帶電更換懸垂絕緣子串等電位機器人研究

摘?要：近些年，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，其在電力行業(yè)的應用研究受到了越來越廣泛的關(guān)注。本項目將聯(lián)合國內(nèi)機器人領域最具實力的科研機構(gòu)，共同研究探索利用機器人替代等電位電工，通過人機協(xié)作的方式完成帶電更換絕緣子串現(xiàn)場作業(yè)的新裝備和新方法。

關(guān)鍵詞：機器人;等電位;帶電作業(yè)

1?研究背景

輸電線路中的絕緣子要在各種氣象條件下承受著高電壓和大張力的復合作用，因而其劣化現(xiàn)象時有發(fā)生。對這些劣化的絕緣子必須及早地予以更換，否則將威脅線路的安全運行。但是，如果為了更換絕緣子的現(xiàn)場作業(yè)而將線路停電，其損失也是重大的。一方面是減少供電量造成的經(jīng)濟損失;另一方面是線路停電將降低大電網(wǎng)的穩(wěn)定儲備，增加輸電線路的損耗。根據(jù)我公司的生產(chǎn)運維現(xiàn)狀，依賴電網(wǎng)停電進行作業(yè)的方式已經(jīng)無法適應區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的要求，而隨著電力新工藝、新方法、新工具的不斷更新進步，大量采用帶電作業(yè)成為輸電線路提高可靠供電，增加經(jīng)濟效益和樹立良好社會影響力的重要途徑。因此，解決在不停電狀態(tài)下對輸電線路的絕緣子串進行更換，研究其安全、有效帶電作業(yè)的方法是電力生產(chǎn)技術(shù)革新中一個重大課題，是提高公司實際生產(chǎn)力水平的重要發(fā)展方向。

2?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1?國外研究現(xiàn)狀

1995年日本東京工業(yè)大學的Morita?K[1]等人研制了適用于高壓帶電清洗絕緣子的機器人Insulator?Washer-I，如圖1所示。該機器人采用噴水與刷洗相結(jié)合的方法清洗絕緣子。該機器人系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：①導軌，用于機器人從地面上升到鐵塔;②一個圓柱坐標式的手臂，該手臂安裝在導軌上;③一個旋轉(zhuǎn)清洗單元，當該單元經(jīng)導軌小車運送到絕緣子串時，手臂會將該單元安裝到絕緣子裙上，然后該機構(gòu)在電機的驅(qū)動下自動旋轉(zhuǎn)，毛刷開始刷洗絕緣子，同時噴頭噴出少量的水，輔助清洗絕緣子;④其他單元，如接地設備、照明設備、檢測攝像機等。

該機器人采用水洗和刷子刷洗相結(jié)合的方式，具有較好的清洗效果，所清掃的面的清掃效果基本相同，同時由于采用了可調(diào)節(jié)開口大小的刷子，可以適應一定半徑范圍的絕緣子的清掃。但是該機器人存在一些弊病，如機器人結(jié)構(gòu)復雜，質(zhì)量大，整機尺寸大，應用范圍比較狹窄，清洗速度慢。

2009年，韓國電力研究院[2-3]在水平雙聯(lián)絕緣子串清掃機器人的基礎上，研制了適用于345kV的垂直絕緣子清掃的機器人，如圖2所示。該機器人由以下幾部分構(gòu)成：①爬行機構(gòu)，使用滾珠絲杠機構(gòu)實現(xiàn);②清掃機構(gòu)，由圓周運動導軌單元（CMG）和刷子構(gòu)成;③連接機構(gòu)，該機構(gòu)用于將兩個半圓形的部分連接成一個圓形的結(jié)構(gòu)，使得機器人可以套在懸垂絕緣子串上;④上下線機構(gòu)。

2.2?國內(nèi)研究現(xiàn)狀

2005年，上海交通大學與蘭州供電公司合作[4]，成功研制了第一代超高壓帶電清掃機器人HVCR-I，如圖3所示。該機器人采用了剪叉式升降機構(gòu)，用輕型卡車作為清掃機器人的移動載體。整個機器人包括機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、二級控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。機械系統(tǒng)包括改裝的輕型卡車、絕緣升降平臺、操作機械臂和作業(yè)工具（旋轉(zhuǎn)毛刷機構(gòu)）。液壓系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的動力部分，主要包括絕緣油缸、絕緣油管、液壓馬達、電磁閥等。這套系統(tǒng)既可為各種操作提供動力，有兼具高壓環(huán)境下所要求的安全性?？刂葡到y(tǒng)采用上下位機無線通訊，包括絕緣平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和操作臺控制系統(tǒng)。

中國科學院沈陽自動化研究所[5]自2006年開始研制了系列化輸電線路絕緣子檢測與清掃機器人，如圖4所示。包括水平串絕緣子檢測機器人、懸垂串絕緣子檢測機器人和懸垂串絕緣子清掃機器人等。

3?絕緣子串帶電作業(yè)發(fā)展趨勢

從目前國內(nèi)外懸式絕緣子檢測及維護作業(yè)機器人的發(fā)展現(xiàn)狀來看，現(xiàn)存的機器人機構(gòu)主要存在適應性、安全性、負載自重比等方面的不足：絕緣子種類多種多樣，不同電壓等級和機械強度的絕緣子參數(shù)各不相同，現(xiàn)存的機器人機構(gòu)對不同盤徑和不同高度的絕緣子適應性差。以輪腿滾動式行走機構(gòu)為主體的機器人機構(gòu)對絕緣子的尺寸十分敏感，造成了此類機器人的適應性不好，另外也導致了當絕緣子由于制造尺寸偏差、安裝誤差或者在外力作用下產(chǎn)生傾斜時，機器人本體容易卡在絕緣子串上或者從串上掉落，安全性有待加強。

參考文獻：

[1]Yano?K，Maruyama?Y，Morita?K，et?al.Development?of?the?semi-antomatic?hot-line?work?robot?sysytems“phase?Ⅱ”[C].Proceedings?of?ESMO95-1995?IEEE?7THInternational?Conference?on?Transmission?and?Distribution?Construction，Operation?and?Live-Line?Maintenance，1995：212-218.

[2]Cho?B?H，Byun?S?H，Park?J?Y.Development?of?automatic?inspection?robot?for?live-line?insulators[C].IEEE?International?Conference?on?Transmission?&?Distribution?Construction，Operation?and?Live-Line?Maintenance.IEEE，2006：1-5.

[3]Park?J?Y，Cho?B?H，Byun?S?H.Development?of?cleaning?robot?system?for?live-line?suspension?insulator?strings[J].International?Journal?of?Control?Automation?&?Systems，2009，7（2）：211-220.

[4]車立新，楊汝清，顧毅，等.帶電清掃機器人絕緣安全分析[J].上海交通大學學報，2005，39（12）：38-40.

[5]Wang?H，Jiang?Y，Liu?A.Research?of?power?transmission?line?maintenance?robots?in?SIACAS[C].International?Conference?on?Applied?Robotics?for?the?Power?Industry.2010：1-7.

作者簡介：楊鑫（1987—），男，碩士，工程師，從事帶電作業(yè)工作。