带电更换悬垂绝缘子串等电位机器人研究

摘 要：近些年，随着机器人技术的发展，其在电力行业的应用研究受到了越来越广泛的关注。本项目将联合国内机器人领域最具实力的科研机构，共同研究探索利用机器人替代等电位电工，通过人机协作的方式完成带电更换绝缘子串现场作业的新装备和新方法。

关键词：机器人;等电位;带电作业

1 研究背景

输电线路中的绝缘子要在各种气象条件下承受着高电压和大张力的复合作用，因而其劣化现象时有发生。对这些劣化的绝缘子必须及早地予以更换，否则将威胁线路的安全运行。但是，如果为了更换绝缘子的现场作业而将线路停电，其损失也是重大的。一方面是减少供电量造成的经济损失;另一方面是线路停电将降低大电网的稳定储备，增加输电线路的损耗。根据我公司的生产运维现状，依赖电网停电进行作业的方式已经无法适应区域经济发展的要求，而随着电力新工艺、新方法、新工具的不断更新进步，大量采用带电作业成为输电线路提高可靠供电，增加经济效益和树立良好社会影响力的重要途徑。因此，解决在不停电状态下对输电线路的绝缘子串进行更换，研究其安全、有效带电作业的方法是电力生产技术革新中一个重大课题，是提高公司实际生产力水平的重要发展方向。

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

1995年日本东京工业大学的Morita K[1]等人研制了适用于高压带电清洗绝缘子的机器人Insulator Washer-I，如图1所示。该机器人采用喷水与刷洗相结合的方法清洗绝缘子。该机器人系统由以下几部分构成：①导轨，用于机器人从地面上升到铁塔;②一个圆柱坐标式的手臂，该手臂安装在导轨上;③一个旋转清洗单元，当该单元经导轨小车运送到绝缘子串时，手臂会将该单元安装到绝缘子裙上，然后该机构在电机的驱动下自动旋转，毛刷开始刷洗绝缘子，同时喷头喷出少量的水，辅助清洗绝缘子;④其他单元，如接地设备、照明设备、检测摄像机等。

该机器人采用水洗和刷子刷洗相结合的方式，具有较好的清洗效果，所清扫的面的清扫效果基本相同，同时由于采用了可调节开口大小的刷子，可以适应一定半径范围的绝缘子的清扫。但是该机器人存在一些弊病，如机器人结构复杂，质量大，整机尺寸大，应用范围比较狭窄，清洗速度慢。

2009年，韩国电力研究院[2-3]在水平双联绝缘子串清扫机器人的基础上，研制了适用于345kV的垂直绝缘子清扫的机器人，如图2所示。该机器人由以下几部分构成：①爬行机构，使用滚珠丝杠机构实现;②清扫机构，由圆周运动导轨单元（CMG）和刷子构成;③连接机构，该机构用于将两个半圆形的部分连接成一个圆形的结构，使得机器人可以套在悬垂绝缘子串上;④上下线机构。

2.2 国内研究现状

2005年，上海交通大学与兰州供电公司合作[4]，成功研制了第一代超高压带电清扫机器人HVCR-I，如图3所示。该机器人采用了剪叉式升降机构，用轻型卡车作为清扫机器人的移动载体。整个机器人包括机械系统、液压系统、二级控制系统、通信系统等。机械系统包括改装的轻型卡车、绝缘升降平台、操作机械臂和作业工具（旋转毛刷机构）。液压系统是整个系统的动力部分，主要包括绝缘油缸、绝缘油管、液压马达、电磁阀等。这套系统既可为各种操作提供动力，有兼具高压环境下所要求的安全性。控制系统采用上下位机无线通讯，包括绝缘平台数据采集系统、车载控制系统和操作台控制系统。

中国科学院沈阳自动化研究所[5]自2006年开始研制了系列化输电线路绝缘子检测与清扫机器人，如图4所示。包括水平串绝缘子检测机器人、悬垂串绝缘子检测机器人和悬垂串绝缘子清扫机器人等。

3 绝缘子串带电作业发展趋势

从目前国内外悬式绝缘子检测及维护作业机器人的发展现状来看，现存的机器人机构主要存在适应性、安全性、负载自重比等方面的不足：绝缘子种类多种多样，不同电压等级和机械强度的绝缘子参数各不相同，现存的机器人机构对不同盘径和不同高度的绝缘子适应性差。以轮腿滚动式行走机构为主体的机器人机构对绝缘子的尺寸十分敏感，造成了此类机器人的适应性不好，另外也导致了当绝缘子由于制造尺寸偏差、安装误差或者在外力作用下产生倾斜时，机器人本体容易卡在绝缘子串上或者从串上掉落，安全性有待加强。

参考文献：

[1]Yano K，Maruyama Y，Morita K，et al.Development of the semi-antomatic hot-line work robot sysytems“phase Ⅱ”[C].Proceedings of ESMO95-1995 IEEE 7THInternational Conference on Transmission and Distribution Construction，Operation and Live-Line Maintenance，1995：212-218.

[2]Cho B H，Byun S H，Park J Y.Development of automatic inspection robot for live-line insulators[C].IEEE International Conference on Transmission & Distribution Construction，Operation and Live-Line Maintenance.IEEE，2006：1-5.

[3]Park J Y，Cho B H，Byun S H.Development of cleaning robot system for live-line suspension insulator strings[J].International Journal of Control Automation & Systems，2009，7（2）：211-220.

[4]车立新，杨汝清，顾毅，等.带电清扫机器人绝缘安全分析[J].上海交通大学学报，2005，39（12）：38-40.

[5]Wang H，Jiang Y，Liu A.Research of power transmission line maintenance robots in SIACAS[C].International Conference on Applied Robotics for the Power Industry.2010：1-7.

作者简介：杨鑫（1987—），男，硕士，工程师，从事带电作业工作。