10kV配電線路帶電搶修作業(yè)機(jī)器人實(shí)用化研究

常健 李勇 王培崇

摘 要：為了進(jìn)一步提高10kV配電線路帶電搶修的作業(yè)效率，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求，文章以帶電搶修機(jī)器人作為主要研究對象，通過對其系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行說明，在結(jié)合其主從操作液壓機(jī)械臂及其控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)而對10kV配電線路搶修作業(yè)機(jī)器人的專用作業(yè)工具展開了設(shè)計(jì)和分析。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路;帶電搶修;機(jī)器人實(shí)用化

前言

對傳統(tǒng)的10kV配電線路搶修作業(yè)進(jìn)行分析可知，其不僅需要全線停電，而且還需人為檢查線路故障，在增加維修成本的同時(shí)，也為地區(qū)人們的生活帶來了較大不便?；诖?，將10kV配電線路帶電搶修作業(yè)機(jī)器人引入線路的故障處理過程中，確保供電持續(xù)性的基礎(chǔ)上，提高線路搶修的可靠性和安全性，具體設(shè)計(jì)如下。

1 、帶電搶修機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成

對帶電搶修機(jī)器人進(jìn)行分析可知，其主要包括了整體作業(yè)平臺、折疊伸縮絕緣手臂以及移動(dòng)汽車和控制裝置等部分，其中，整體作業(yè)平臺主要由絕緣斗以及機(jī)械手臂絕緣子支承和機(jī)器人操作系統(tǒng)構(gòu)成，其功能主要是為搶修人員提供作業(yè)平臺[1]。折疊伸縮絕緣手臂設(shè)定在移動(dòng)汽車底盤，主要任務(wù)將運(yùn)送機(jī)器人作業(yè)平臺至線路作業(yè)的具體位置。移動(dòng)汽車主要負(fù)責(zé)運(yùn)送其他三部分到具體故障地點(diǎn)進(jìn)行線路搶修，而控制裝置則主要由上、下兩部分組成，其中，上部控制裝置位于機(jī)器人作業(yè)平臺中，具有全方位操作手柄，實(shí)現(xiàn)絕緣斗內(nèi)部的流暢操作，下部控制裝置則位于回轉(zhuǎn)塔處，設(shè)有上部控制裝置切換按鈕，實(shí)現(xiàn)上下兩部分控制裝置的功能切換。

2 、主從操作液壓機(jī)械臂及控制系統(tǒng)

主從操作液壓機(jī)械手臂是10kV配電線路帶電搶修機(jī)器人的核心，其主要作用是將作業(yè)人員同高壓電場進(jìn)行分離，幫助搶修人員完成作業(yè)任務(wù)，故其應(yīng)具備精度高、持重大以及自重小和實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。對其各部分構(gòu)成進(jìn)行如下說明：（1）液壓機(jī)械臂。液壓機(jī)械臂自重較輕且持重較大，具有良好的動(dòng)力特性，操作靈活便捷，通過操控主手臂實(shí)現(xiàn)專用工具的夾持功能，以完成帶電作業(yè)任務(wù);（2）主手。主手的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與液壓機(jī)械臂相同，主要功能為實(shí)現(xiàn)對從臂各關(guān)節(jié)位置的伺服控制，由于主手的各個(gè)關(guān)節(jié)處大都具有較高精度的旋轉(zhuǎn)電位計(jì)與力矩電機(jī)，故能夠幫助操作者獲得最大的操作舒適性，提高對液壓機(jī)械手臂的控制效率和精度;（3）液壓供油單元。液壓供油單元是帶電搶修作業(yè)機(jī)器人液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源，而為了避免其靈敏度受到油損影響，必須對液壓油進(jìn)行過濾處理，處理要求為：流量11L/min;壓力：10.3-20.6MPa，液壓油清潔度為3-25maf;（4）主從控制系統(tǒng)。主從控制系統(tǒng)是液壓機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)搶修動(dòng)作的關(guān)鍵，位于絕緣斗中的操作人員左右兩手分別操控左右兩主手，使其克服各關(guān)節(jié)力矩和電機(jī)阻力進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，位于左右兩主手的各關(guān)節(jié)電位計(jì)把發(fā)生在各關(guān)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)化為電壓信號，并傳送至左右微控制器中，微控制器經(jīng)由光纖將信號傳至左右液壓伺服控制盒，在伺服控制盒的作用下，旋轉(zhuǎn)角度的電壓信號將實(shí)現(xiàn)對左右機(jī)械臂伺服閥的控制，從而變更進(jìn)入從手中各個(gè)關(guān)節(jié)的液壓流量，向左右手臂各個(gè)關(guān)節(jié)施加驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。

