變電站電纜溝自動巡檢機器人設計

馬新惠 劉 豪 楊芳林

（1.貴州電網有限責任公司培訓與評價中心，貴州貴陽550007；2.貴州電網有限責任公司凱里供電局，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，運行人員要揭開沉重的電纜蓋板，費時費力，且容易對站貌或電纜造成破壞；另一方面，變電站運行人員無法對電纜溝進行實時監視，查看電纜是否斷裂、脫落，是否有異物（小動物、水）進入，電纜是否有溫升發熱或燃燒的情況[1]。變電站現有的地下電纜經常會因不同情況受損，如絕緣層老化、過電壓、絕緣受潮和安裝時的擠壓等造成供電故障，因此及時對電纜溝進行排查，預防電纜故障的發生就變得尤為重要。而電纜溝空間擁擠狹小，環境惡劣，難以實現高頻率的人工排查，無法及時發現問題。為此，亟需研制一種能夠實現電纜溝自動巡檢的設備，布設地下檢測監控，以達到實時采集線路情況的目的，便于故障的及時排查與檢修。變電站電纜溝自動巡檢機器人作為一種自動巡檢設備，可對封閉式地下電纜溝工況進行實時巡檢監視，在封閉的地下電纜隧道中安裝攝像裝置，以視頻方式監控地下電纜實況；可通過紅外線熱成像儀對電纜溫度進行監控，避免電纜出現高溫自燃的情況；能夠在地下隧道內實現移動監控功能；可通過氯化氫與一氧化碳氣體傳感器檢測環境內的氣體，起到防火的作用[1]。

圖1 變電站電纜溝自動巡檢機器人整體設計

1 電纜溝自動巡檢機器人整體設計

電纜溝自動巡檢機器人主要由電源模塊給各個功能模塊供電，鑒于設備的結構特征，采用雙電源供電，軌道電機因額定功率較大，電機為長條形，將第一電源放置于電機附近，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，其整體設計圖如圖1所示。

電纜溝巡檢機器人包括動力機構、固定機構、巡檢機構、副傳動齒輪和第一傳動殼，其中動力機構頂部固定連接固定機構底部，動力機構底部固定連接巡檢機構頂部，動力機構右側固定連接第一傳動殼左側，第一傳動殼內中部活動連接副傳動齒輪。該電纜溝巡檢機器人能夠在使用時通過電機工作帶動主傳動齒輪轉動，從而通過副傳動齒輪轉動帶動內齒皮帶轉動，使得通過固定片固定的小車在滑軌內移動，有效帶動小車沿著電纜帶動巡檢機構進行巡檢。攝像頭的可見光成像模塊還能夠在小車帶動沿著電纜巡檢時，以視頻方式監控地下電纜的實況，有效解決了電纜溝空間擁擠狹小，難以實現高頻率人工排查的問題[2-4]。

2 電纜溝巡檢機器人硬件組成

2.1 動力機構

動力機構包括第二傳動殼、加強板、主傳動齒輪、小車、固定片、固定架、電機、外殼、支撐板、Wi-Fi元件和滑軌。外殼內靠近底部內壁固定連接Wi-Fi元件一側，外殼內靠近Wi-Fi元件頂部內壁固定連接支撐板四周邊緣。支撐板頂部固定連接電機底部，外殼頂部固定連接第二傳動殼底部，第二傳動殼內中部活動連接主傳動齒輪。主傳動齒輪中部固定連接電機頂部，第二傳動殼右側固定連接滑軌左側。滑軌內底部靠近中部的前側和后側固定連接加強板底部，滑軌在加強板之間滑動連接小車兩側，小車頂部前側固定連接固定片底部，小車底部固定連接固定架頂部。

主傳動齒輪和副傳動齒輪之間設置有內齒皮帶，主傳動齒輪通過內齒皮帶活動連接副傳動齒輪，固定片頂前側固定連接內齒皮帶一側。

2.2 固定機構

固定機構包括膨脹螺栓、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連接擋片前側，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，滑軌頂部左側設置有兩個固定機構，且兩個固定機構設置在一個擋片前側和后側，固定機構設置6個，6個所述固定機構分為2個一組分布在滑軌頂部左、中、右位置處。

2.3 巡檢機構

巡檢機構包括迷你主機、移動電源、傳感器和攝像頭，迷你主機電性連接移動電源、傳感器和攝像頭。

迷你主機頂部固定連接固定架底部，固定架底部靠近迷你主機右側固定連接移動電源頂部，固定架底部靠近移動電源右側固定連接傳感器頂部，固定架底部靠近傳感器右側固定連接攝像頭頂部。

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

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

3 結語

本次設計的電纜溝機器人在對變電站電纜溝工況進行自動巡檢監視的過程中可以實現以下功能：

（1）該電纜溝巡檢機器人，能夠有效解決電纜溝空間擁擠狹小，環境惡劣，難以實現高頻率的人工排查問題。

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

（3）該電纜溝巡檢機器人，通過設置的固定機構，利用彈簧和阻尼圈，能夠有效消除滑軌和小車運行過程中自身產生的振動，從而達到穩定運行的目的，保證攝像頭成像質量和傳感器的檢測精度，同時還能消除外部產生的振動，進一步達到穩定運行的目的。