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10kV配电线路带电抢修作业机器人实用化研究赵潞文

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：赵潞文

[导读] 摘要：随着我国经济的快速发展，电网安全稳定运行变得越来越重要。

        国网平顺县供电公司山西长治 047400
        摘要：随着我国经济的快速发展，电网安全稳定运行变得越来越重要。近年来，冰雪、地震等严重自然灾害，电网大范围互联以及大量分布式电源接入等等，给我国电力系统的稳定性带来了新的难题。如何加强日常维护，防患于未然，以及出现问题时及时抢修，构建电力系统安全防御框架、应对各种挑战，成为急需处理的问题。基于电力带电抢修作业机器人，拟深入研究10kV配电线路带电作业环境对工艺所提出的各项要求，以并妥善处理机器人共性关键与专用技术，努力研发出与配电网抢修维护工作相适应的带电作业机器人。该种机器人，能够用以取代人工完成作业，尤其是带电断线、接线等特殊任务，降低作业人员的工作强度，让他们有效隔离高压电场，从而有效保障作业人员的人身安全。
        关键词：10kV配电线路；带电抢修作业；机器人
        前言
        为了进一步提高10kV配电线路带电抢修的作业效率，满足人们日益增长的用电需求，文章以带电抢修机器人作为主要研究对象，通过对其系统构成进行说明，在结合其主从操作液压机械臂及其控制系统的基础上，进而对10kV配电线路抢修作业机器人的专用作业工具展开了设计和分析。
        1高压带电作业机器人应用的重要性
        众所周知，高压电的危害性足以致人于死亡，但是在过去的几十年中，高压带电作业都是依靠技术人员来完成，这对技术人员的安全性造成了很大的隐患。另外由于技术人员的心理和身体状况，也不能随时随地长时间的进行高压带电作业。当发生了自热灾害或者突发事件时，电力更加需要进行各种抢修和恢复，这个时候，因为高压带电设施受损，安全性更是雪上加霜。由于种种原因，高压带电作业都需要机器人的出现才能解决。高压带电作业机器应用可以快速的寻找到高压设施所出现的问题，然后去解决问题。并且高压带电作业机器人可以不用受到体力和心理因素的限制，更加可以在高压设施遭到毁坏不具有安全性的情况下作业，极大的缓解了电力的紧张。高压带电作业机器人的应用是我国电力事业和电力技术人员的—个福音。
        2带电抢修作业智能机器人系统构成及功能作用
        2.1智能机器人的系统构成
        电力带电抢修作业的智能机器人系统构成包括了机器人整体施工操作平台、管控装置设备、折叠与伸缩绝缘臂以及移动汽车4个主要组成部分。机器人整体作业操控平台涵盖机器人操控系统、绝缘斗以及机械臂绝缘支撑，帮助操控人员完成作业任务。在移动汽车的底盘上面安装折叠与伸缩绝缘臂，使智能机器人的施工作业平台能够被准确输送到需要抢修的地方。管控装置主要涵盖了上、下2部分管控装置设备，前者是安装在机器人施工操作平台的上面，利用全方位的操控手柄，来帮助操控人员完成绝缘斗之中的作业任务；后者安装在回转塔的上面，同时安装了上部管控的切换按钮，方便二者的切换处理。电力带电抢修作业智能机器人的系统运行较为复杂，在执行带电抢修作业时需注重相关功能的发挥，从而达到预期的抢修效果。
        2.2智能机器人的功能作用
        （1）利用机器人进行带电抢修作业，使施工环境得以改进。通过实施间接形式的操控作业模式，既减少了人员危险，提高了安全性，也极大降低了人员高空跌落、触电身亡的概率。
        （2）确保抢修作业的质量与效率。采用机器人作业的方式，节省了很多人力和时间，人工成本降低，维修作业面积增大，同时也便于人员的操控，管控能力提升。
        （3）在方便抢修作业操控的基础上，客户的满意度增强。通过机器人的抢修作业实施形式，不仅便于人员操控，而且大部分环节为机器人自行实施处理，作业准确度提高，降低了电力事故发生的概率，客户的满意度增强。