3 、10kV配電線路搶修作業(yè)機(jī)器人專用作業(yè)工具

3.1 自動(dòng)剝皮工具

考慮到現(xiàn)有10kV架空導(dǎo)線長期裸露在外，受外部環(huán)境影響嚴(yán)重，外層絕緣層難以剝除，從而增加線路搶修的難度，而以人工操作為主的線路搶修不僅絕緣防護(hù)較差，而且效率較低，安全性較差。因此，所設(shè)計(jì)的10kV線路帶電搶修機(jī)器人的自動(dòng)剝皮器需要具備結(jié)構(gòu)簡單、安全性高和作業(yè)效率高等相關(guān)特點(diǎn)。設(shè)計(jì)由直流減速電機(jī)、連桿、曲柄、搖桿以及棘爪、棘輪和刀頭等構(gòu)成的作業(yè)機(jī)器人自動(dòng)剝皮工具，在實(shí)驗(yàn)室搭設(shè)加工導(dǎo)線，并現(xiàn)場模擬自動(dòng)剝皮功能，此類機(jī)器人自動(dòng)剝皮工具不僅能夠?yàn)闄C(jī)械手的夾持操作提供便利，而且其壓線也極為牢固，有利于其自動(dòng)剝皮功能的實(shí)現(xiàn)。

3.2 自動(dòng)電動(dòng)扳手

對電動(dòng)扳手進(jìn)行分析可知，其在10kV配電線路帶電搶修過程中具有緊固螺母和夾緊線夾的作用，其主要分為安全離合器式與沖擊式兩種類型，其中，安全離合器式電動(dòng)扳手以一種手臂達(dá)到力矩時(shí)便脫扣的安全離合機(jī)的結(jié)構(gòu)完成對螺紋件的裝拆，而沖擊式電動(dòng)扳手則與沖擊力力矩完成螺紋件的裝卸。將自動(dòng)電動(dòng)扳手引入帶電作業(yè)的機(jī)器人中不僅有利于加持操縱，而且經(jīng)改造后，其還可以用于扭轉(zhuǎn)M8-M14的標(biāo)準(zhǔn)螺栓，并實(shí)現(xiàn)遙控控制。在工作頭方面，選用柔性導(dǎo)向扳套，其開口形狀同固定螺栓頭尼龍導(dǎo)向柱相匹配，從而在緊固螺栓的過程中，便于其工作頭與豎直方向的六角螺栓頭相對準(zhǔn)，提高操作精度。

3.3 自動(dòng)破螺母與電動(dòng)斷線鉗

對于10kV高壓線路中已生銹或是無法拆卸的螺母，應(yīng)以電動(dòng)破螺母為主要工具進(jìn)行操作，其主要由電動(dòng)機(jī)、傳功機(jī)構(gòu)以及工作頭、電源開關(guān)和外殼、手柄、電池等相關(guān)部件構(gòu)成。電動(dòng)破螺母將高能量電池作為其主要?jiǎng)恿碓矗粌H重量較輕，而且對于輸配電桿塔的高空作業(yè)也具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。通常，自動(dòng)破螺母工具設(shè)計(jì)較為緊湊，且使用較為便利能夠?qū)ζ坡菽傅拇笮∮枰哉{(diào)節(jié)，從而以360°可旋轉(zhuǎn)工作頭支持機(jī)器人不同破螺母作業(yè)角度的運(yùn)轉(zhuǎn)。在電動(dòng)斷線鉗方面，其主要由電動(dòng)機(jī)、傳功機(jī)構(gòu)以及工作頭、電源開關(guān)和外殼、手柄等部分構(gòu)成，電動(dòng)斷線鉗的使用應(yīng)以夾持操縱的便利性為主，并在斷線鉗工具中設(shè)計(jì)專門的機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)，并將控制盒置于電動(dòng)斷線鉗傳統(tǒng)部分的尾部，從而實(shí)現(xiàn)斷線鉗的遠(yuǎn)程遙控。

