變電站電纜溝自動(dòng)巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)

馬新惠 劉 豪 楊芳林

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評價(jià)中心，貴州貴陽550007；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局，貴州黔東南556000）

0 引言

目前，變電站人工巡檢電纜溝工作面臨重重困難：一方面，運(yùn)行人員要揭開沉重的電纜蓋板，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易對站貌或電纜造成破壞；另一方面，變電站運(yùn)行人員無法對電纜溝進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，查看電纜是否斷裂、脫落，是否有異物（小動(dòng)物、水）進(jìn)入，電纜是否有溫升發(fā)熱或燃燒的情況[1]。變電站現(xiàn)有的地下電纜經(jīng)常會(huì)因不同情況受損，如絕緣層老化、過電壓、絕緣受潮和安裝時(shí)的擠壓等造成供電故障，因此及時(shí)對電纜溝進(jìn)行排查，預(yù)防電纜故障的發(fā)生就變得尤為重要。而電纜溝空間擁擠狹小，環(huán)境惡劣，難以實(shí)現(xiàn)高頻率的人工排查，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。為此，亟需研制一種能夠?qū)崿F(xiàn)電纜溝自動(dòng)巡檢的設(shè)備，布設(shè)地下檢測監(jiān)控，以達(dá)到實(shí)時(shí)采集線路情況的目的，便于故障的及時(shí)排查與檢修。變電站電纜溝自動(dòng)巡檢機(jī)器人作為一種自動(dòng)巡檢設(shè)備，可對封閉式地下電纜溝工況進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢監(jiān)視，在封閉的地下電纜隧道中安裝攝像裝置，以視頻方式監(jiān)控地下電纜實(shí)況；可通過紅外線熱成像儀對電纜溫度進(jìn)行監(jiān)控，避免電纜出現(xiàn)高溫自燃的情況；能夠在地下隧道內(nèi)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)監(jiān)控功能；可通過氯化氫與一氧化碳?xì)怏w傳感器檢測環(huán)境內(nèi)的氣體，起到防火的作用[1]。

圖1 變電站電纜溝自動(dòng)巡檢機(jī)器人整體設(shè)計(jì)

1 電纜溝自動(dòng)巡檢機(jī)器人整體設(shè)計(jì)

電纜溝自動(dòng)巡檢機(jī)器人主要由電源模塊給各個(gè)功能模塊供電，鑒于設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征，采用雙電源供電，軌道電機(jī)因額定功率較大，電機(jī)為長條形，將第一電源放置于電機(jī)附近，第二電源放置于功能模塊處，即搭載于滑車上，功能模塊（攝像模塊、溫濕度傳感器和氣體檢測模塊）搭載在軌道滑車上，其整體設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

電纜溝巡檢機(jī)器人包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)、巡檢機(jī)構(gòu)、副傳動(dòng)齒輪和第一傳動(dòng)殼，其中動(dòng)力機(jī)構(gòu)頂部固定連接固定機(jī)構(gòu)底部，動(dòng)力機(jī)構(gòu)底部固定連接巡檢機(jī)構(gòu)頂部，動(dòng)力機(jī)構(gòu)右側(cè)固定連接第一傳動(dòng)殼左側(cè)，第一傳動(dòng)殼內(nèi)中部活動(dòng)連接副傳動(dòng)齒輪。該電纜溝巡檢機(jī)器人能夠在使用時(shí)通過電機(jī)工作帶動(dòng)主傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過副傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)齒皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，使得通過固定片固定的小車在滑軌內(nèi)移動(dòng)，有效帶動(dòng)小車沿著電纜帶動(dòng)巡檢機(jī)構(gòu)進(jìn)行巡檢。攝像頭的可見光成像模塊還能夠在小車帶動(dòng)沿著電纜巡檢時(shí)，以視頻方式監(jiān)控地下電纜的實(shí)況，有效解決了電纜溝空間擁擠狹小，難以實(shí)現(xiàn)高頻率人工排查的問題[2-4]。

2 電纜溝巡檢機(jī)器人硬件組成

2.1 動(dòng)力機(jī)構(gòu)

