10kV配電帶電作業機器人絕緣防護設計

莊澤明

(福建省電力有限公司 泉州電業局，福建 泉州 362000)

10kV的高壓帶電線路或電器設備作為高壓帶電作業機器人的作業對象，帶電帶電作業機器人必須采取合理有效的絕緣配合，保證帶電作業機器人必備的絕緣水平。

一 高壓帶電作業機器人總體設計

高壓帶電作業機器人利用機械臂末端加持收攜帶的相應專用工具，以主從遙控方式來完成10kV線路的帶電接引、帶電更換絕緣子、帶電更換跌落開關等作業項目。高壓帶電作業機器人本體包括控制系統、自由度作業機械臂、主手控制裝置、絕緣操作斗等。操作人員在機械人進行帶電作業的時候，采用人機交互智能來控制機械臂，在絕緣斗內進行操作完成相應的帶電作業工作。

二 機器人常見的絕緣防護措施

在高壓帶電工作中，采用主從遙控操作控制方式控制機械臂作業。操作人員站立在絕緣斗內，操作自由度機器人主手產生控制信號，經工控機處理后通過數傳臺無線通訊控制作業機械臂工作，產生相應的作業動作。機器人在工作時，可能受到暫時過電壓、操作過電壓、最高工作電壓等電壓的作用。制造廠根據設備的絕緣條件，保證其長期運行控制在最高過電壓的有效值，產生最高工作電壓。暫時過電壓包括工頻電壓升高和諧振過電壓兩類。操作過電壓具有幅值高、持續時間短、衰減快等特點，是指由系統內的正常操作，切除故障操作或因故障所造成的過電壓?？紤]絕緣配合有慣用法和統計法兩種方法。慣用法是使電氣設備絕緣的最小擊穿電壓值高于系統可鞥出現的最高過電壓值的基礎上，并留有一定的裕度。此方法在非自恢復絕緣和220kV及以下的電壓等級的情況下適用。根據操作過電壓與絕緣放電電壓的統計分布規律，通過絕緣受到一次操作過電壓時發生放電的概率限制達到接受的微小程度來選擇絕緣的尺寸，此方法被稱作統計法。參考人工帶電作業的國家標準，結合慣用法考慮呆呆牛作業機器人的絕緣配合問題。在選擇帶電作業器具的絕緣配合是，一般選擇安全裕度為1.1-1.5。絕緣斗分內外兩層絕緣結構。外層采用FRP絕緣材料，起到固定和支撐的作用。內層采用聚乙烯絕緣材料，隔絕人體與帶電體，起到主保護作用。在控制回路上加裝無線轉臺和隔離主控制柜和從控制柜來防止機械臂絕緣防護失靈導致高壓電經控制回路對人體產生的傷害達到后備保護的目的。

三 機器人絕緣與電氣隔離設計

3.1 絕緣設計

在整個機器人絕緣系統中，機械作業手臂末端絕緣連接是吸納機器人的一次降壓。降壓失效可能導致強大的電流有對機械人上操作人員和設備造成損害。在控制平臺設計中，為了保證操作人員和控制平臺的絕緣、設備之間的相互絕緣，必須設計出可靠的二級絕緣。二級電氣絕緣采用全新設計的絕緣支撐。通過絕緣支撐把機器人的所有部件連接在控制平臺上，保證操作人員的三級絕緣，達到中間電位作業的要求，可靠地保證操作人員和設備的安全，實現部件和控制平臺鋼結構之間的絕緣。采用運行頻率220-240MHz、發送載波功率精度2dB或-dB、發送頻率穩定性1.5*10-6或1.5*10-6、接收同信道抑制-12dB等技術參數的無線數傳臺，作業人員在操縱機器人時要保證人身安全。保證機器人電氣系統的高壓安全和機器人作業平臺對地絕緣，通過安裝升降系統升降臂上的動力線給機器人供電，車載柴油發電機為機器人系統提供動力源，采用10kV隔離變壓器保證機器人作業平臺對地絕緣。機器人末關節設計絕緣夾保證高壓線與機械臂絕緣，機械臂涂絕緣涂料防止相間短路。

3.2 電氣隔離設計

機械臂夾持手采用液壓驅動，由一絕緣油管從安裝作業平臺上的液壓泵浦供油，保證夾持手和泵浦之間的絕緣。為了保證作業中機械臂一次絕緣防護失敗情況下，10kV線路不會經機械臂的供電回路對地放電，采用交流伺服電機驅動的作業機械臂的電源通過絕緣隔離變壓供電，這樣也保證了兩臂操作兩相時不會產生相間短路故障，避免供電回路對控制系統的沖擊。主控模板、從控模板、液壓模板、專用工具之間的信號傳輸均采用無線傳輸方式，避免了控制信號傳輸過程中的電氣隔離現象。

