刘斌
内蒙古电力(集团)有限责任公司乌兰察布电业局配电带电作业中心 内蒙古乌兰察布市 012000
摘要:电网设备的例行维护工作通常采用人工带电作业的方式完成，目前存在着作业难度高、劳动强度大和人身安全威胁显著等问题。随着近年来信息技术的突破，带电作业中引入了许多智能新技术。本文对目前电网系统带电作业中运用的机器人和无人机技术进行了概括和介绍，并且对其在HN电网中的应用情况进行了分析和展望。
关键词:机器人;无人机;带电作业
带电作业是指在高压电气设备上不停电进行检修、测试的一种作业方法，是避免检修停电，保证正常供电的有效措施。当前经济的发展对供电质量提出了更高的要求，为提高供电可靠性、消减停电损失、保证电网安全稳定运行，带电作业成为了电力设备例行维护中的常用手段。随着近年来信息技术的突破，带电作业中也引入了许多新技术，如机器人、无人机等智能装置。这些智能新技术的引入很大程度上提高了带电作业的自动化水平和安全性，同时减轻了操作人员的劳动强度和人身安全威胁。本文对目前电网系统带电作业中常见的机器人和无人机技术进行了概括和介绍，并且对其在HN电网中的应用情况进行了分析和展望。
1带电作业机器人
研发智能机器人是目前带电作业技术领域的主流发展趋势。利用机器人代替人工作业，能够规避人身安全风险，节约人力成本，提高工作效率。国内外目前已完成研发并具有实际应用的带电作业机器人主要用于完成巡检和检修等工作任务。
1.1巡检机器人
变电站设备的巡视检查是确保电网安全稳定运行的一项重要日常工作环节。通过常规的图像记录、表计数据采集，以及红外测温、紫外放电检测、超声波检测等带电检测手段，可以提前发现设备缺陷，避免设备停电故障的发生。但同时，设备的巡检也是一项繁琐而反复的工作。以人工作业为主的设备巡检长期以来消耗着大量人力物力资源，并且仍存在着巡视质量监控不到位、报告不准确、缺陷故障不能及时发现等问题;巡检过程中产生的大量检测数据得不到及时有效的归类存储和分析处理，造成了数据浪费。
机器人的应用可以有效缓解目前设备巡检工作所带来的人力资源压力，大大提高巡检的规范性和自动化程度。智能巡检机器人技术目前已经进入了实用化阶段。山东电力研究院鲁能智能公司于2005年完成了国内首代变电站设备巡检机器人的研发。该机器人搭载红外热成像仪、可见光摄像机、高性能定向MIC等传感器，可根据预设的巡检任务，通过自主或遥控的方式进行变电站内全局路径规划，完成室外高压设备的图像巡检、设备仪表的自动识别、一次设备的红外检测以及移动物体侦测等巡检任务。操作人员只需通过后台基站查看机器人巡检过程中自动上传保存的图像、数据信息。该机器人及其后续改进型号目前已在全国29个省、自治区、直辖市部署应用。如浙江某500kV变电站配置了2台巡检机器人已完成现场配合测试顺序控制操作票200余张，设备位置识别成功率达98%以上。近年来，国内各研究机构相继开发了应用于输电线路、发电厂、智能变电站等多种场景的巡检机器人，对于智能巡检机器人的研究工作目前主要集中于作业功能扩展、运动可靠性设计和巡检策略优化等方面。如东北大学魏永乐等人对手臂固定式、手臂移动式和带柔索式等三种类型的双臂巡检机器人越障能力进行了分析。结果表明，带柔索式结构运动更为灵活、越障能力调节自由，并且可实现轻量化设计。山东科技大学王吉岱等人基于仿生学原理，结合长臂猿手臂运动特点，提出了一种三臂对称分布式高压输电线路巡检机器人，以期解决传统线路巡检机器人作业区间小，受障碍物尺寸局限大以及不能跨越引流线的问题。东北电力大学兰建军等人提出一种基于传感器加权数据融合的转向控制策略，以提高巡检机器人电磁导航系统的转向控制精度。湖北工业大学徐显金等人设计了一种针对高压直流输电线路的巡检机器人磁力悬浮运动装置。
1.2检修机器人
将智能机器人技术与带电检修工作结合起来，是该技术的另一个重要应用方向。
