輸電線路帶電遙控自動(dòng)化檢修裝置研究與應(yīng)用

張明　李慶興

摘? 要：文章介紹一種輸電線路帶電遙控自動(dòng)化檢修裝置，可解決輸電線路常見(jiàn)小型帶電作業(yè)項(xiàng)目，只需人員地面遙控操作，能大大提高帶電作業(yè)工作效率，提高電網(wǎng)可靠性。

關(guān)鍵詞：輸電線路;帶電遙控;自動(dòng)化檢修裝置

中圖分類(lèi)號(hào)：TM75? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）08-0157-03

Abstract： This paper introduces a kind of automatic inspection and repair device for live control of transmission lines， which can solve the common small live work items of transmission lines. Only personnel ground remote control operation is needed， which can greatly improve the work efficiency of live work and improve the reliability of power grid.

Keywords： transmission line; live remote control; automatic maintenance device

目前線路帶電作業(yè)，主要依靠具有帶電作業(yè)資質(zhì)的熟練人員完成，而隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，輸電線路帶電作業(yè)檢修壓力逐漸增大。加上對(duì)電網(wǎng)可靠性的要求越來(lái)越高，提高輸電線路帶電作業(yè)工作效率成為輸電線路的迫切需求。

1 輸電線路自動(dòng)化檢修裝置理論和實(shí)踐依據(jù)

當(dāng)前高壓輸電線路有多種類(lèi)型，機(jī)器人在高壓輸電線路中的運(yùn)用主要分為兩種：（1）面對(duì)地線作業(yè)機(jī)器人;（2）面對(duì)導(dǎo)線作業(yè)機(jī)器人。后者的主要任務(wù)包括了緊固螺栓、修補(bǔ)導(dǎo)線以及復(fù)位防震錘等。本文設(shè)定的作業(yè)對(duì)象為 220kV耐張桿塔上壓縮型耐張線夾螺栓以及單分裂導(dǎo)線上單聯(lián)懸垂絕緣子串，同時(shí)展開(kāi)雙作業(yè)任務(wù)：禁錮耐張線夾螺栓，人工輔助更換單片絕緣子。借助球頭掛環(huán)，在桿塔橫擔(dān)之上懸掛懸垂絕緣子串的上端，其中間主要由許多絕緣子進(jìn)行串聯(lián)，而其下端則利用W銷(xiāo)聯(lián)接于碗頭掛板，如圖1（a）所示。壓縮型耐張線夾由管體、引流板、引流線夾以及連接引流板引流線夾的外六角螺栓組成，耐張線夾兩端分別與導(dǎo)線、跳線連接，如圖1（b）所示。

帶電校緊引流板螺栓和拆除母線引流線裝置共用一個(gè)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，利用無(wú)人機(jī)載體，把帶電工作裝置或傳遞裝置運(yùn)至工作點(diǎn)，利用地面人員遙控器給工作裝置作業(yè)指令，并按步驟完成作業(yè)要求。

2 輸電線路自動(dòng)化檢修裝置結(jié)構(gòu)總體方案

2.1 系統(tǒng)框圖（圖2）

2.2 主要工作過(guò)程

現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，將線上執(zhí)行裝置啟動(dòng)并安放到線上。打開(kāi)地面控制系統(tǒng)PC主機(jī)上的主操作軟件，線上執(zhí)行裝置上的高清圖傳系統(tǒng)可將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C主機(jī)上?，F(xiàn)場(chǎng)工作人員可以根據(jù)PC主機(jī)上的視頻觀察和了解高壓線上設(shè)備的工作環(huán)境和狀況。現(xiàn)場(chǎng)人員操作地面控制臺(tái)上的按鍵或搖桿等，如操作線上執(zhí)行裝置移動(dòng)，地面控制器會(huì)采集地面控制臺(tái)上的操作數(shù)據(jù)，將對(duì)應(yīng)的操作轉(zhuǎn)換成指令并通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳輸?shù)骄€上執(zhí)行裝置。線上執(zhí)行裝置通過(guò)主控制器讀取無(wú)線傳輸模塊采集到的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換解析成相應(yīng)執(zhí)行指令，并下發(fā)到各執(zhí)行器，如移動(dòng)平臺(tái)接收到指令后，按照指令移動(dòng)相應(yīng)的位置。線上執(zhí)行裝置其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)如機(jī)械臂、螺栓固定末端、螺栓擰緊末端、拆線引流末端，與地面控制系統(tǒng)采用同樣的方式進(jìn)行遙控操作。

