架空輸電線路巡檢機(jī)器人發(fā)展研究

苗俊，尤志鵬，袁齊坤，劉立文，王璋

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000）

架空輸電與其他輸電方式相比，投資較小，建設(shè)的速度比較快，在實(shí)際的施工中也可以盡快完工，操作方便，但不可忽視的是，在遇到輸送量比較大的時(shí)候，隨著輸送距離的增加，對于線路的電壓要求也就越高，這個時(shí)候的輸電線路抗阻能力又相對較小，因此，就會暴露出較多的缺陷，例如：更易受到風(fēng)雪以及雷擊等自然災(zāi)害的影響，也會導(dǎo)致較多的安全事故。輸電線路的安全性從發(fā)展以來就受到人們的重視，尤其是超高壓輸電線路的安全性能，所以，對線路進(jìn)行巡檢就顯得尤為重要。當(dāng)前情況下，我國架空電力線路的巡檢主要分為三大類，分別是人工的巡檢、智能機(jī)器人的巡檢以及飛行器的巡檢，伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在線路巡檢中采用智能化的機(jī)器人受到越來越多的關(guān)注。

1 架空輸電線路巡檢機(jī)器人的概況

1.1 架空輸電線路巡檢機(jī)器人的發(fā)展

架空輸電線路在很早就出現(xiàn)了，早期線路巡檢主要采用人工巡檢，還會使用到直升機(jī)巡檢，這兩種巡檢方式使得線路巡檢的安全性得到相應(yīng)的保障。20 世紀(jì)80 年代末，美國、日本等國家逐漸出現(xiàn)了線路巡檢機(jī)器人，這是電力行業(yè)發(fā)展中的里程碑，極大提高了線路巡檢的效率和質(zhì)量，也在很大程度上促進(jìn)了電力系統(tǒng)的發(fā)展。但早期的線路巡檢機(jī)器人由于受到技術(shù)的限制，在實(shí)際應(yīng)用方面還存在一定的漏洞，在某些方面還達(dá)不到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，2005 年以后，隨著發(fā)展和需求，線路巡檢機(jī)器人逐漸突破了結(jié)構(gòu)檢測、越障模式以及導(dǎo)航等方面的缺陷，不斷改進(jìn)技術(shù)，逐漸取得新的進(jìn)展，推動線路巡檢機(jī)器人的可持續(xù)發(fā)展。隨著全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會的全面進(jìn)步，大眾對于能源的需求也在不斷加大，電力資源作為能源的主要組成部分，在人們的生活和工作中占有舉足輕重的地位。超高壓大容量電力線路在不斷擴(kuò)建，能源的覆蓋面積也在不斷加大，對于架空輸電線路來說，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電已經(jīng)成為大勢所趨，導(dǎo)線對地面和建筑物保持一定的距離，輸電線路通過絕緣子架設(shè)在桿塔上進(jìn)行工作，遠(yuǎn)距離輸電具有一定的優(yōu)勢，這種優(yōu)勢使得現(xiàn)代大多數(shù)線路輸電都采用這種方式。

1.2 架空輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)介紹

線路巡檢機(jī)器人是一種在高新技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展的系統(tǒng)，是一套復(fù)雜而又系統(tǒng)的機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要是由控制系統(tǒng)、電源與屏蔽系統(tǒng)、導(dǎo)航與定位、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及通信系統(tǒng)等幾個部分構(gòu)成的，在線路巡檢機(jī)器人的發(fā)展過程中，相關(guān)人員針對這些組成部分不斷改進(jìn)。

在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，由于這種巡檢機(jī)器人最早出現(xiàn)在國外，因此最早研制也發(fā)生在國外，這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)的工作原理主要是從驅(qū)動方式入手，經(jīng)歷了無跨越機(jī)器人到有跨越障礙物的功能，最終發(fā)展成為復(fù)合式的機(jī)器人，與傳統(tǒng)的仿生手臂機(jī)器人，這種復(fù)合式的機(jī)器人效率更高，功能更全面。

首先，輪式機(jī)器人在實(shí)際使用的時(shí)候具有一定的缺陷，主要是在移動體的兩端安裝滑動輪，中間保留溝槽，這樣可以在電纜上行走。但這種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人具有一定的限制，它只能在一檔線上工作，缺乏越障功能，但在實(shí)際中，機(jī)器人在巡檢的過程中會遇到各種各樣的障礙物，一旦障礙物出現(xiàn)，還需要人為進(jìn)行搬運(yùn)，不利于工作效率的提高，而且也會給清除障礙物的工作人員帶來一定的安全隱患。

關(guān)節(jié)機(jī)器人，就是利用電磁鐵，將其關(guān)節(jié)與連接棒進(jìn)行連接，電磁鐵設(shè)置在電線的左右兩端，機(jī)器人夾著進(jìn)行移動，這種結(jié)構(gòu)的機(jī)器人在遇到障礙物的時(shí)候，會在遇到障礙物的最前端尋找節(jié)點(diǎn)，并將電源開關(guān)切掉，以此穿過障礙物，當(dāng)障礙物順利越過的時(shí)候，再將開關(guān)閉合，然后繼續(xù)通過電磁鐵吸引力夾緊電線前進(jìn)。在這樣的情況下，巡檢機(jī)器人可以獨(dú)立處理較小，難度不大的障礙物，在遇到桿塔的時(shí)候，同樣需要人為的支持，所以，其處理障礙物的能力還是具有一定的限制性，沒有完全實(shí)現(xiàn)對障礙物的解決。

