變電設(shè)備帶電檢修機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用研究

萬(wàn)俊

摘要：我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)壯大，電力設(shè)備便需要高強(qiáng)度的運(yùn)轉(zhuǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)電力相關(guān)工作職能化體現(xiàn)目的，變電設(shè)備檢修維護(hù)中需采用帶電作業(yè)形式，因此選用檢修機(jī)器人作為產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的主要?jiǎng)趧?dòng)力，將盡可能減少人力損耗，節(jié)約產(chǎn)業(yè)運(yùn)作成本。本文對(duì)帶電檢修機(jī)器人構(gòu)架及部件設(shè)計(jì)做出重點(diǎn)研究，并通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證在其具體應(yīng)用中的可行性。

關(guān)鍵詞：帶電作業(yè);變電設(shè)備;氣吹清掃

引言：在傳統(tǒng)帶電作業(yè)中，往往需要人工方式去進(jìn)行相關(guān)技術(shù)操作，因此技術(shù)操作人員的個(gè)人素質(zhì)高低將會(huì)對(duì)電力檢修工作成效有較大影響。在運(yùn)維檢修中，環(huán)境逼仄、安全設(shè)備欠缺等問(wèn)題的存在，也將人工因素下的檢修成效進(jìn)一步降低，尤其帶電作業(yè)相比于其他類型作業(yè)，操作難度和安全保障是需要重點(diǎn)討論的方面，采用機(jī)械、電子等尖端科技融合下誕生的檢修機(jī)器人作為主要運(yùn)維勞動(dòng)力，有助于電力產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性發(fā)展需求。

1. 機(jī)器人帶電作業(yè)的實(shí)際需求討論

針對(duì)變電設(shè)備生產(chǎn)出的檢修機(jī)器人問(wèn)世，對(duì)于電力產(chǎn)業(yè)有極大促進(jìn)意義，該機(jī)器人能夠在110kV下進(jìn)行等電位模式的帶電檢修工作，很好的提高了變電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行檢修的工作效率，并且機(jī)械的使用很大程度提高人員安全性能保障，而機(jī)器人帶電作業(yè)時(shí)，需要根據(jù)電力產(chǎn)業(yè)的實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.1高精度作業(yè)能力

變電設(shè)備發(fā)生故障，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢修維護(hù)工作，但設(shè)備周邊區(qū)域空間較小，并且存在復(fù)雜工況，不利于傳統(tǒng)人工帶電檢修入場(chǎng)，而機(jī)器人進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)所需面積較小，并且通過(guò)前端控制、末端執(zhí)行的方式能夠擁有靈活的操作技術(shù)，對(duì)變電設(shè)備環(huán)境適應(yīng)力很強(qiáng)。另外帶電作業(yè)需要較高精度的作業(yè)能力，使用機(jī)器人作為其主要的作業(yè)對(duì)象，能夠根據(jù)前端計(jì)算機(jī)技術(shù)操控末端工具進(jìn)行高精準(zhǔn)度作業(yè)，對(duì)檢測(cè)、檢修各項(xiàng)工序的有序?qū)崿F(xiàn)皆提供尖端科技保障。

1.2氣吹清掃的能力

電網(wǎng)設(shè)備由于外絕緣長(zhǎng)期暴露于外界，導(dǎo)致因不良天氣狀況和積污引起了電網(wǎng)設(shè)備的不安全運(yùn)作模式，較易發(fā)生污閃和冰閃等事故，這將嚴(yán)重影響電力產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行目標(biāo)。而停電后使用人工清掃的方式，是傳統(tǒng)中解決這類問(wèn)題的唯一辦法，但停電操作將會(huì)對(duì)產(chǎn)業(yè)有一定阻礙，因此采用帶電檢修機(jī)器人作為解決高壓設(shè)備該類事故的創(chuàng)新方法。

機(jī)器人憑借搭載帶電檢修技術(shù)，通過(guò)絕緣子氣吹方法，將高壓設(shè)備外絕緣上的積污和雨雪積冰進(jìn)行清理，該方法下的清理效果較高，并能實(shí)現(xiàn)無(wú)死角清掃目的。機(jī)器人末端設(shè)備攜帶噴槍，對(duì)水滴的邊緣進(jìn)行抓取，通過(guò)計(jì)算機(jī)高速運(yùn)行，判斷外絕緣表面情況，不同情況及程度下的危險(xiǎn)因素，機(jī)器人會(huì)針對(duì)性采取相應(yīng)措施，保障高壓設(shè)備在帶電操作時(shí)便可排除隱患。

1.3帶電拆裝的能力

變電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)發(fā)生因接頭過(guò)熱而導(dǎo)致的缺陷型故障類型，該種模式下的故障在傳統(tǒng)解決方案中，也需要斷電才可進(jìn)行后續(xù)檢修處理，而隔離開關(guān)和周邊設(shè)備也需要母線陪停，不利于電力產(chǎn)業(yè)既得收益。采用機(jī)器人進(jìn)行該模式下的帶電檢修有較高經(jīng)濟(jì)收益，因?yàn)闄C(jī)器人運(yùn)作中可做到拆卸、安裝中持續(xù)保障電力供應(yīng)，不影響其他設(shè)備運(yùn)行，另外檢修過(guò)程時(shí)間較短，充分提高產(chǎn)業(yè)流程的有效推進(jìn)。

