莊澤明

(福建省電力有限公司 泉州電業(yè)局，福建 泉州 362000)

10kV的高壓帶電線路或電器設(shè)備作為高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象，帶電帶電作業(yè)機(jī)器人必須采取合理有效的絕緣配合，保證帶電作業(yè)機(jī)器人必備的絕緣水平。

一 高壓帶電作業(yè)機(jī)器人總體設(shè)計(jì)

高壓帶電作業(yè)機(jī)器人利用機(jī)械臂末端加持收攜帶的相應(yīng)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(guān)等作業(yè)項(xiàng)目。高壓帶電作業(yè)機(jī)器人本體包括控制系統(tǒng)、自由度作業(yè)機(jī)械臂、主手控制裝置、絕緣操作斗等。操作人員在機(jī)械人進(jìn)行帶電作業(yè)的時(shí)候，采用人機(jī)交互智能來控制機(jī)械臂，在絕緣斗內(nèi)進(jìn)行操作完成相應(yīng)的帶電作業(yè)工作。

二 機(jī)器人常見的絕緣防護(hù)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(jī)械臂作業(yè)。操作人員站立在絕緣斗內(nèi)，操作自由度機(jī)器人主手產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)工控機(jī)處理后通過數(shù)傳臺(tái)無線通訊控制作業(yè)機(jī)械臂工作，產(chǎn)生相應(yīng)的作業(yè)動(dòng)作。機(jī)器人在工作時(shí)，可能受到暫時(shí)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(jù)設(shè)備的絕緣條件，保證其長(zhǎng)期運(yùn)行控制在最高過電壓的有效值，產(chǎn)生最高工作電壓。暫時(shí)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(xù)時(shí)間短、衰減快等特點(diǎn)，是指由系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)計(jì)法兩種方法。慣用法是使電氣設(shè)備絕緣的最小擊穿電壓值高于系統(tǒng)可鞥出現(xiàn)的最高過電壓值的基礎(chǔ)上，并留有一定的裕度。此方法在非自恢復(fù)絕緣和220kV及以下的電壓等級(jí)的情況下適用。根據(jù)操作過電壓與絕緣放電電壓的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，通過絕緣受到一次操作過電壓時(shí)發(fā)生放電的概率限制達(dá)到接受的微小程度來選擇絕緣的尺寸，此方法被稱作統(tǒng)計(jì)法。參考人工帶電作業(yè)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合慣用法考慮呆呆牛作業(yè)機(jī)器人的絕緣配合問題。在選擇帶電作業(yè)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(nèi)外兩層絕緣結(jié)構(gòu)。外層采用FRP絕緣材料，起到固定和支撐的作用。內(nèi)層采用聚乙烯絕緣材料，隔絕人體與帶電體，起到主保護(hù)作用。在控制回路上加裝無線轉(zhuǎn)臺(tái)和隔離主控制柜和從控制柜來防止機(jī)械臂絕緣防護(hù)失靈導(dǎo)致高壓電經(jīng)控制回路對(duì)人體產(chǎn)生的傷害達(dá)到后備保護(hù)的目的。

三 機(jī)器人絕緣與電氣隔離設(shè)計(jì)

3.1 絕緣設(shè)計(jì)

在整個(gè)機(jī)器人絕緣系統(tǒng)中，機(jī)械作業(yè)手臂末端絕緣連接是吸納機(jī)器人的一次降壓。降壓失效可能導(dǎo)致強(qiáng)大的電流有對(duì)機(jī)械人上操作人員和設(shè)備造成損害。在控制平臺(tái)設(shè)計(jì)中，為了保證操作人員和控制平臺(tái)的絕緣、設(shè)備之間的相互絕緣，必須設(shè)計(jì)出可靠的二級(jí)絕緣。二級(jí)電氣絕緣采用全新設(shè)計(jì)的絕緣支撐。通過絕緣支撐把機(jī)器人的所有部件連接在控制平臺(tái)上，保證操作人員的三級(jí)絕緣，達(dá)到中間電位作業(yè)的要求，可靠地保證操作人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)部件和控制平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)之間的絕緣。采用運(yùn)行頻率220-240MHz、發(fā)送載波功率精度2dB或-dB、發(fā)送頻率穩(wěn)定性1.5*10-6或1.5*10-6、接收同信道抑制-12dB等技術(shù)參數(shù)的無線數(shù)傳臺(tái)，作業(yè)人員在操縱機(jī)器人時(shí)要保證人身安全。保證機(jī)器人電氣系統(tǒng)的高壓安全和機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)對(duì)地絕緣，通過安裝升降系統(tǒng)升降臂上的動(dòng)力線給機(jī)器人供電，車載柴油發(fā)電機(jī)為機(jī)器人系統(tǒng)提供動(dòng)力源，采用10kV隔離變壓器保證機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)對(duì)地絕緣。機(jī)器人末關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)絕緣夾保證高壓線與機(jī)械臂絕緣，機(jī)械臂涂絕緣涂料防止相間短路。

