變電設備帶電檢修機器人技術應用研究

萬俊

摘要：我國電力產業壯大，電力設備便需要高強度的運轉，來實現電力相關工作職能化體現目的，變電設備檢修維護中需采用帶電作業形式，因此選用檢修機器人作為產業發展中的主要勞動力，將盡可能減少人力損耗，節約產業運作成本。本文對帶電檢修機器人構架及部件設計做出重點研究，并通過測試驗證在其具體應用中的可行性。

關鍵詞：帶電作業;變電設備;氣吹清掃

引言：在傳統帶電作業中，往往需要人工方式去進行相關技術操作，因此技術操作人員的個人素質高低將會對電力檢修工作成效有較大影響。在運維檢修中，環境逼仄、安全設備欠缺等問題的存在，也將人工因素下的檢修成效進一步降低，尤其帶電作業相比于其他類型作業，操作難度和安全保障是需要重點討論的方面，采用機械、電子等尖端科技融合下誕生的檢修機器人作為主要運維勞動力，有助于電力產業實現高穩定性發展需求。

1. 機器人帶電作業的實際需求討論

針對變電設備生產出的檢修機器人問世，對于電力產業有極大促進意義，該機器人能夠在110kV下進行等電位模式的帶電檢修工作，很好的提高了變電設備發生故障時進行檢修的工作效率，并且機械的使用很大程度提高人員安全性能保障，而機器人帶電作業時，需要根據電力產業的實際需求進行設計。

1.1高精度作業能力

變電設備發生故障，應及時進行檢修維護工作，但設備周邊區域空間較小，并且存在復雜工況，不利于傳統人工帶電檢修入場，而機器人進行帶電作業時所需面積較小，并且通過前端控制、末端執行的方式能夠擁有靈活的操作技術，對變電設備環境適應力很強。另外帶電作業需要較高精度的作業能力，使用機器人作為其主要的作業對象，能夠根據前端計算機技術操控末端工具進行高精準度作業，對檢測、檢修各項工序的有序實現皆提供尖端科技保障。

1.2氣吹清掃的能力

電網設備由于外絕緣長期暴露于外界，導致因不良天氣狀況和積污引起了電網設備的不安全運作模式，較易發生污閃和冰閃等事故，這將嚴重影響電力產業平穩運行目標。而停電后使用人工清掃的方式，是傳統中解決這類問題的唯一辦法，但停電操作將會對產業有一定阻礙，因此采用帶電檢修機器人作為解決高壓設備該類事故的創新方法。

機器人憑借搭載帶電檢修技術，通過絕緣子氣吹方法，將高壓設備外絕緣上的積污和雨雪積冰進行清理，該方法下的清理效果較高，并能實現無死角清掃目的。機器人末端設備攜帶噴槍，對水滴的邊緣進行抓取，通過計算機高速運行，判斷外絕緣表面情況，不同情況及程度下的危險因素，機器人會針對性采取相應措施，保障高壓設備在帶電操作時便可排除隱患。

1.3帶電拆裝的能力

變電設備在實際運行時，可能會發生因接頭過熱而導致的缺陷型故障類型，該種模式下的故障在傳統解決方案中，也需要斷電才可進行后續檢修處理，而隔離開關和周邊設備也需要母線陪停，不利于電力產業既得收益。采用機器人進行該模式下的帶電檢修有較高經濟收益，因為機器人運作中可做到拆卸、安裝中持續保障電力供應，不影響其他設備運行，另外檢修過程時間較短，充分提高產業流程的有效推進。

檢修時，機器人駛入待修設備附近區域，自動調平設備后，對現場三維重構，判斷安全工作空間位置所在，結合立體視覺系統使用主、副機械臂對松動、過熱螺栓進行緊固或更換，或拆卸分離母線側隔離開關與母線的連接引線金具，并傳遞至現場作業人員完成驗電、接地，最后自動將設備安裝歸位[1]。

2.帶電檢修機器人構架及部件設計

2.1整體構架設計

帶電檢修作業對于機器人來說相對容易，這是因為在前期設計中，對整體構架進行了科學、可行化的設計，使得整個檢修系統能夠在作業進行時，始終保持精密操作，完成所分配其檢修任務。整體構架由上、下兩個平臺組成，上平臺包括主控系統、機械臂子系統、傳感子系統、電源子系統和監控子系統，而下平臺主要負責地面監視和控制功能[2]。該系統的設計保證機器人作業時兼具智能與靈活的特點，并且通過不同系統下的協調運作，較為可靠地實現帶電檢修的安全性能保障。控制系統是該機器人進行作業中各項決策的重要部分，工控機連接了圖像收集系統，將收集來的圖像數據做以計算機分析，從而產生決策信息，指導機器人末端設備進行高精度操作。圖1為機器人帶電作業示意圖。

2.2部分關鍵設計

整體構架完成后，需要對關鍵部位進行部件設計，使得機器人整體運行中，能夠擁有較為全面的智能化傾向。在等電位作業中的上平臺設計中，需要對其機械臂系統進行運動軌跡的詳細規劃，運動路徑達到最優化，才可將機器人的現場移動軌跡做出決策，也可擁有參考高壓設備周邊環境而隨機應變更換運動軌跡的能力。機械臂要在使用中保持關節平滑，所以上平臺硬件的選擇應根據節約空間這一最大基礎要求去進行，而且避免因機械臂擺動區間過大，對周邊系統運作產生阻礙，應考慮載重能力允許情況下，將上平臺各系統布局適當緊湊。

3.帶電檢修作業中機器人工作測試

3.1測試存在的問題

進行對帶電檢修作業中機器人的工作測試，試驗的平臺應選取與實際工況的相似程度最高的高壓模式，另外在進行高空帶電測試時，也對機器人的基礎性能做以展示，確保測試對象的帶電作業安全性能保持。測試中發現當機器人的機械臂發生較大規模的擺動時，將會引起平臺發生沉降。

3.2針對性解決方案

測試結果中，沉降區間較小，約為1-2毫米，但沉降結果對實現精細化操作目的有影響，因此制定針對性的解決方案。由于機器人系統設計模型已固定，所以想要對運行中的機器人產生工作影響，只可運用人工干預方案。在發現沉降現象后，需測定沉降具體數值，然后預設同軸形狀標志，人工輸入微調數值，將同軸標志對準，則可實現沉降部件復位目的。

結論：綜上，檢修機器人的運用，對電力產業穩定發展有一定促進意義，采用自動化設備控制機器人在絕緣安全防護下保持較高效率運維工作，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、科學的整體構架設計，精密、人性的部件設計，是機器人實現帶電氣吹、拆裝的穩固基礎，進一步優化機器人檢修手段，將提高整個電力產業的機械化水平。

參考文獻

[1]汪祝年，周鵬.耐張絕緣子帶電更換機器人機械系統研制[J].科學技術創新，2019（01）：170-171.

[2]梁慶華，吳甜，劉海朋等.智能變電站帶電檢修機器人控制系統分析[J].科技經濟導刊，2018，26（23）：15-16.

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