檢修時(shí)，機(jī)器人駛?cè)氪拊O(shè)備附近區(qū)域，自動(dòng)調(diào)平設(shè)備后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)三維重構(gòu)，判斷安全工作空間位置所在，結(jié)合立體視覺系統(tǒng)使用主、副機(jī)械臂對(duì)松動(dòng)、過(guò)熱螺栓進(jìn)行緊固或更換，或拆卸分離母線側(cè)隔離開關(guān)與母線的連接引線金具，并傳遞至現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員完成驗(yàn)電、接地，最后自動(dòng)將設(shè)備安裝歸位[1]。

2.帶電檢修機(jī)器人構(gòu)架及部件設(shè)計(jì)

2.1整體構(gòu)架設(shè)計(jì)

帶電檢修作業(yè)對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)相對(duì)容易，這是因?yàn)樵谇捌谠O(shè)計(jì)中，對(duì)整體構(gòu)架進(jìn)行了科學(xué)、可行化的設(shè)計(jì)，使得整個(gè)檢修系統(tǒng)能夠在作業(yè)進(jìn)行時(shí)，始終保持精密操作，完成所分配其檢修任務(wù)。整體構(gòu)架由上、下兩個(gè)平臺(tái)組成，上平臺(tái)包括主控系統(tǒng)、機(jī)械臂子系統(tǒng)、傳感子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)和監(jiān)控子系統(tǒng)，而下平臺(tái)主要負(fù)責(zé)地面監(jiān)視和控制功能[2]。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)保證機(jī)器人作業(yè)時(shí)兼具智能與靈活的特點(diǎn)，并且通過(guò)不同系統(tǒng)下的協(xié)調(diào)運(yùn)作，較為可靠地實(shí)現(xiàn)帶電檢修的安全性能保障?？刂葡到y(tǒng)是該機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)中各項(xiàng)決策的重要部分，工控機(jī)連接了圖像收集系統(tǒng)，將收集來(lái)的圖像數(shù)據(jù)做以計(jì)算機(jī)分析，從而產(chǎn)生決策信息，指導(dǎo)機(jī)器人末端設(shè)備進(jìn)行高精度操作。圖1為機(jī)器人帶電作業(yè)示意圖。

2.2部分關(guān)鍵設(shè)計(jì)

整體構(gòu)架完成后，需要對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人整體運(yùn)行中，能夠擁有較為全面的智能化傾向。在等電位作業(yè)中的上平臺(tái)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)其機(jī)械臂系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡的詳細(xì)規(guī)劃，運(yùn)動(dòng)路徑達(dá)到最優(yōu)化，才可將機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)軌跡做出決策，也可擁有參考高壓設(shè)備周邊環(huán)境而隨機(jī)應(yīng)變更換運(yùn)動(dòng)軌跡的能力。機(jī)械臂要在使用中保持關(guān)節(jié)平滑，所以上平臺(tái)硬件的選擇應(yīng)根據(jù)節(jié)約空間這一最大基礎(chǔ)要求去進(jìn)行，而且避免因機(jī)械臂擺動(dòng)區(qū)間過(guò)大，對(duì)周邊系統(tǒng)運(yùn)作產(chǎn)生阻礙，應(yīng)考慮載重能力允許情況下，將上平臺(tái)各系統(tǒng)布局適當(dāng)緊湊。

3.帶電檢修作業(yè)中機(jī)器人工作測(cè)試

3.1測(cè)試存在的問(wèn)題

進(jìn)行對(duì)帶電檢修作業(yè)中機(jī)器人的工作測(cè)試，試驗(yàn)的平臺(tái)應(yīng)選取與實(shí)際工況的相似程度最高的高壓模式，另外在進(jìn)行高空帶電測(cè)試時(shí)，也對(duì)機(jī)器人的基礎(chǔ)性能做以展示，確保測(cè)試對(duì)象的帶電作業(yè)安全性能保持。測(cè)試中發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)器人的機(jī)械臂發(fā)生較大規(guī)模的擺動(dòng)時(shí)，將會(huì)引起平臺(tái)發(fā)生沉降。

3.2針對(duì)性解決方案

測(cè)試結(jié)果中，沉降區(qū)間較小，約為1-2毫米，但沉降結(jié)果對(duì)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化操作目的有影響，因此制定針對(duì)性的解決方案。由于機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型已固定，所以想要對(duì)運(yùn)行中的機(jī)器人產(chǎn)生工作影響，只可運(yùn)用人工干預(yù)方案。在發(fā)現(xiàn)沉降現(xiàn)象后，需測(cè)定沉降具體數(shù)值，然后預(yù)設(shè)同軸形狀標(biāo)志，人工輸入微調(diào)數(shù)值，將同軸標(biāo)志對(duì)準(zhǔn)，則可實(shí)現(xiàn)沉降部件復(fù)位目的。

結(jié)論：綜上，檢修機(jī)器人的運(yùn)用，對(duì)電力產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展有一定促進(jìn)意義，采用自動(dòng)化設(shè)備控制機(jī)器人在絕緣安全防護(hù)下保持較高效率運(yùn)維工作，將帶電檢修操作變得靈活，減少人工帶電檢修的使用，增大安全性能。完整、科學(xué)的整體構(gòu)架設(shè)計(jì)，精密、人性的部件設(shè)計(jì)，是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)帶電氣吹、拆裝的穩(wěn)固基礎(chǔ)，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器人檢修手段，將提高整個(gè)電力產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化水平。

參考文獻(xiàn)

[1]汪祝年，周鵬.耐張絕緣子帶電更換機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)研制[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（01）：170-171.

[2]梁慶華，吳甜，劉海朋等.智能變電站帶電檢修機(jī)器人控制系統(tǒng)分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018，26（23）：15-16.

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