輪臂復(fù)合式的驅(qū)動巡檢機(jī)器人，就是在移動體的兩側(cè)設(shè)置長條形的臂膀，在正常情況下，這兩個臂膀不會工作，在障礙物出現(xiàn)的時(shí)候，臂膀就會用頂端的夾爪機(jī)構(gòu)處理障礙物，并與驅(qū)動輪進(jìn)行配合，使得移動體在脫離電纜的情況下實(shí)現(xiàn)對障礙物的跨越。這種結(jié)構(gòu)的巡檢機(jī)器人克服了其他結(jié)構(gòu)巡檢機(jī)器人的缺陷，它將輪式機(jī)器人與仿生手臂機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，在實(shí)際的工作中既能發(fā)揮仿生手臂機(jī)器人的靈活爬行優(yōu)勢，又可以實(shí)現(xiàn)輪式巡檢機(jī)器人的蠕動行走功能，具有極大的實(shí)用價(jià)值，因此，在工程線路巡檢中得到廣泛的應(yīng)用。

2 架空輸電線路巡檢機(jī)器人的電源使用技術(shù)

在對線路進(jìn)行巡檢的過程中，電源是必不可少的，也是機(jī)器人不可或缺的一部分。只有電源充足，巡檢機(jī)器人才可以在野外進(jìn)行長時(shí)間的工作?？紤]到架空輸電線路巡檢機(jī)器人工作的實(shí)際狀況，工作環(huán)境比較復(fù)雜，因此，機(jī)器人除了使用蓄電池外，還需要依靠自身的充電功能。充電裝置也隨著科學(xué)技術(shù)的改進(jìn)而不斷優(yōu)化，現(xiàn)在通用的供電裝置主要包括蓄電池、燃油機(jī)發(fā)電以及太陽能充電。

蓄電池供電在實(shí)際的工作中具有一定的劣勢，在使用蓄電池充電的時(shí)候，必須考慮其重量和體積，對于長時(shí)間供電具有一定的局限性。當(dāng)電池電力出現(xiàn)問題的時(shí)候，可以選擇更換電池，也可以選擇新的蓄電池進(jìn)行充電，但這種方式并不能完全徹底解決電力不足的狀況。使用燃油機(jī)進(jìn)行充電，也面臨著重量大、可靠性不強(qiáng)等缺點(diǎn)，并且其受到工作環(huán)境的影響，油箱的攜帶具有一定的危險(xiǎn)性。太陽能充電是一種新型的充電方式，隨著社會的進(jìn)步，太陽能能源逐漸被人們發(fā)現(xiàn)使用，太陽能充電也成為電力行業(yè)新的供電裝置，巡線機(jī)器人的太陽能供電也得到一定的發(fā)展。

3 架空輸電線路巡檢機(jī)器人的檢測技術(shù)

一般來說，線路巡檢機(jī)器人在巡檢的時(shí)候，主要觀察線路是否存在損壞以及線路問題進(jìn)行檢測，檢測方式主要有兩種，一種是接觸式的檢測，另一種是非接觸式的檢測。

線路檢測的傳統(tǒng)方式主要檢查線路的斷線問題，這種問題一般是通過望遠(yuǎn)鏡或者檢測人員的人工檢測實(shí)現(xiàn)的，這種方式的效率比較低，還會帶來相應(yīng)的安全隱患。隨著社會的發(fā)展，檢測方式不斷更新，巡檢機(jī)器人可以利用聲音來判斷線路的故障，在麥克風(fēng)發(fā)出聲音后，與原有的設(shè)置聲音進(jìn)行比較，如果存在差距就說明該線路有問題。另一種就是通過紅外技術(shù)進(jìn)行檢測，這種利用紅外光成像傳感器進(jìn)行檢測的方式具有巨大的優(yōu)勢，它可以將采集到的信息傳送到相關(guān)系統(tǒng)，由系統(tǒng)做出判斷，并采取有針對性的措施進(jìn)行解決。

4 結(jié)語

綜上所述，架空輸電線路巡檢機(jī)器人與傳統(tǒng)的巡檢方式相比，具有極大的優(yōu)勢，可以充分保證檢測的安全性和準(zhǔn)確性，巡檢機(jī)器人在發(fā)展中不斷更新，在電源設(shè)置、檢測技術(shù)以及充電模式上都盡量完善，巡檢機(jī)器人可以在電纜上進(jìn)行自由行走、獨(dú)立完成檢測工作，并可以與地面監(jiān)測站進(jìn)行有效的聯(lián)系，在促進(jìn)檢測工作方面發(fā)揮了極大的作用，未來的架空輸電線路巡檢機(jī)器人將會得到更快的發(fā)展，變得越來越智能化和專業(yè)化，從而促進(jìn)我國線路檢測的長遠(yuǎn)發(fā)展。