帶電更換懸垂絕緣子串等電位機(jī)器人研究

摘?要：近些年，隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，其在電力行業(yè)的應(yīng)用研究受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。本項(xiàng)目將聯(lián)合國(guó)內(nèi)機(jī)器人領(lǐng)域最具實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)，共同研究探索利用機(jī)器人替代等電位電工，通過(guò)人機(jī)協(xié)作的方式完成帶電更換絕緣子串現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的新裝備和新方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)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(fù)合作用，因而其劣化現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。對(duì)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(yùn)行。但是，如果為了更換絕緣子的現(xiàn)場(chǎng)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(jì)損失;另一方面是線路停電將降低大電網(wǎng)的穩(wěn)定儲(chǔ)備，增加輸電線路的損耗。根據(jù)我公司的生產(chǎn)運(yùn)維現(xiàn)狀，依賴電網(wǎng)停電進(jìn)行作業(yè)的方式已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(jì)效益和樹立良好社會(huì)影響力的重要途徑。因此，解決在不停電狀態(tài)下對(duì)輸電線路的絕緣子串進(jìn)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(gè)重大課題，是提高公司實(shí)際生產(chǎn)力水平的重要發(fā)展方向。

2?國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1?國(guó)外研究現(xiàn)狀

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

該機(jī)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(shí)由于采用了可調(diào)節(jié)開口大小的刷子，可以適應(yīng)一定半徑范圍的絕緣子的清掃。但是該機(jī)器人存在一些弊病，如機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大，整機(jī)尺寸大，應(yīng)用范圍比較狹窄，清洗速度慢。

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

2.2?國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

2005年，上海交通大學(xué)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(jī)器人HVCR-I，如圖3所示。該機(jī)器人采用了剪叉式升降機(jī)構(gòu)，用輕型卡車作為清掃機(jī)器人的移動(dòng)載體。整個(gè)機(jī)器人包括機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、二級(jí)控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。機(jī)械系統(tǒng)包括改裝的輕型卡車、絕緣升降平臺(tái)、操作機(jī)械臂和作業(yè)工具（旋轉(zhuǎn)毛刷機(jī)構(gòu)）。液壓系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力部分，主要包括絕緣油缸、絕緣油管、液壓馬達(dá)、電磁閥等。這套系統(tǒng)既可為各種操作提供動(dòng)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(jī)無(wú)線通訊，包括絕緣平臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)和操作臺(tái)控制系統(tǒng)。

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)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(cè)與清掃機(jī)器人，如圖4所示。包括水平串絕緣子檢測(cè)機(jī)器人、懸垂串絕緣子檢測(cè)機(jī)器人和懸垂串絕緣子清掃機(jī)器人等。

3?絕緣子串帶電作業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

從目前國(guó)內(nèi)外懸式絕緣子檢測(cè)及維護(hù)作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，現(xiàn)存的機(jī)器人機(jī)構(gòu)主要存在適應(yīng)性、安全性、負(fù)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(jí)和機(jī)械強(qiáng)度的絕緣子參數(shù)各不相同，現(xiàn)存的機(jī)器人機(jī)構(gòu)對(duì)不同盤徑和不同高度的絕緣子適應(yīng)性差。以輪腿滾動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)為主體的機(jī)器人機(jī)構(gòu)對(duì)絕緣子的尺寸十分敏感，造成了此類機(jī)器人的適應(yīng)性不好，另外也導(dǎo)致了當(dāng)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(shí)，機(jī)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(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[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.

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[4]車立新，楊汝清，顧毅，等.帶電清掃機(jī)器人絕緣安全分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，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(jiǎn)介：楊鑫（1987—），男，碩士，工程師，從事帶電作業(yè)工作。