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        3电力带电抢修作业的机器人应用分析
        3.1主从操控液压机械臂的功能应用
        （1）作为带电抢修作业机器人系统中的关键性功能，是确保主从操控液压机械臂在应用中发挥出重要的作用。通过使操控人员和高压电场相隔离进行带电抢修作业，依靠主从操控液压机械臂的高准确度、稳定性能，采用光纤通讯方式来降低危险。液压机械臂系统包括了液压机械臂、液压供油单元、主手以及主从操控系统等。
        （2）液压机械臂凭借操控灵活、自重小及动力充足的功能优势，工作人员利用对主手的操作，完成机械臂的远程操控作业任务，通过夹起专业抢修工具，有效实施电力维修。对于主手而言，本身结构和机械臂一致，能够有效控制各个臂关节，并将较高精密度的旋转电位计与力矩电机设备安装到各个关节上，增强应用中的可操控性。关于液压供油单元，系统动力源为具有恒定压力的液压源，通过对液压油的过滤，在应用中保持压力在（10.3～20.8）MPa，流量为10 L/min。
        3.2带电作业机器人专用工具的应用
        由于带电作业机器人所实施的任务类型繁多，所处环境复杂，采用机器人专用工具可谓是确保带电抢修作业任务顺利完成的保障，有利于提高效率和质量。因作业环境带电，所以工具的选用应保证一定的便利性。常见的专用工具有电动扳手、压线钳、自动剥皮器以及断线钳等。目前高压带电作业处理中均以手动形式进行剥皮器的操控，不但效率低、难以做到对绝缘层的保护，而且危险性较大。利用自动剥皮器，提升了剥皮效率。采用自动形式来实现机械手持操控，控制剥皮速度，确保压线稳固。通过运用电动扳手，使螺母得到紧固。机器人采用电动扳手作业时，夹持操作方便，采用遥控方式，使用可更换柔性导向扳套，对螺栓拧紧处理。此外，机器人采用电动断线钳作业，使用专业的机械手夹持器具，需保证夹持操控方便，并在断线钳运行尾端安装操控盒，达到有效远程管控的目的。
        3.3绝缘保护系统的应用
        （1）鉴于电力带电抢修作业具有的较高危险性，相关人员在进行机器人操控过程中，如果出现操作失误，极易导致机器人的功能受损，甚至危及到生命安全，并产生严重的电力故障，影响到正常的电力供应。因此运用科学的绝缘对策，使带电作业机器人具有良好的绝缘功能非常重要，有利于电力带电抢修作业任务的顺利完成。通过有效运用绝缘保护系统，达到对相关工作人员安全的三重保护的效果。
        （2）工作人员安全的三重保护。第一重保护，利用缠绕环氧玻璃的绝缘钢结构支架材料，经过焊接处理形成作业平台，并将环氧玻璃板粘结在底部，依靠机械臂进行绝缘支撑处理，谨防相间短路情况的出现；第二重保护，利用绝缘斗臂车给予人员的绝缘保护，提高作业的安全性；第三重保护，操控人员可以站立在绝缘斗当中，采用远程遥控的形式，借助机械臂专用的夹取工具实施高压线路的维修工作，使操控人员的生命安全得到有效保障。
        （3）机械臂运用软质橡胶外包的方式，让机械臂处于绝缘状态。当操控人员站立在机器人作业平台的绝缘斗中时，利用光纤通信的形式，实现主手和机械臂之间的信息传递，同时采用远程遥控的形式，操控机器人进行抢修作业，使得工作人员可以远离高压电场的环境，提高了作业的安全性。为了防止相间短路情况的产生，确保机器人操作平台具备绝缘功能，支架的制作是利用外包玻璃钢的钢管焊接完成，并进行和绝缘斗的螺栓连接处理，最终达到良好的绝缘效果。
        4结语
        10kV配电线路带电抢修作业机器人进行带电作业具有较强的可行性，为今后研发高压带电作业机器人项目及相关产品推广奠定了理论、试验基础，累积了宝贵的设计和工艺经验。经工业现场试验表明，它能满足10kV高压带电作业的绝缘要求，可以完成10kV带电作业的主要工作。
        参考文献：
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        ［2］王耀南，魏书宁，印峰，等.输电线路除冰机器人关键技术综述［J］.机械工程学报，2015，34（22）：30-38.
        ［3］周丽群，孙永生，孙勇，等.智能变电站巡检机器人的研制以及应用［J］.电力系统自动化，2016，35（19）：85-88.