3.2 電氣隔離設(shè)計(jì)

機(jī)械臂夾持手采用液壓驅(qū)動(dòng)，由一絕緣油管從安裝作業(yè)平臺(tái)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(yè)中機(jī)械臂一次絕緣防護(hù)失敗情況下，10kV線路不會(huì)經(jīng)機(jī)械臂的供電回路對(duì)地放電，采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的作業(yè)機(jī)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(shí)不會(huì)產(chǎn)生相間短路故障，避免供電回路對(duì)控制系統(tǒng)的沖擊。主控模板、從控模板、液壓模板、專用工具之間的信號(hào)傳輸均采用無線傳輸方式，避免了控制信號(hào)傳輸過程中的電氣隔離現(xiàn)象。

3.3 帶電作業(yè)工作中易忽視的危險(xiǎn)點(diǎn)

重合閘的停用，配網(wǎng)線路中性點(diǎn)屬非接地系統(tǒng)，作業(yè)過程中有可能引起相間短路，作業(yè)負(fù)責(zé)人作業(yè)前應(yīng)與調(diào)度值班員聯(lián)系，履行許可手續(xù)并停用所在工作線路的重合閘。當(dāng)進(jìn)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(zhǎng)度的增加而增加。當(dāng)線路長(zhǎng)度超過一定值時(shí)，主線與引線間既有可能產(chǎn)生電容電弧，影響操作者對(duì)電容電流估計(jì)不足造成心理恐慌從而引發(fā)二次事故，同時(shí)電弧可能擊穿、灼燒絕緣手套造成危險(xiǎn)。帶電作業(yè)過程中，作業(yè)區(qū)域帶電導(dǎo)線、絕緣子等采取相間、相對(duì)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(yè)人員活動(dòng)范圍增加0.4米以上，作業(yè)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(jī)器人絕緣防護(hù)措施

4.1 提高配電設(shè)備裝備技術(shù)水平

采用真空斷路器、SF6斷路器、柱上真空開關(guān)、金屬氧化物避雷器、硅橡膠絕緣子、交聯(lián)電纜等新技術(shù)、新設(shè)備，減少設(shè)備質(zhì)量問題、實(shí)驗(yàn)周期短等引起的不必要停電。在新建變電站中采用保護(hù)配置全面的微機(jī)保護(hù)。微機(jī)保護(hù)具備低壓閉鎖、時(shí)限速斷等功能，在具備電流速斷、過電流跳閘的基礎(chǔ)上適應(yīng)線路和負(fù)荷變化對(duì)保護(hù)方式的不同要求。通過在線監(jiān)測(cè)、嚴(yán)密指導(dǎo)清掃、帶電測(cè)溫等先進(jìn)的測(cè)試手段和科學(xué)的分析評(píng)估方法，掌握設(shè)備的性能，指導(dǎo)設(shè)備的檢修，輸變電設(shè)備涂刷RTV，延長(zhǎng)清掃周期。在符合安全條件的前提下，能夠?qū)嵭袔щ娮鳂I(yè)，盡量實(shí)行帶電作業(yè)，有效地減少線路停電時(shí)間。

