10kV配電線路帶電搶修作業(yè)機器人實用化研究

常健 李勇 王培崇

摘 要：為了進一步提高10kV配電線路帶電搶修的作業(yè)效率，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求，文章以帶電搶修機器人作為主要研究對象，通過對其系統(tǒng)構成進行說明，在結合其主從操作液壓機械臂及其控制系統(tǒng)的基礎上，進而對10kV配電線路搶修作業(yè)機器人的專用作業(yè)工具展開了設計和分析。

關鍵詞：10kV配電線路;帶電搶修;機器人實用化

前言

對傳統(tǒng)的10kV配電線路搶修作業(yè)進行分析可知，其不僅需要全線停電，而且還需人為檢查線路故障，在增加維修成本的同時，也為地區(qū)人們的生活帶來了較大不便。基于此，將10kV配電線路帶電搶修作業(yè)機器人引入線路的故障處理過程中，確保供電持續(xù)性的基礎上，提高線路搶修的可靠性和安全性，具體設計如下。

1 、帶電搶修機器人系統(tǒng)構成

對帶電搶修機器人進行分析可知，其主要包括了整體作業(yè)平臺、折疊伸縮絕緣手臂以及移動汽車和控制裝置等部分，其中，整體作業(yè)平臺主要由絕緣斗以及機械手臂絕緣子支承和機器人操作系統(tǒng)構成，其功能主要是為搶修人員提供作業(yè)平臺[1]。折疊伸縮絕緣手臂設定在移動汽車底盤，主要任務將運送機器人作業(yè)平臺至線路作業(yè)的具體位置。移動汽車主要負責運送其他三部分到具體故障地點進行線路搶修，而控制裝置則主要由上、下兩部分組成，其中，上部控制裝置位于機器人作業(yè)平臺中，具有全方位操作手柄，實現(xiàn)絕緣斗內(nèi)部的流暢操作，下部控制裝置則位于回轉塔處，設有上部控制裝置切換按鈕，實現(xiàn)上下兩部分控制裝置的功能切換。

2 、主從操作液壓機械臂及控制系統(tǒng)

主從操作液壓機械手臂是10kV配電線路帶電搶修機器人的核心，其主要作用是將作業(yè)人員同高壓電場進行分離，幫助搶修人員完成作業(yè)任務，故其應具備精度高、持重大以及自重小和實時性與穩(wěn)定性好等特點。對其各部分構成進行如下說明：（1）液壓機械臂。液壓機械臂自重較輕且持重較大，具有良好的動力特性，操作靈活便捷，通過操控主手臂實現(xiàn)專用工具的夾持功能，以完成帶電作業(yè)任務;（2）主手。主手的拓撲結構與液壓機械臂相同，主要功能為實現(xiàn)對從臂各關節(jié)位置的伺服控制，由于主手的各個關節(jié)處大都具有較高精度的旋轉電位計與力矩電機，故能夠幫助操作者獲得最大的操作舒適性，提高對液壓機械手臂的控制效率和精度;（3）液壓供油單元。液壓供油單元是帶電搶修作業(yè)機器人液壓系統(tǒng)的動力源，而為了避免其靈敏度受到油損影響，必須對液壓油進行過濾處理，處理要求為：流量11L/min;壓力：10.3-20.6MPa，液壓油清潔度為3-25maf;（4）主從控制系統(tǒng)。主從控制系統(tǒng)是液壓機械臂實現(xiàn)搶修動作的關鍵，位于絕緣斗中的操作人員左右兩手分別操控左右兩主手，使其克服各關節(jié)力矩和電機阻力進行聯(lián)動，位于左右兩主手的各關節(jié)電位計把發(fā)生在各關節(jié)軸的旋轉角轉化為電壓信號，并傳送至左右微控制器中，微控制器經(jīng)由光纖將信號傳至左右液壓伺服控制盒，在伺服控制盒的作用下，旋轉角度的電壓信號將實現(xiàn)對左右機械臂伺服閥的控制，從而變更進入從手中各個關節(jié)的液壓流量，向左右手臂各個關節(jié)施加驅動力，驅動關節(jié)運動。

3 、10kV配電線路搶修作業(yè)機器人專用作業(yè)工具

3.1 自動剝皮工具

考慮到現(xiàn)有10kV架空導線長期裸露在外，受外部環(huán)境影響嚴重，外層絕緣層難以剝除，從而增加線路搶修的難度，而以人工操作為主的線路搶修不僅絕緣防護較差，而且效率較低，安全性較差。因此，所設計的10kV線路帶電搶修機器人的自動剝皮器需要具備結構簡單、安全性高和作業(yè)效率高等相關特點。設計由直流減速電機、連桿、曲柄、搖桿以及棘爪、棘輪和刀頭等構成的作業(yè)機器人自動剝皮工具，在實驗室搭設加工導線，并現(xiàn)場模擬自動剝皮功能，此類機器人自動剝皮工具不僅能夠為機械手的夾持操作提供便利，而且其壓線也極為牢固，有利于其自動剝皮功能的實現(xiàn)。

