时，微型机器人可以到达变压器中狭窄的位置，提升了检修效率，降低了故障发生的风险。
附图说明
图1是本发明所述用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人的原理示意图；
其中，1、变压器线圈；2、变压器绝缘油；3、通信模块；4、微型相机；5、微型位置传感器；6、集成监测传感子模块；7、动力模块；8、控制模块、9、供能子模块；10、储能子模块；11、通信站；12、数据中心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述。
图1是本发明所述用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人的原理示意图。该微型集成传感机器人包括电源模块、控制模块8、动力模块7、微型集成传感模块、通信模块以及设置在变压器箱体上的通信站11。
电源模块包括供能子模块9和储能子模块10；供能子模块9固定在变压器内部，通过线路与外部电源连接；储能子模块10设置在机器人一端，通过供能子模块9进行取能，用于储存机器人工作时所需要电能。当微型机器人接近电量耗尽时，机器人受控制模块8控制，在微型位置传感器5与动力模块7的配合下，自主移动到供能子模块9进行取能。取能完成后，微型机器人自主脱离功能子模块9，重新开始工作。
控制模块8主体为一芯片，芯片上包括控制子模块和数据处理子模块；控制子模块用于控制各模块的工作与协调配合，实现微型机器人的自主监测；数据处理子模块用于对微型集成传感模块测量所得的数据进行初步处理，并将数据传输至通信模块。
动力模块7包括设置在微型机器人两侧的微型螺旋桨结构；螺旋桨结构数量为2个。微型机器人的移动介质为绝缘油2；螺旋桨结构在控制模块8的控制下产生推力控制机器人前进、后退或转向。
微型集成传感模块包括用于监测的集成监测传感子模块6、微型位置传感器5和微型相机4。
集成监测传感子模块6集成了微型电场传感器、微型磁场传感器、微型气体传感器、微型温度传感器、微型噪声传感器和微型压力传感器；
微型电场传感器用于检测绝缘油2中电场分布与变化，变压器的局部放电、空间电荷的产生与聚积都会影响原有电场的分布，通过对电场的监测可以有效诊断此类故障；
微型磁场传感器用于检测绝缘油中磁场的分布与变化，变压器线圈1形变、箱体涡流等会引起变压器内部磁场的变化，通过对磁场的监测可以有效诊断此类故障；
变压器在长期运行时容易产生局部放电与高压电弧，这会导致绝缘油2在此作用下释放出多种可燃气体，如氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔等，通过微型气体传感器对绝缘油释放的相应气体含量变化进行检测可以有效评估变压器的健康状况；
变压器线圈1的发热情况与变压器实际功率有关，导体接触不良、漏磁引起的箱体涡流等也会引发变压器内部的局部过热，微型温度传感器用于检测响应老化故障问题以及监测绕组的过载情况；
变压器在一定频率下工作时，螺丝松动、其他的产生均会带来噪声，微型噪声传感器用于检测和预防变压器的老化与故障；
微型压力传感器用于检测变压器内部放电或油流异常时油压的变化。
微型位置传感器5为红外传感器或超声传感器，用于在微型机器人运动时进行自主寻路，确定机器人所在的位置并避免其撞上障碍物。此外，位于机器人尾端的位置传感器还用于在自主充电时寻找供能子模块9。微型位置传感器5安装在微型机器人外侧，安装数量为2个。
微型相机4包括一个摄像头和一个闪光灯，用于拍摄变压器内部照片。
所有微型传感器均通过机器人内部储能子模块10进行供电。
通信模块3利用无线通信方式与外壳上的通信站11进行联系，将数据传输到外部数据中心12。通信模块用于接收外部指令，同时将经过处理的数据与图片信息传输至外部数据中心。用于无线通信的方式包括蓝牙、zigbee、wi-fi等。外部数据中心通过对相应数据的监测与处理，对变压器的运行状态和健康状况进行评估。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
1.一种用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述微型集成传感机器人包括电源模块、控制模块、动力模块、微型集成传感模块、通信模块以及设置在变压器箱体上的通信站。
2.根据权利要求1所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述电源模块包括供能子模块和储能子模块；
所述供能子模块固定在变压器内部，通过线路与外部电源连接；
所述储能子模块设置在机器人一端，通过供能子模块进行取能，用于储存机器人工作时所需要电能。
3.根据权利要求1所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述控制模块包括控制子模块和数据处理子模块；
所述控制子模块用于控制各模块的工作与协调配合，实现微型机器人的自主监测；
所述数据处理子模块用于对微型集成传感模块测量所得的数据进行初步处理，并将数据传输至通信模块。
4.根据权利要求1所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述动力模块包括设置在微型机器人两侧的微型螺旋桨结构；
微型机器人的移动介质为绝缘油；
所述螺旋桨结构在控制模块的控制下产生推力控制机器人运动。
5.根据权利要求1所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述微型集成传感模块包括用于监测的集成监测传感子模块、微型位置传感器和微型相机。
6.根据权利要求5所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述集成监测传感子模块集成了微型电场传感器、微型磁场传感器、微型气体传感器、微型温度传感器、微型噪声传感器和微型压力传感器；
所述微型电场传感器用于检测绝缘油中电场分布与变化；
所述微型磁场传感器用于检测绝缘油中磁场的分布与变化；
所述微型气体传感器对绝缘油释放的相应气体含量变化进行检测；
所述微型温度传感器用于检测响应老化故障问题以及监测绕组的过载情况；
所述微型噪声传感器用于检测和预防变压器的老化与故障；
所述微型压力传感器用于检测变压器内部放电或油流异常时油压的变化。
7.根据权利要求5所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述微型位置传感器为红外传感器或超声传感器，用于在微型机器人运动时进行自主寻路，确定机器人所在的位置并避免其撞上障碍物。
8.根据权利要求5所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述微型相机包括一个摄像头和一个闪光灯，用于拍摄变压器内部照片。
9.根据权利要求1所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述通信模块用于接收外部指令，同时用无线通信方式与箱体上的通信站进行联系，将控制模块处理后的数据与图片信息通过通信站传输至外部数据中心。
10.根据权利要求9所述的用于变压器状态实时监测的微型集成传感机器人，其特征在于，所述无线通信方式为蓝牙、zigbee和wi-fi中的其中一种。
技术总结