動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括第二傳動(dòng)殼、加強(qiáng)板、主傳動(dòng)齒輪、小車、固定片、固定架、電機(jī)、外殼、支撐板、Wi-Fi元件和滑軌。外殼內(nèi)靠近底部內(nèi)壁固定連接Wi-Fi元件一側(cè)，外殼內(nèi)靠近Wi-Fi元件頂部內(nèi)壁固定連接支撐板四周邊緣。支撐板頂部固定連接電機(jī)底部，外殼頂部固定連接第二傳動(dòng)殼底部，第二傳動(dòng)殼內(nèi)中部活動(dòng)連接主傳動(dòng)齒輪。主傳動(dòng)齒輪中部固定連接電機(jī)頂部，第二傳動(dòng)殼右側(cè)固定連接滑軌左側(cè)?；墐?nèi)底部靠近中部的前側(cè)和后側(cè)固定連接加強(qiáng)板底部，滑軌在加強(qiáng)板之間滑動(dòng)連接小車兩側(cè)，小車頂部前側(cè)固定連接固定片底部，小車底部固定連接固定架頂部。

主傳動(dòng)齒輪和副傳動(dòng)齒輪之間設(shè)置有內(nèi)齒皮帶，主傳動(dòng)齒輪通過內(nèi)齒皮帶活動(dòng)連接副傳動(dòng)齒輪，固定片頂前側(cè)固定連接內(nèi)齒皮帶一側(cè)。

2.2 固定機(jī)構(gòu)

固定機(jī)構(gòu)包括膨脹螺栓、限位塊、擋片、彈簧、阻尼圈、定位桿和固定塊。限位塊頂部固定連接定位桿底端，定位桿頂端固定連接限位塊底部，定位桿靠近限位塊底部活動(dòng)連接擋片前側(cè)，定位桿在擋片和限位塊之間套接彈簧，彈簧靠近中部卡接阻尼圈，擋片頂部四角固定連接支撐塊底部，擋片靠近限位塊后側(cè)固定連接膨脹螺栓底部。

固定塊底部固定連接滑軌頂部，滑軌頂部左側(cè)設(shè)置有兩個(gè)固定機(jī)構(gòu)，且兩個(gè)固定機(jī)構(gòu)設(shè)置在一個(gè)擋片前側(cè)和后側(cè)，固定機(jī)構(gòu)設(shè)置6個(gè)，6個(gè)所述固定機(jī)構(gòu)分為2個(gè)一組分布在滑軌頂部左、中、右位置處。

2.3 巡檢機(jī)構(gòu)

巡檢機(jī)構(gòu)包括迷你主機(jī)、移動(dòng)電源、傳感器和攝像頭，迷你主機(jī)電性連接移動(dòng)電源、傳感器和攝像頭。

迷你主機(jī)頂部固定連接固定架底部，固定架底部靠近迷你主機(jī)右側(cè)固定連接移動(dòng)電源頂部，固定架底部靠近移動(dòng)電源右側(cè)固定連接傳感器頂部，固定架底部靠近傳感器右側(cè)固定連接攝像頭頂部。

迷你主機(jī)內(nèi)設(shè)置有Wi-Fi模塊，傳感器內(nèi)設(shè)置有氣體檢測模塊和溫濕度檢測模塊，攝像頭內(nèi)設(shè)置有紅外線成像模塊和可見光成像模塊[5-6]。

迷你主機(jī)通過Wi-Fi模塊和Wi-Fi元件電性連接電機(jī)，所述Wi-Fi元件電性連接電機(jī)。

3 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)的電纜溝機(jī)器人在對變電站電纜溝工況進(jìn)行自動(dòng)巡檢監(jiān)視的過程中可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）該電纜溝巡檢機(jī)器人，能夠有效解決電纜溝空間擁擠狹小，環(huán)境惡劣，難以實(shí)現(xiàn)高頻率的人工排查問題。

（2）該電纜溝巡檢機(jī)器人，通過設(shè)置的攝像頭的可見光成像模塊以視頻方式監(jiān)控地下電纜的實(shí)況，攝像頭的紅外線成像模塊對電纜溫度進(jìn)行監(jiān)控，可避免電纜出現(xiàn)高溫自燃的情況；傳感器的氣體檢測模塊對氯化氫與一氧化碳?xì)怏w進(jìn)行檢測，起到防火的作用，傳感器的溫濕度檢測模塊對溫濕度進(jìn)行檢測，起到防腐蝕作用。

（3）該電纜溝巡檢機(jī)器人，通過設(shè)置的固定機(jī)構(gòu)，利用彈簧和阻尼圈，能夠有效消除滑軌和小車運(yùn)行過程中自身產(chǎn)生的振動(dòng)，從而達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的，保證攝像頭成像質(zhì)量和傳感器的檢測精度，同時(shí)還能消除外部產(chǎn)生的振動(dòng)，進(jìn)一步達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的目的。