3.2 自動電動扳手

對電動扳手進行分析可知，其在10kV配電線路帶電搶修過程中具有緊固螺母和夾緊線夾的作用，其主要分為安全離合器式與沖擊式兩種類型，其中，安全離合器式電動扳手以一種手臂達到力矩時便脫扣的安全離合機的結構完成對螺紋件的裝拆，而沖擊式電動扳手則與沖擊力力矩完成螺紋件的裝卸。將自動電動扳手引入帶電作業(yè)的機器人中不僅有利于加持操縱，而且經(jīng)改造后，其還可以用于扭轉M8-M14的標準螺栓，并實現(xiàn)遙控控制。在工作頭方面，選用柔性導向扳套，其開口形狀同固定螺栓頭尼龍導向柱相匹配，從而在緊固螺栓的過程中，便于其工作頭與豎直方向的六角螺栓頭相對準，提高操作精度。

3.3 自動破螺母與電動斷線鉗

對于10kV高壓線路中已生銹或是無法拆卸的螺母，應以電動破螺母為主要工具進行操作，其主要由電動機、傳功機構以及工作頭、電源開關和外殼、手柄、電池等相關部件構成。電動破螺母將高能量電池作為其主要動力來源，不僅重量較輕，而且對于輸配電桿塔的高空作業(yè)也具有較強的適應性。通常，自動破螺母工具設計較為緊湊，且使用較為便利能夠對破螺母的大小予以調(diào)節(jié)，從而以360°可旋轉工作頭支持機器人不同破螺母作業(yè)角度的運轉。在電動斷線鉗方面，其主要由電動機、傳功機構以及工作頭、電源開關和外殼、手柄等部分構成，電動斷線鉗的使用應以夾持操縱的便利性為主，并在斷線鉗工具中設計專門的機械手夾持機構，并將控制盒置于電動斷線鉗傳統(tǒng)部分的尾部，從而實現(xiàn)斷線鉗的遠程遙控。

3.4 絕緣防護

絕緣防護是確保機器人能否正常作業(yè)的基礎和前提。多數(shù)情況下，應采用多級絕緣防護系統(tǒng)確保機器人和操作人員的安全，其中，一級防護下，平臺由纏有環(huán)氧玻璃布的絕緣鋼結構支架進行焊接而成，并在底部粘有絕緣環(huán)氧玻璃板，并將絕緣套予以外包，避免相間短路情況發(fā)生。二級防護下，機器人的帶電作業(yè)依賴絕緣斗臂車為操作人員提供對絕緣防護，確保操作人員安全;三級防護下，位于絕緣斗中的操作人員對機械臂進行遠程操控，使其夾持專業(yè)工具進行高壓線路作業(yè)，確保操作人員的人身安全。在帶電搶修機器人作業(yè)方面，2013年在黑龍江電力公司10kV配電線路中進行多次上線運行與下線測試，在現(xiàn)場的多次調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化后，作業(yè)機器人各項功能均得到了良好改善，黑龍江電力公司帶電作業(yè)班多次應用帶電機器人對省內(nèi)10kV高壓電線路進行搶修作業(yè)，較好地完成了剝皮、加蓋遮蔽罩以及接線和斷線等工作。

4、全面準確的把握勘察作業(yè)的現(xiàn)場環(huán)境

10kV配電線路故障搶修要建立在搶修人員對搶修現(xiàn)場全面、準確了解的基礎上，所以要縮減搶修過程中存在的危險點，首先搶修人員需要扭轉過去依靠經(jīng)驗或主觀判斷而忽視實地考察的錯誤認識，這是保證帶電安全作業(yè)的重要途徑;其次，在進行搶修的過程中必須使用安全工具，以此縮減可能存在的危險點;再次，當故障搶修的過程中發(fā)生天氣變化，出現(xiàn)不利于10kV配電線路故障搶修的暴雨、大風等天氣，應立即停止搶修工作，以此保證搶修人員和電網(wǎng)構成部分的安全。工作過程中，所有程序盡量用電腦指揮機器人完成，能用機器人替代人工的盡量用機器人，不僅是干活速度快，準確率高，還能減少工作人員的勞動意外風險。

5、結束語

文章通過對帶電搶修機器人系統(tǒng)構成進行闡述，并對帶電搶修作業(yè)機器人液壓機械臂構成及其控制系統(tǒng)原理予以說明，分別從自動剝皮、自動電動扳手、自動破螺母與電動斷線鉗和絕緣防護等方面對10kV配電線路搶修作業(yè)機器人專用作業(yè)工具做出了系統(tǒng)探究。研究結果表明，10kV配電線路搶修作業(yè)機器人能夠較好地實現(xiàn)對10kV線路的各類優(yōu)化作業(yè)，具有良好的使用和推廣價值。

參考文獻

[1]胡毅，劉凱，彭勇，等.帶電作業(yè)關鍵技術研究進展與趨勢[J].高電壓技術，2014，7.

[2]胡毅.輸配電線路帶電作業(yè)技術的研究與發(fā)展[J].高電壓技術，2011，11.