輸電線路帶電遙控自動化檢修裝置研究與應用

張明　李慶興

摘? 要：文章介紹一種輸電線路帶電遙控自動化檢修裝置，可解決輸電線路常見小型帶電作業項目，只需人員地面遙控操作，能大大提高帶電作業工作效率，提高電網可靠性。

關鍵詞：輸電線路;帶電遙控;自動化檢修裝置

中圖分類號：TM75? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）08-0157-03

Abstract： This paper introduces a kind of automatic inspection and repair device for live control of transmission lines， which can solve the common small live work items of transmission lines. Only personnel ground remote control operation is needed， which can greatly improve the work efficiency of live work and improve the reliability of power grid.

Keywords： transmission line; live remote control; automatic maintenance device

目前線路帶電作業，主要依靠具有帶電作業資質的熟練人員完成，而隨著電網規模的不斷擴大，輸電線路帶電作業檢修壓力逐漸增大。加上對電網可靠性的要求越來越高，提高輸電線路帶電作業工作效率成為輸電線路的迫切需求。

1 輸電線路自動化檢修裝置理論和實踐依據

當前高壓輸電線路有多種類型，機器人在高壓輸電線路中的運用主要分為兩種：（1）面對地線作業機器人;（2）面對導線作業機器人。后者的主要任務包括了緊固螺栓、修補導線以及復位防震錘等。本文設定的作業對象為 220kV耐張桿塔上壓縮型耐張線夾螺栓以及單分裂導線上單聯懸垂絕緣子串，同時展開雙作業任務：禁錮耐張線夾螺栓，人工輔助更換單片絕緣子。借助球頭掛環，在桿塔橫擔之上懸掛懸垂絕緣子串的上端，其中間主要由許多絕緣子進行串聯，而其下端則利用W銷聯接于碗頭掛板，如圖1（a）所示。壓縮型耐張線夾由管體、引流板、引流線夾以及連接引流板引流線夾的外六角螺栓組成，耐張線夾兩端分別與導線、跳線連接，如圖1（b）所示。

帶電校緊引流板螺栓和拆除母線引流線裝置共用一個機器人移動平臺，利用無人機載體，把帶電工作裝置或傳遞裝置運至工作點，利用地面人員遙控器給工作裝置作業指令，并按步驟完成作業要求。

2 輸電線路自動化檢修裝置結構總體方案

2.1 系統框圖（圖2）

2.2 主要工作過程

現場使用時，將線上執行裝置啟動并安放到線上。打開地面控制系統PC主機上的主操作軟件，線上執行裝置上的高清圖傳系統可將圖像數據傳輸到PC主機上。現場工作人員可以根據PC主機上的視頻觀察和了解高壓線上設備的工作環境和狀況。現場人員操作地面控制臺上的按鍵或搖桿等，如操作線上執行裝置移動，地面控制器會采集地面控制臺上的操作數據，將對應的操作轉換成指令并通過無線傳輸模塊傳輸到線上執行裝置。線上執行裝置通過主控制器讀取無線傳輸模塊采集到的數據，并轉換解析成相應執行指令，并下發到各執行器，如移動平臺接收到指令后，按照指令移動相應的位置。線上執行裝置其他執行機構如機械臂、螺栓固定末端、螺栓擰緊末端、拆線引流末端，與地面控制系統采用同樣的方式進行遙控操作。

2.3 移動平臺

機器人的關鍵載體便是移動平臺，其主要的組成機構包含了夾爪、機體、行走輪機構以及機械臂等。在實際工作過程中，機體之上將固定兩條機械臂，其上端經由夾爪支架對等電位輪、行走輪機構以及夾爪等進行固接。與此同時，行走輪機構內部的行走輪將由電機帶動進行轉動，并且驅使機器人沿當前的導線進行移動。除此之外，夾爪支架內的電機絲桿在轉動過程中，將對夾爪進行驅動，使其將導線夾緊，從而確保機器人在移動的時候不會與導線脫離。

2.4 雙機械手臂

末端裝置將會隨著此類手臂全部關節運動，被攜帶至指定的作業平面。對固定末端進行攜帶的手臂主要組成部分包括了縱移關節、旋轉關節以及伸縮關節等，而手臂將經由旋轉關節固定座被固接到相應機體之上，隨后縱移關節移動滑臺將會攜帶螺栓將引流線固定末端拆除，或者固定末端。旋轉關節在豎直平面中實現轉動的主要因素為蝸輪蝸桿機構的日常傳動，而移動關節以及伸縮關節縱向、豎直方向移動的實現，主要得益于絲桿螺母機構的日常傳動。

攜帶螺栓擰緊末端的機械手臂與攜帶固定末端的機械臂而言，增加了一個可沿著機體橫向移動的橫移關節，因此共由橫移關節、旋轉關節、伸縮關節、縱移關節四部分結構組裝而成。橫移導軌固定在機體上，橫移關節同樣有絲桿螺母機構傳動橫向移動。