为了保障持续的电力供应，输电线路上的检修任务大多只能通过带电作业的方式完成。检修作业任务主要包括绝缘子串清扫、更换和耐张线夹引流板螺栓紧固等。传统的人工作业中，作业人员通过攀爬铁塔或绝缘梯进入等电位工位，借助工具进行塔上、塔下配合操作。操作人员处于高空、高电压环境中持续高强度作业，很容易引发人身伤亡事故。另外，随着电网的复杂化和多样化，相当一部分线路因安全距离紧张，无法开展人工带电作业。开发智能机器人以提高带电检修工作的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和人身安全威胁，已成为了迫切的技术需求。
国外对于带电检修机械装置的研究工作起始于20世纪80年代。加拿大的马尼托巴大学研制了一种在地面遥控操作的液压机械手，携带末端装置进行绝缘子的拆装。这类机械装置利用绝缘斗臂车载平台携带智能化自动工具进行带电作业操作，主要针对线路架设高度较低、电压等级较低的配电领域。
目前对于带电检修机器人的研究已朝向更加智能化、高电压的方向发展。山东电力研究院于2003年完成了自主知识产权的带电检修机器人样机研制，具有线路的带电切断、接引、绝缘子带电更换等功能，2011年研发了具有实用能力的山西长治10kV带电检修机器人。2016年，国网HN省电力有限公司带电作业中心刘兰兰等人研制了用于输电线路绝缘子串更换的带电检修机器人，机器人主要包括作业平台、控制平台和地面基站等组件，采用运动控制、通信、图像采集和电源管理等系统操控机体、机械臂及执行末端等机构完成绝缘子串带电更换的作业动作。
武汉大学胡雨濛等人于2017年开发了具备绝缘子清扫与检测功能的带电检修机器人，可通过交替夹持的方式沿绝缘子串上下攀爬，利用干式清扫滚筒对绝缘子外表面进行清扫。长沙理工大学樊绍胜等人提出了一种针对螺栓紧固作业的带电检修机器人视觉搜索、识别、定位方法，设置引流线为参照物进行追踪，并基于改进型峰值选择策略的Hough变换实现螺栓的精确识别。对于带电检修机器人的研究工作，逐步完善了机器人的作业功能和智能化程度。
2带电作业无人机
随着无人机飞行技术的不断成熟，采用无人机搭载巡检仪器、设备进行带电作业的方案逐渐进入人们的视野。相比于机器人，无人机具有移动范围大和越障能力强的突出优势，尤其适用于高压输电线路这类横跨距离长、作业高度高、所处地理环境复杂的电力设施上的带电作业任务。利用无人机近距离观测，可以有效发现杆塔异物、绝缘子缺陷和闪络故障点等人工巡检难以发现的缺陷。图3所示为一种用于线路巡检的多旋翼无人机。
2008年起，国内多家单位开始了输电线路无人机巡检技术的探索。2012年，国家电网公司着手建立架空输电线路无人机巡检应用试点规范。目前，可见报道的关于带电作业无人机的研究工作主要着眼于实现和优化输电线路巡视、线路清障以及绝缘子串清扫测量等功能。珠海供电局曾啸等人研制了基于多旋翼无人机的输电线路清障装置，通过在无人机上安装热熔、剪切和抓取等三个不同的工作机构，实现不停电、不登塔的线路异物清除。
3结语
将机器人、无人机等技术运用于带电作业是解决人力短缺问题、提高工作效率的有效措施，也是技术发展的必然趋势之一。随着行业内作业规范管理体系的进一步建立、相关人员队伍的培养以及配套设施的逐步完善，机器人、无人机等智能装置有望成为一种更为通用的技术手段，与电力设施维护工作深度结合，具有广阔的应用前景。
参 考 文 献
[1]国网黑龙江省电力有限公司运维检修部．输电带电作业〔M〕．北京:中国电力出版社，2014．
[2]鲁守银，钱庆林，张斌，等．变电站设备巡检机器人的研制〔J〕．电力系统自动化，2006(13):94-98．
[3]周立辉，张永生，孙勇，等．智能变电站巡检机器人研制及应用〔J〕．电力系统自动化，2011(35):85-88．