超高压变电站封堵检查专用工具的设计

贺俊杰，果 淼，杨 洁，闫玉鑫

（国网冀北电力有限公司检修分公司，北京市房山区良乡工业开发区 102488）

在超高压变电站运行维护例行工作中，经常需要对封堵设备进行检查。如电缆沟出口防小动物的措施、电缆沟防火墙、端子箱封堵等。某些电缆沟内电缆进线较多，光线昏暗，导致人员巡视检查封堵情况较比困难，为了便于人员及时发现隐蔽部位出现封堵漏洞，及时维修，使用能够在超高压工作环境下正常工作，并使用具有夜视功能的检查专用工具，对某些隐蔽的位置进行检查，显得尤为重要。

隐蔽图像探测和采集在美国、日本等发达工业国家已广泛用于国民经济的各个生产部门，并且单机装置的使用也逐步提高。目前我国在超高压变电站应用中此类检测装置均有以下弊端：一是超高压环境下的抗强磁场、强电场的能力差，几乎难以正常工作；二是不具备强大的夜视功能，不适用于黑暗、复杂的工作环境；三是无360°无极图像翻转及拍照、录像存储、USB数据传输等功能，无法保留历史资料；四是不具备摄像头与主机分开设计、自主更换功能，在摄像头损坏后，需要整体换设备，经济型较差。针对以上诸多问题，设计并制作了封堵检查专用工具，在实际应用中取得了良好的效果。

1 封堵检查工具的工作原理

图1 封堵检查工具工作流程图

本封堵检查工具（以下称为检查工具）的工作原理是光源发出的光通过传光束经过仪器主体到达工作地点，探测头将探测部位图像成像在USB－CMOS视频传感器面阵上，由CMOS驱动电路控制CMOS采集图像，输出标准复合视频信号，再由单片机处理单元对图像进行处理、存储和输出。同时可以根据图像的成像质量好坏来调节探头的照射角度和观察角度并对图像畸变进行实时校正。工作步骤分为：1）系统加电，仪器开始初始化工作；2）进行视频信号采集预处理；3）用户功能选择，拍照、录像、放大、缩小，辅助灯调节等；4）用户根据需求选择相应的选项；5）图像处理器按照用户需求工作。封堵检查工具工作流程如图1所示。

2 超高压环境下抗强磁、强电场的设计

2.1 电磁屏蔽材料的选择及屏蔽处理

检查工具能否正常运行，关键取决于对电磁场的屏蔽，包括对强磁场的屏蔽和对强电场的屏蔽。

强磁场的屏蔽措施，主要是在检查工具的橡胶壳体内部，喷涂坡莫合金丙烯酸树脂电磁屏蔽涂料，并在接缝处做合理的拼接处理，涂层厚度控制在30～60μm，在干燥箱中60℃环境下烘烤20 min进行涂层的固化。该涂层表面电阻率低、表面光滑平整、金属光泽好，坡莫合金填料在涂料中分散均匀，低频磁场下的涂层电磁屏蔽效能在45－55 d B，附着力1级，硬度为1 H铅笔硬度。用此方法处理的屏蔽层电磁屏蔽效能优于传统镍基涂层。强电场的屏蔽措施，主要是在检查工具橡胶壳内壁做成屏蔽等势体，一方面用于反射穿透的少量电磁波，另一方面在集成芯片外围形成等势体。所采用的材料为金属铜箔纸，由于铜箔较软，不利于固定支撑，因此采用铜铝箔双层特殊结构，该措施既有屏蔽强电场功能又满足强度要求。电磁场的屏蔽原则是在检查工具的外壳形成低阻抗磁路和电磁波反射层的等势体，避免电磁场进入内部电路。

2.2 检查工具抗干扰措施

检查工具属于低频系统，所以电路选择单点接地方式。电路板的设计采用大面积地线，并且主机的屏蔽层之间，模拟地与屏蔽层都是绝缘的，而屏蔽层引出的线与屏蔽电缆的屏蔽层相连，电路的信号地与屏蔽外壳也绝缘。整个电路系统采用浮地技术。