2.5 母線螺栓固定末端和螺栓擰緊末端

為了防止在螺栓緊固過程中，因螺栓頭跟隨螺母一起轉動而導致螺母無法擰緊。因此帶電作業機器人采取仿人的結構形式，以雙作業臂進行作業，即一個機械臂攜帶末端固定住螺栓，另一個機械臂攜帶末端擰螺母，并且作業末端同樣考慮采用內六角套筒的形式與外六角螺栓配合，因此機器人的作業臂需要調節作業末端裝置相對于外六角螺栓的位置，使得末端裝置的內六角套筒與螺母同軸。與此同時，為了完成套筒與螺母的準確對接，作業末端需要具備旋轉自由度，使得內六角套筒相對于螺母進行位置上的微調。末端裝置安裝2個相互垂直的微型攝像頭，可全方位觀察套筒相對于螺母的位置。實體模型如圖3所示：

2.6 拆除引流線末端

引流線固定夾爪如圖4所示，通過電動機帶動絲桿旋轉，使螺母沿著絲桿移動，進而帶動固定夾爪的開合。夾爪與移動平臺相連。引流線固定夾可以將絕緣繩引流線固定器與引流線固定在一起。

母線螺栓緊固工作過程：首先，將作業機器人吊裝上線，機器人的兩行走輪掛在導線上后，通過驅動旋轉電機，使機器人沿著導線行駛，并將兩機械手旋轉至工作位置;根據攝像頭觀察到圖像，確定機器人擰螺栓的初始位置，安裝螺栓固定末端的機械手旋轉關節2向前旋轉，通過攝像頭反映的圖像對其旋轉及伸縮關節進行微調，使螺栓固定裝置的內六角套筒與螺栓頭同軸心，隨后縱向關節1向前移動靠近螺栓頭直至將螺栓頭壓住，限制其轉動;裝備螺栓擰緊末端的機械手旋轉關節向前旋轉，觀察攝像頭圖像，對其進行橫移旋轉及伸縮微調，使螺栓擰緊末端的內六角套筒與螺母同心，隨之移動縱向關節1靠近螺母，直至將螺母完全套住，擰螺母裝置電機旋轉，進行螺母擰緊。內六角套筒根據實際需求設計成適應不同螺栓或螺母大小，同時使用套筒結構可以避免螺栓或螺母卸載下來后掉到地上。

2.6.1 拆卸

完成母線螺栓緊固工作后，機械手末端更換為拆除引流線末端裝置。首先，將作業機器人吊裝上線，機器人的兩行走輪掛在導線上后，通過驅動旋轉電機，使機器人沿著導線行駛至工作位置，裝配引流線螺栓末端機械手縱向關節2向前移動，同時，旋轉關節1逆時針旋轉，根據攝像頭觀察到圖像，確定機器人擰螺栓的初始位置，安裝螺栓固定末端的機械手旋轉關節2向前旋轉，通過攝像頭反映的圖像對其旋轉及伸縮關節進行微調，使螺栓固定內六角套筒與螺栓頭、螺栓、以及旋轉套筒同軸心，隨后拆除引流線末端裝置進行夾緊，直至將螺母完全套住，擰螺母裝置電機旋轉，進行螺母擰緊或拆卸。另一機械手末端更換為引流線固定夾爪，通過引流線機械臂（帶夾爪）上下和前后移動微調，將絕緣繩引流線固定器推到和引流線緊密接觸的位置，通過電動機帶動絲桿旋轉，使螺母沿著絲桿移動，進而帶動固定夾爪夾緊，使得固定器固定夾緊在母線引流線上，為防止引流線與母線脫開瞬間產生電弧，松開夾爪同時往下拉絕緣繩，脫開母線引流線。

2.6.2 安裝

在地面將新的母線引流線系在安全絕緣繩上，拉動安全繩，將母線引流線拉動引流線機械臂等高的位置，控制機械臂夾緊母線引流線并對準螺栓孔，操作螺栓安裝機械臂完成螺栓的安裝。

3 結束語

輸電線路帶電作業機器人是目前電力行業較為專注的重點研究領域之一，該裝置可解決輸電線路高壓引流線的拆卸和耐張線夾的緊固帶電作業項目，從而保證變電站配件檢修和更換，操作簡單，只需人員地面遙控操作，能大大提高帶電作業工作效率，提高操作人員的安全性，降低作業成本。該項目研制成功，可提高效率60%，降低作業成本50%，社會效益更高。

參考文獻：

[1]蘇啟獎，黃炎，鐘力，等.輸電線路螺栓緊固帶電作業機器人及自提升上線裝置的研究與應用[J].廣東電力，2019（09）：133-135.

[2]黃智明.輸電線路帶電作業巡檢清障機器人的設計[J].機電信息，2017（27）：107-108.

[3]李若云.輸電線路螺栓緊固機器人控制方法的研究[D].長沙理工大學，2017.