趙德利，胡川，王星超，劉繼承

（1.山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟(jì)南250101；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，武漢430064）

輸電線路絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙德利1，胡川2，王星超2，劉繼承2

（1.山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟(jì)南250101；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，武漢430064）

設(shè)計(jì)一種絕緣子串帶電檢測(cè)機(jī)器人。該機(jī)器人可以沿著絕緣子串自由攀爬，集絕緣檢測(cè)、外觀檢測(cè)于一體，可以有效判別絕緣子低、零值和表面裂紋等缺陷。詳細(xì)介紹絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)、工作原理及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該機(jī)器人的應(yīng)用能夠減輕人工檢測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低輸電線路運(yùn)行維護(hù)成本。

檢測(cè)機(jī)器人；絕緣子串；零值絕緣子

0 引言

絕緣子是用來(lái)支持導(dǎo)線的絕緣體，可以保證導(dǎo)線和橫擔(dān)、桿塔有足夠的絕緣［1］。絕緣子安裝在高場(chǎng)強(qiáng)場(chǎng)合，承受機(jī)械負(fù)載，還經(jīng)受日曬、雨淋等氣候變化及化學(xué)物質(zhì)的腐蝕，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)絕緣電阻降低、表面污穢、開(kāi)裂甚至擊穿等故障。當(dāng)線路中有一定數(shù)量的劣化絕緣子存在時(shí)，會(huì)引起閃絡(luò)，導(dǎo)致絕緣子掉串，嚴(yán)重影響輸電線路整體安全［1］。為保障輸電線路的安全運(yùn)行，需要定期對(duì)線路的絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，確定絕緣子是否需要更換。目前，絕緣子檢測(cè)主要依靠人工檢測(cè)，人工檢測(cè)方式投入人員數(shù)量較大，且容易造成漏檢、誤檢，環(huán)境非常惡劣時(shí)無(wú)法保證精度。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人可以在停電或者帶電的情況下，完成對(duì)架空輸電線路絕緣子的檢測(cè)，通過(guò)絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人可以縮短絕緣子串的檢測(cè)周期，及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，消除潛在故障，確保電力線路更加穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行［2-3］。

1 絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人原理

絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人是由機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行系統(tǒng)、檢測(cè)裝置等組成，是集合多傳感器融合技術(shù)、EMC技術(shù)、視覺(jué)識(shí)別技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。該機(jī)器人可在架空輸電線路中代替人工完成對(duì)絕緣子的檢測(cè)，在檢測(cè)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)零值或低值絕緣子時(shí)，可以向后臺(tái)發(fā)送信號(hào)，提醒工作人員及時(shí)更換故障絕緣子。該機(jī)器人可以自動(dòng)完成在絕緣子串上攀爬，能夠克服重力、摩擦力等外力的作用，實(shí)現(xiàn)絕緣子串上的準(zhǔn)確定點(diǎn)，機(jī)器人能夠自動(dòng)檢測(cè)絕緣子串的兩端極限位置及防止松脫。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人作為一個(gè)自由移動(dòng)平臺(tái)，可以通過(guò)搭載不同的檢測(cè)儀器及設(shè)備完成以下功能。

智能檢測(cè)。通過(guò)機(jī)器人搭載絕緣子檢測(cè)儀器，機(jī)器人在絕緣子串上行、下行過(guò)程中對(duì)絕緣子片電阻值進(jìn)行檢測(cè)，確定低值或者零值的絕緣子，將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)報(bào)警并反饋檢測(cè)人員。

圖像識(shí)別。絕緣子檢測(cè)機(jī)器人承載可見(jiàn)光攝像機(jī)，對(duì)輸電線路設(shè)備進(jìn)行外觀識(shí)別，對(duì)檢測(cè)絕緣子片的鋼腳、鐵帽、瓷片裂紋進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，確定絕緣子表面的污垢程度，并將圖像信息實(shí)時(shí)傳輸至顯示設(shè)備。