2.3 传输线路和系统外部的抗干扰

选用具有高效防磁防电的屏蔽线作为视频信号传输线，可以实现对干扰的抑制及对磁场和电场的屏蔽。传输导线三层防磁最优设计技术，同时把整个设备用特制屏蔽罩和屏蔽涂层将检测系统屏蔽起来，达到最大程度的屏蔽磁场干扰。

综合以上采用的抗强电磁场的措施，实践证明达到了预期的抗干扰效果，采集的视频信号清晰、稳定。

3 检查工具图像采集与处理

检查工具由USB－COMS摄像头、视频解码器、视频处理器、3.5寸高清显示屏、外部存储器、输出专用接口等组成，如图2所示。

图2 封堵检查工具图像采集与处理系统

工作原理是USB－COMS摄像头采集目标视频数据，目标数据经过解码器解码，形成预处理数据，视频处理器将处理好的数据按照功能需求分类移交（内部预留存储、存储卡存储、复合视频信号输出、USB接口输出等），最后在液晶显示屏显示目标影像。

4 图像输出模块与系统的连接设计

视频输出芯片由MSC8144通过IZC接口和GPIO模拟SMBUS接口来控制，对其进行配置。MSC8144芯片把经过编码模块解码以后的视频数据传输给视频信号处理器，然后由视频信号处理器处理过的数据直接传输给多媒体视频接口进行显示、存储，并传输给高速视频编码器和差分输入串行器，由它们转换成复合视频信号，在显示器上显示出来。图像输出模块及系统连接如图3所示。

5 系统液晶显示器连接设计

图3 图像输出模块及系统连接图

本检查工具设计采用EPSON公司的S1D13513作为外扩LCD液晶控制器，Sl D13513是一款高度集成的，可以支持超VGA分辨率的显示控制器，其主要特点是：可外接最高达64 Mb的DRA M，支持5＊5点阵键盘接口，支持1024＊768分辨率显示，支持TV－OUT功能，可编程的分辨率和色深，集成双路摄像头接口，ZD硬件加速引擎。由于Sl D13513的视频输出接口为SHITBT656格式，只有经过视频DAC以后才可以接TV进行显示，系统需要提供CVBS和VGA两种接口输出，因此，LCD控制器的输出需要接视频DAC和VGA格式转换芯片。系统采用ADI公司的ADV7179作为视频DAC用于提供CVBS输出接口，即TASIC公司的STV105 A作为格式转换芯片用于提供VGA输出接口。液晶控制器连接如图4所示。

6 其他特定设计

6.1 摄像头与主机分离设计

为了方便在不同的环境下使用不同的探头，检测工具的摄像头与主机分离设计，连接采用5孔航空插头连接，以方便更换。

主机分离接口如图5所示。

6.2 图像处理功能及接口设计

图5 主机分离接口图

根据超高压变电站封堵设备检查工具的实际需要，在研发设计中增加了360°无极图像翻转、拍照和录像功能，同时增加了外存储卡（16G）存储、USB数据传输和复合视频输出、6只LED灯辅助照明等功能，满足了实际需求，达到了预期效果。实际效果如图6所示。

7 结论

在超高压变电站维修检查封堵设备中，电磁场环境对视频采集预处理影响非常大，目前传统的视频检查设备经常工作不正常，有时严重影响工作进度，已不能满足实际运行的要求。文中对变电站强磁强电环境下的检查工具进行了有针对性的设计，确立了新工具壳体的抗磁抗电场的防磁防电措施，开发的超高压变电站封堵设备检查工具在实际工程中得到了很好的功能验证，能有效提高现场生产效率，检测工具现场运行稳定，操作便捷，下一步将完善其他功能，形成系列化特定环境下的专用检测工具。

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