2.3 移動(dòng)平臺(tái)

機(jī)器人的關(guān)鍵載體便是移動(dòng)平臺(tái)，其主要的組成機(jī)構(gòu)包含了夾爪、機(jī)體、行走輪機(jī)構(gòu)以及機(jī)械臂等。在實(shí)際工作過(guò)程中，機(jī)體之上將固定兩條機(jī)械臂，其上端經(jīng)由夾爪支架對(duì)等電位輪、行走輪機(jī)構(gòu)以及夾爪等進(jìn)行固接。與此同時(shí)，行走輪機(jī)構(gòu)內(nèi)部的行走輪將由電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并且驅(qū)使機(jī)器人沿當(dāng)前的導(dǎo)線進(jìn)行移動(dòng)。除此之外，夾爪支架內(nèi)的電機(jī)絲桿在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，將對(duì)夾爪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使其將導(dǎo)線夾緊，從而確保機(jī)器人在移動(dòng)的時(shí)候不會(huì)與導(dǎo)線脫離。

2.4 雙機(jī)械手臂

末端裝置將會(huì)隨著此類(lèi)手臂全部關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，被攜帶至指定的作業(yè)平面。對(duì)固定末端進(jìn)行攜帶的手臂主要組成部分包括了縱移關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及伸縮關(guān)節(jié)等，而手臂將經(jīng)由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定座被固接到相應(yīng)機(jī)體之上，隨后縱移關(guān)節(jié)移動(dòng)滑臺(tái)將會(huì)攜帶螺栓將引流線固定末端拆除，或者固定末端。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在豎直平面中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的主要因素為蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的日常傳動(dòng)，而移動(dòng)關(guān)節(jié)以及伸縮關(guān)節(jié)縱向、豎直方向移動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，主要得益于絲桿螺母機(jī)構(gòu)的日常傳動(dòng)。

攜帶螺栓擰緊末端的機(jī)械手臂與攜帶固定末端的機(jī)械臂而言，增加了一個(gè)可沿著機(jī)體橫向移動(dòng)的橫移關(guān)節(jié)，因此共由橫移關(guān)節(jié)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、伸縮關(guān)節(jié)、縱移關(guān)節(jié)四部分結(jié)構(gòu)組裝而成。橫移導(dǎo)軌固定在機(jī)體上，橫移關(guān)節(jié)同樣有絲桿螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng)橫向移動(dòng)。

2.5 母線螺栓固定末端和螺栓擰緊末端

為了防止在螺栓緊固過(guò)程中，因螺栓頭跟隨螺母一起轉(zhuǎn)動(dòng)而導(dǎo)致螺母無(wú)法擰緊。因此帶電作業(yè)機(jī)器人采取仿人的結(jié)構(gòu)形式，以雙作業(yè)臂進(jìn)行作業(yè)，即一個(gè)機(jī)械臂攜帶末端固定住螺栓，另一個(gè)機(jī)械臂攜帶末端擰螺母，并且作業(yè)末端同樣考慮采用內(nèi)六角套筒的形式與外六角螺栓配合，因此機(jī)器人的作業(yè)臂需要調(diào)節(jié)作業(yè)末端裝置相對(duì)于外六角螺栓的位置，使得末端裝置的內(nèi)六角套筒與螺母同軸。與此同時(shí)，為了完成套筒與螺母的準(zhǔn)確對(duì)接，作業(yè)末端需要具備旋轉(zhuǎn)自由度，使得內(nèi)六角套筒相對(duì)于螺母進(jìn)行位置上的微調(diào)。末端裝置安裝2個(gè)相互垂直的微型攝像頭，可全方位觀察套筒相對(duì)于螺母的位置。實(shí)體模型如圖3所示：

2.6 拆除引流線末端

引流線固定夾爪如圖4所示，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，使螺母沿著絲桿移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)固定夾爪的開(kāi)合。夾爪與移動(dòng)平臺(tái)相連。引流線固定夾可以將絕緣繩引流線固定器與引流線固定在一起。