4.2 提高配電人員的專業(yè)水平

帶電作業(yè)是一個(gè)技術(shù)性較強(qiáng)、操作安全水平要求較高的特殊工種。帶電作業(yè)要求作業(yè)人員有較高的素質(zhì)和良好的身體條件。加強(qiáng)帶電作業(yè)電工的日常培訓(xùn)，通過開展帶電作業(yè)培訓(xùn)來提高作業(yè)人員的專業(yè)技能，每月保證帶電作業(yè)工有不少于8小時(shí)的培訓(xùn)時(shí)間。帶電作業(yè)工器具的保管和存放有嚴(yán)格的要求。按照要求派專人進(jìn)行帶電作業(yè)工器具的管理的同時(shí)建立帶電作業(yè)工器具的保管庫(kù)房，避免因不按要求保管和存放影響帶電作業(yè)工器具的使用壽命，甚至威脅帶電作業(yè)人員人身安全等現(xiàn)象的發(fā)生。對(duì)帶電工作中使用的絕緣衣、絕緣手套、絕緣靴等絕緣防護(hù)用具進(jìn)行保養(yǎng)。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(yù)防性實(shí)驗(yàn)周期進(jìn)行防護(hù)用具的試驗(yàn)。在每一次作業(yè)前，利用吹氣法認(rèn)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(shí)，保證專人管理、定點(diǎn)存放。帶電作業(yè)的技術(shù)管理側(cè)重點(diǎn)在具體帶電作業(yè)項(xiàng)目施工方案和安全措施的編制上，有別于其他施工項(xiàng)目技術(shù)管理。為了減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省作業(yè)時(shí)間的同時(shí)提高了帶電作業(yè)的安全性，施工方案中必須詳細(xì)寫明帶電作業(yè)的基本步驟和保證作業(yè)人員的人身安全所采用的技術(shù)措施的同時(shí)采用先進(jìn)的作業(yè)工機(jī)具，給帶電作業(yè)班組配備先進(jìn)的施工作業(yè)工機(jī)具，確保帶電作業(yè)更好地開展并且取得好的經(jīng)濟(jì)效益，保障帶電作業(yè)人員的人身安全。帶電作業(yè)人員應(yīng)加強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí)，注意個(gè)人休息時(shí)間、調(diào)整心態(tài)，注重作業(yè)前的絕緣防護(hù)衣的穿戴、外觀檢查，作業(yè)過程中嚴(yán)謹(jǐn)摘下絕緣防護(hù)用具。

4.3 為了確保電力生產(chǎn)過程中人身、設(shè)備安全，電力企業(yè)制定有關(guān)安全生產(chǎn)的各項(xiàng)規(guī)程、規(guī)定和規(guī)章制度必不可少。通過帶電作業(yè)技術(shù)管理制度、帶電作業(yè)的工器具和人身防護(hù)用具專人管理制度、帶電作業(yè)作業(yè)的工器具和人身防護(hù)用具預(yù)防性試驗(yàn)管理制度、帶電作業(yè)獎(jiǎng)罰制度、帶電作業(yè)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)操作規(guī)程、帶電作業(yè)資料管理制度等操作規(guī)程開展10kV配電線路帶電作業(yè)工作。

4.4 加強(qiáng)機(jī)器人專用絕緣工具的開發(fā)及應(yīng)用

為了解決現(xiàn)有手動(dòng)工具勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高，自動(dòng)化水平低的情況，研制出高壓帶電自動(dòng)剝皮器、電動(dòng)扳手、斷線鉗、破螺母工具、并股線夾、導(dǎo)線遮蔽罩等六種作業(yè)工具，具有統(tǒng)一的機(jī)械連接和電氣控制接口，并進(jìn)行了電磁兼容設(shè)計(jì)，采用差分式無線接收模塊實(shí)現(xiàn)可靠通訊，應(yīng)用積分分離PID算法進(jìn)行電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，在高壓大電流環(huán)境下保證工具的可靠運(yùn)行。由機(jī)械手或人工遙操作完成常規(guī)的帶電作業(yè)任務(wù)，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)低、效率高，為配電網(wǎng)可靠運(yùn)行提供了技術(shù)保障。

五 總結(jié)

在高壓帶電工作中，綜合考慮機(jī)器人承受到的各種電壓，保護(hù)裝置的特性和機(jī)器人絕緣對(duì)各種作用電壓的耐受特性，協(xié)調(diào)帶電作業(yè)機(jī)器人的設(shè)備造價(jià)、維護(hù)費(fèi)用和因絕緣故障引起的損失等，合理地確定機(jī)器人必要的絕緣水平，加強(qiáng)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(jī)器人研究的進(jìn)展，1996