輸電線路絕緣子檢測機(jī)器人設(shè)計

段軍鵬，艾上美

(云南電網(wǎng)公司楚雄供電局，云南 楚雄 675000)

0 前言

由于受到各種環(huán)境因素的影響，絕緣子易出現(xiàn)老化或劣化現(xiàn)象［1］。長期運(yùn)行會出現(xiàn)絕緣電阻降低、表面污穢、開裂甚至擊穿等故障;為了保障輸電線路的安全運(yùn)行，需要定期對線路的絕緣子進(jìn)行檢測，確定絕緣子是否需要更換。目前國內(nèi)絕緣子檢測方法仍為人工檢測，人工檢測方式工作環(huán)境差，人員投入大，檢測效率低，而且易造成漏檢及誤檢［2］。為線路絕緣子設(shè)計絕緣子檢測機(jī)器人對安全運(yùn)行具有重要意義。

1 機(jī)器人概況

絕緣子檢測機(jī)器人是由機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)及無線傳輸系統(tǒng)組成的一個復(fù)雜系統(tǒng)，機(jī)器人融合多項(xiàng)技術(shù)如電磁屏蔽技術(shù)、信息無線傳輸技術(shù)、多傳感器應(yīng)用技術(shù)。絕緣子檢測機(jī)器人可以在實(shí)際的架空輸電線路中代替線路檢修人員完成對絕緣子串的檢測工作，當(dāng)絕緣子檢測機(jī)器人檢測發(fā)現(xiàn)劣化絕緣子片時，機(jī)器人將向監(jiān)控后臺發(fā)送警示，預(yù)警絕緣子片的絕緣狀態(tài)。絕緣子檢測機(jī)器人能夠完成在絕緣子串上的上、下行運(yùn)動，且能夠準(zhǔn)確的在檢測位置定位，完成絕緣子片的檢測工作。

絕緣子檢測機(jī)器人本體可作為一個移動平臺，可以通過搭載不同的檢測儀器或設(shè)備完成以下的幾個功能:

1.1 自動檢測

將機(jī)器人放置于絕緣子串上，機(jī)器人可以沿著絕緣子串上、下自動行走，通過檢測儀完成對絕緣子片的絕緣特性檢測，檢測結(jié)果為分布電壓或者絕緣電阻，從而確定劣質(zhì)絕緣子，機(jī)器人將檢測結(jié)果實(shí)時傳輸至監(jiān)控設(shè)備，給予檢測人員警告。

1.2 外觀識別

通過搭載微型攝像機(jī)，絕緣子檢測機(jī)器人可以監(jiān)控絕緣子片的外觀，如鋼帽、瓷片裂紋等缺陷進(jìn)行識別，檢測表面污穢，通過天線將機(jī)器人監(jiān)控的圖像實(shí)時傳送至顯示儀器。

1.3 智能操控

絕緣子檢測機(jī)器人可以按照預(yù)先設(shè)計的程序進(jìn)行絕緣子串的檢測，也可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境更改機(jī)器人運(yùn)動邏輯及運(yùn)動速度，使機(jī)器人的控制更加機(jī)動靈活，更加符合現(xiàn)場的實(shí)際場合。

2 絕緣子檢測機(jī)器人設(shè)計

2.1 絕緣子檢測機(jī)器人本體系統(tǒng)設(shè)計

圖1 絕緣子串檢測機(jī)器人產(chǎn)品圖

檢測機(jī)器人主要由爬行部分、伸縮部分組成，爬行部分的主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在絕緣子串上的前后爬行動作，爬行部分為兩組對稱安裝方式，此結(jié)構(gòu)保證機(jī)器人的受力更加均衡，整機(jī)中心分配更加合理。機(jī)器人的轉(zhuǎn)動件應(yīng)該盡量靠近絕緣子片的邊緣;可保證機(jī)器人可順利通過均壓環(huán);從而保證了機(jī)器人能夠完成對整串絕緣子的檢測工作。