3.3 帶電作業工作中易忽視的危險點

重合閘的停用，配網線路中性點屬非接地系統，作業過程中有可能引起相間短路，作業負責人作業前應與調度值班員聯系，履行許可手續并停用所在工作線路的重合閘。當進行引流線的斷、接操作過程中，主線與引流線間的電容電流隨著被斷、接線路長度的增加而增加。當線路長度超過一定值時，主線與引線間既有可能產生電容電弧，影響操作者對電容電流估計不足造成心理恐慌從而引發二次事故，同時電弧可能擊穿、灼燒絕緣手套造成危險。帶電作業過程中，作業區域帶電導線、絕緣子等采取相間、相對的絕緣隔離措施，確保帶電安全距離。絕緣隔離措施的范圍比作業人員活動范圍增加0.4米以上，作業人員與接地體的最小安全距離不得小于0.4米，最小相間的安全距離不得小于0.6米。

四 提高機器人絕緣防護措施

4.1 提高配電設備裝備技術水平

采用真空斷路器、SF6斷路器、柱上真空開關、金屬氧化物避雷器、硅橡膠絕緣子、交聯電纜等新技術、新設備，減少設備質量問題、實驗周期短等引起的不必要停電。在新建變電站中采用保護配置全面的微機保護。微機保護具備低壓閉鎖、時限速斷等功能，在具備電流速斷、過電流跳閘的基礎上適應線路和負荷變化對保護方式的不同要求。通過在線監測、嚴密指導清掃、帶電測溫等先進的測試手段和科學的分析評估方法，掌握設備的性能，指導設備的檢修，輸變電設備涂刷RTV，延長清掃周期。在符合安全條件的前提下，能夠實行帶電作業，盡量實行帶電作業，有效地減少線路停電時間。

4.2 提高配電人員的專業水平

帶電作業是一個技術性較強、操作安全水平要求較高的特殊工種。帶電作業要求作業人員有較高的素質和良好的身體條件。加強帶電作業電工的日常培訓，通過開展帶電作業培訓來提高作業人員的專業技能，每月保證帶電作業工有不少于8小時的培訓時間。帶電作業工器具的保管和存放有嚴格的要求。按照要求派專人進行帶電作業工器具的管理的同時建立帶電作業工器具的保管庫房，避免因不按要求保管和存放影響帶電作業工器具的使用壽命，甚至威脅帶電作業人員人身安全等現象的發生。對帶電工作中使用的絕緣衣、絕緣手套、絕緣靴等絕緣防護用具進行保養。在絕緣手套的外面套上一層防磨損手套，提高使用壽命。按照安全預防性實驗周期進行防護用具的試驗。在每一次作業前，利用吹氣法認真檢查絕緣手套是否漏氣，觀察絕緣上衣、絕緣手套外觀上有無針眼、裂紋等的同時，保證專人管理、定點存放。帶電作業的技術管理側重點在具體帶電作業項目施工方案和安全措施的編制上，有別于其他施工項目技術管理。為了減輕作業人員的勞動強度、節省作業時間的同時提高了帶電作業的安全性，施工方案中必須詳細寫明帶電作業的基本步驟和保證作業人員的人身安全所采用的技術措施的同時采用先進的作業工機具，給帶電作業班組配備先進的施工作業工機具，確保帶電作業更好地開展并且取得好的經濟效益，保障帶電作業人員的人身安全。帶電作業人員應加強自我保護意識，注意個人休息時間、調整心態，注重作業前的絕緣防護衣的穿戴、外觀檢查，作業過程中嚴謹摘下絕緣防護用具。

4.3 為了確保電力生產過程中人身、設備安全，電力企業制定有關安全生產的各項規程、規定和規章制度必不可少。通過帶電作業技術管理制度、帶電作業的工器具和人身防護用具專人管理制度、帶電作業作業的工器具和人身防護用具預防性試驗管理制度、帶電作業獎罰制度、帶電作業項目現場操作規程、帶電作業資料管理制度等操作規程開展10kV配電線路帶電作業工作。

4.4 加強機器人專用絕緣工具的開發及應用

為了解決現有手動工具勞動強度大，作業風險高，自動化水平低的情況，研制出高壓帶電自動剝皮器、電動扳手、斷線鉗、破螺母工具、并股線夾、導線遮蔽罩等六種作業工具，具有統一的機械連接和電氣控制接口，并進行了電磁兼容設計，采用差分式無線接收模塊實現可靠通訊，應用積分分離PID算法進行電流閉環控制，實現過載保護，在高壓大電流環境下保證工具的可靠運行。由機械手或人工遙操作完成常規的帶電作業任務，作業風險低、效率高，為配電網可靠運行提供了技術保障。

五 總結

在高壓帶電工作中，綜合考慮機器人承受到的各種電壓，保護裝置的特性和機器人絕緣對各種作用電壓的耐受特性，協調帶電作業機器人的設備造價、維護費用和因絕緣故障引起的損失等，合理地確定機器人必要的絕緣水平，加強帶電工作的安全性和可靠性。

［1］王樹賓等，山東省電力安全事故年鑒1990——1998，山東省電力公司，2000

［2］蔡自興，智能機器人研究的進展，1996