母線螺栓緊固工作過(guò)程：首先，將作業(yè)機(jī)器人吊裝上線，機(jī)器人的兩行走輪掛在導(dǎo)線上后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，使機(jī)器人沿著導(dǎo)線行駛，并將兩機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至工作位置;根據(jù)攝像頭觀察到圖像，確定機(jī)器人擰螺栓的初始位置，安裝螺栓固定末端的機(jī)械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2向前旋轉(zhuǎn)，通過(guò)攝像頭反映的圖像對(duì)其旋轉(zhuǎn)及伸縮關(guān)節(jié)進(jìn)行微調(diào)，使螺栓固定裝置的內(nèi)六角套筒與螺栓頭同軸心，隨后縱向關(guān)節(jié)1向前移動(dòng)靠近螺栓頭直至將螺栓頭壓住，限制其轉(zhuǎn)動(dòng);裝備螺栓擰緊末端的機(jī)械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)向前旋轉(zhuǎn)，觀察攝像頭圖像，對(duì)其進(jìn)行橫移旋轉(zhuǎn)及伸縮微調(diào)，使螺栓擰緊末端的內(nèi)六角套筒與螺母同心，隨之移動(dòng)縱向關(guān)節(jié)1靠近螺母，直至將螺母完全套住，擰螺母裝置電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行螺母擰緊。內(nèi)六角套筒根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成適應(yīng)不同螺栓或螺母大小，同時(shí)使用套筒結(jié)構(gòu)可以避免螺栓或螺母卸載下來(lái)后掉到地上。

2.6.1 拆卸

完成母線螺栓緊固工作后，機(jī)械手末端更換為拆除引流線末端裝置。首先，將作業(yè)機(jī)器人吊裝上線，機(jī)器人的兩行走輪掛在導(dǎo)線上后，通過(guò)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，使機(jī)器人沿著導(dǎo)線行駛至工作位置，裝配引流線螺栓末端機(jī)械手縱向關(guān)節(jié)2向前移動(dòng)，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，根據(jù)攝像頭觀察到圖像，確定機(jī)器人擰螺栓的初始位置，安裝螺栓固定末端的機(jī)械手旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2向前旋轉(zhuǎn)，通過(guò)攝像頭反映的圖像對(duì)其旋轉(zhuǎn)及伸縮關(guān)節(jié)進(jìn)行微調(diào)，使螺栓固定內(nèi)六角套筒與螺栓頭、螺栓、以及旋轉(zhuǎn)套筒同軸心，隨后拆除引流線末端裝置進(jìn)行夾緊，直至將螺母完全套住，擰螺母裝置電機(jī)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行螺母擰緊或拆卸。另一機(jī)械手末端更換為引流線固定夾爪，通過(guò)引流線機(jī)械臂（帶夾爪）上下和前后移動(dòng)微調(diào)，將絕緣繩引流線固定器推到和引流線緊密接觸的位置，通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，使螺母沿著絲桿移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)固定夾爪夾緊，使得固定器固定夾緊在母線引流線上，為防止引流線與母線脫開(kāi)瞬間產(chǎn)生電弧，松開(kāi)夾爪同時(shí)往下拉絕緣繩，脫開(kāi)母線引流線。

2.6.2 安裝

在地面將新的母線引流線系在安全絕緣繩上，拉動(dòng)安全繩，將母線引流線拉動(dòng)引流線機(jī)械臂等高的位置，控制機(jī)械臂夾緊母線引流線并對(duì)準(zhǔn)螺栓孔，操作螺栓安裝機(jī)械臂完成螺栓的安裝。

3 結(jié)束語(yǔ)

輸電線路帶電作業(yè)機(jī)器人是目前電力行業(yè)較為專(zhuān)注的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一，該裝置可解決輸電線路高壓引流線的拆卸和耐張線夾的緊固帶電作業(yè)項(xiàng)目，從而保證變電站配件檢修和更換，操作簡(jiǎn)單，只需人員地面遙控操作，能大大提高帶電作業(yè)工作效率，提高操作人員的安全性，降低作業(yè)成本。該項(xiàng)目研制成功，可提高效率60%，降低作業(yè)成本50%，社會(huì)效益更高。

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