2.2 檢測機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計

絕緣子檢測機(jī)器人控制系統(tǒng)總體分為:機(jī)器人本體部分和無線監(jiān)控設(shè)備部分見圖2，本體部分完成機(jī)器人位置信息的采集及判定，輸出控制攀爬指令完成機(jī)器人智能前后爬行動作，機(jī)器人上運(yùn)用多個位置傳感器，電路采用PID 閉環(huán)控制系統(tǒng)，向絕緣子電阻檢測模塊輸出控制命令完成檢測并讀取檢測信息，將絕緣子檢測信息通過無線模塊傳輸給無線監(jiān)控設(shè)備，完成機(jī)器人與地面操作人員的人機(jī)信息交互。

絕緣子檢測機(jī)器人本體系統(tǒng)軟件采用C 語言編程，軟件平臺應(yīng)用ICCAVR 編譯平臺和KEIL MDK 軟件編譯平臺，調(diào)試平臺應(yīng)用ATMEL 的AVR Studio 4.02。軟件采用模塊化設(shè)計，易于維護(hù)和擴(kuò)充，可移植性強(qiáng)。監(jiān)控終端基于Windows操作系統(tǒng)，采用Visual C++進(jìn)行終端軟件測編寫。

圖2 絕緣子機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖

2.3 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)及零值檢測

由于絕緣子與輸電線、桿塔之間存在雜散電容，導(dǎo)致絕緣子串上的電壓并非均勻分布，局部場強(qiáng)較高，從而容易產(chǎn)生電暈、劣化、閃絡(luò)甚至擊穿。.為防止運(yùn)行中的絕緣子被擊穿，必須要使絕緣子串上分壓最小的絕緣子其壓降小于擊穿電壓，并留有一定裕度。由于分布電壓能反映絕緣子的一些電氣特性，如污穢分布狀況，絕緣子絕緣狀況等。

對絕緣子檢測機(jī)器人在進(jìn)行高壓帶電試驗(yàn)，通過采用“絕緣子電壓分布測量儀”來判劣質(zhì)絕緣子片，其中的第5 片絕緣子為在搭建試驗(yàn)環(huán)境時人為放置的劣質(zhì)絕緣子，在線路端依次施加220 kV、330 kV、500 kV 線路電壓，由機(jī)器人分別三次進(jìn)行帶電檢測。

通過在高壓試驗(yàn)室對絕緣子串的帶電測試，試驗(yàn)結(jié)果如下:

圖3 絕緣子檢測機(jī)器人檢測的電壓分布圖

1)絕緣子檢測機(jī)器人成功的完成第5 片裂化絕緣子的檢出工作，檢測結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相同，機(jī)器人的的檢測精度可靠，絕緣子檢測機(jī)器人將檢測結(jié)果傳輸至監(jiān)控終端，結(jié)果直觀。

2)絕緣子檢測機(jī)器人的爬行速度在實(shí)際環(huán)境下可以按照需要設(shè)置，檢測時間短，移動速度快。

3 結(jié)束語

絕緣子檢測機(jī)器人基于輸電線路絕緣子串分布電壓的特點(diǎn)，結(jié)合線路的高場強(qiáng)環(huán)境特點(diǎn)，采用電磁屏蔽技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及無線傳輸技術(shù)，完成了絕緣子檢測機(jī)器人在高壓試驗(yàn)室的帶電試驗(yàn)，成功的檢出其中的裂化絕緣子片。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊，移動速度快，提高了絕緣子片檢修工作的效率，為實(shí)際架空輸電線路大量的絕緣子片檢修工作提供了新的解決思路，為保證架空輸電線路的可靠、安全運(yùn)行提供了新的技術(shù)保障。

［1］Q/GDW 515.1－2010 交流架空輸電線路用絕緣子使用導(dǎo)則第一部分:瓷、玻璃絕緣子［S］.中國電力出版社:國家電網(wǎng)公司，2010 年10 月.

［2］朱虎，李衛(wèi)國，林冶.絕緣子檢測方法的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電瓷避雷器，2006，(6):13－17.