3.4 絕緣防護(hù)

絕緣防護(hù)是確保機(jī)器人能否正常作業(yè)的基礎(chǔ)和前提。多數(shù)情況下，應(yīng)采用多級絕緣防護(hù)系統(tǒng)確保機(jī)器人和操作人員的安全，其中，一級防護(hù)下，平臺由纏有環(huán)氧玻璃布的絕緣鋼結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行焊接而成，并在底部粘有絕緣環(huán)氧玻璃板，并將絕緣套予以外包，避免相間短路情況發(fā)生。二級防護(hù)下，機(jī)器人的帶電作業(yè)依賴絕緣斗臂車為操作人員提供對絕緣防護(hù)，確保操作人員安全;三級防護(hù)下，位于絕緣斗中的操作人員對機(jī)械臂進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，使其夾持專業(yè)工具進(jìn)行高壓線路作業(yè)，確保操作人員的人身安全。在帶電搶修機(jī)器人作業(yè)方面，2013年在黑龍江電力公司10kV配電線路中進(jìn)行多次上線運(yùn)行與下線測試，在現(xiàn)場的多次調(diào)試與系統(tǒng)優(yōu)化后，作業(yè)機(jī)器人各項(xiàng)功能均得到了良好改善，黑龍江電力公司帶電作業(yè)班多次應(yīng)用帶電機(jī)器人對省內(nèi)10kV高壓電線路進(jìn)行搶修作業(yè)，較好地完成了剝皮、加蓋遮蔽罩以及接線和斷線等工作。

4、全面準(zhǔn)確的把握勘察作業(yè)的現(xiàn)場環(huán)境

10kV配電線路故障搶修要建立在搶修人員對搶修現(xiàn)場全面、準(zhǔn)確了解的基礎(chǔ)上，所以要縮減搶修過程中存在的危險(xiǎn)點(diǎn)，首先搶修人員需要扭轉(zhuǎn)過去依靠經(jīng)驗(yàn)或主觀判斷而忽視實(shí)地考察的錯(cuò)誤認(rèn)識，這是保證帶電安全作業(yè)的重要途徑;其次，在進(jìn)行搶修的過程中必須使用安全工具，以此縮減可能存在的危險(xiǎn)點(diǎn);再次，當(dāng)故障搶修的過程中發(fā)生天氣變化，出現(xiàn)不利于10kV配電線路故障搶修的暴雨、大風(fēng)等天氣，應(yīng)立即停止搶修工作，以此保證搶修人員和電網(wǎng)構(gòu)成部分的安全。工作過程中，所有程序盡量用電腦指揮機(jī)器人完成，能用機(jī)器人替代人工的盡量用機(jī)器人，不僅是干活速度快，準(zhǔn)確率高，還能減少工作人員的勞動(dòng)意外風(fēng)險(xiǎn)。

5、結(jié)束語

文章通過對帶電搶修機(jī)器人系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行闡述，并對帶電搶修作業(yè)機(jī)器人液壓機(jī)械臂構(gòu)成及其控制系統(tǒng)原理予以說明，分別從自動(dòng)剝皮、自動(dòng)電動(dòng)扳手、自動(dòng)破螺母與電動(dòng)斷線鉗和絕緣防護(hù)等方面對10kV配電線路搶修作業(yè)機(jī)器人專用作業(yè)工具做出了系統(tǒng)探究。研究結(jié)果表明，10kV配電線路搶修作業(yè)機(jī)器人能夠較好地實(shí)現(xiàn)對10kV線路的各類優(yōu)化作業(yè)，具有良好的使用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]胡毅，劉凱，彭勇，等.帶電作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展與趨勢[J].高電壓技術(shù)，2014，7.

[2]胡毅.輸配電線路帶電作業(yè)技術(shù)的研究與發(fā)展[J].高電壓技術(shù)，2011，11.