人機(jī)交互。絕緣子檢測(cè)機(jī)器人檢測(cè)過(guò)程中，安裝GPRS通信系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至變電站工作站中，實(shí)現(xiàn)異地的數(shù)據(jù)共享，提高檢測(cè)效率。

2 絕緣子檢測(cè)機(jī)器人設(shè)計(jì)

2.1 絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由左、右攀爬組件和鏈接組件組成。左、右攀爬組件能使機(jī)器人克服重力、摩擦力的作用，在絕緣子串上自主攀爬及準(zhǔn)確定位；鏈接組件的作用是鏈接左、右攀爬組件，均勻分布整機(jī)的重量；鏈接組件上安裝有電源、檢測(cè)儀、驅(qū)動(dòng)控制器、視頻傳輸?shù)饶K，可以通過(guò)機(jī)器人在絕緣子串上的攀爬，由檢測(cè)儀器完成對(duì)絕緣子片的絕緣檢測(cè)，通過(guò)無(wú)線傳輸將機(jī)器人檢測(cè)的結(jié)果返回。

圖1 絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)

2.2 絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)爬行原理為雙臂交替聯(lián)動(dòng)式攀爬方式，攀爬組件結(jié)構(gòu)如圖2所示。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人初始位置時(shí)兩個(gè)攀爬臂成90°夾角，驅(qū)動(dòng)電機(jī)將動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪組傳遞至攀爬臂，由攀爬臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完成機(jī)器人在絕緣子串上的移動(dòng)，機(jī)器人本體以Atmega128作為中控CPU，通過(guò)設(shè)定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度控制機(jī)器人在絕緣子串上爬行的距離。當(dāng)機(jī)器人到達(dá)設(shè)定限位位置時(shí)，檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)動(dòng)作，檢測(cè)完成通過(guò)串口讀取檢測(cè)數(shù)據(jù)，將絕緣子片檢測(cè)的結(jié)果無(wú)線傳輸至監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)顯示屏顯示電池電量、檢測(cè)結(jié)果、機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)等。這種交替聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，可以保證絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中安全可靠的固定在絕緣子串上，克服由于絕緣子片本身制造而成的差異，保證絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人行走流暢，針對(duì)不同規(guī)格的絕緣子可以通過(guò)修改機(jī)器人在爬行過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)角度來(lái)適應(yīng)，增強(qiáng)機(jī)器人的應(yīng)用范圍。

2.3 絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人樣機(jī)試驗(yàn)

瓷絕緣子主要由瓷件、鋼腳、鐵帽組成，如圖3所示。鐵帽的材質(zhì)為可鍛鑄鐵，鋼腳部分為低碳鋼，在瓷件和鋼腳及鐵帽之間由膠合劑固定。

圖2 攀爬組件結(jié)構(gòu)

圖3 絕緣子片結(jié)構(gòu)示意

絕緣子串中每片的絕緣子正如一個(gè)電容，絕緣子串與鐵塔和導(dǎo)線組成的等值電路如圖4所示。由于絕緣子片的金屬和鐵塔橫擔(dān)以及導(dǎo)線之間存在大量的雜散電容，懸垂絕緣子串的分布電壓呈現(xiàn)出“U”型曲線，靠近導(dǎo)線側(cè)電壓最高，隨著距離變大電壓逐漸降低，到達(dá)桿塔端電壓又逐漸升高。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人進(jìn)行高壓帶電試驗(yàn)如圖5所示，在線路端加載500 kV線電壓，絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人依次對(duì)每片絕緣子進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖4 絕緣子串的等值電路

圖5 絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人帶電試驗(yàn)

當(dāng)絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人攀爬至指定位置時(shí)，由檢測(cè)機(jī)構(gòu)觸發(fā)檢測(cè)探針接觸絕緣子片兩端的鋼帽，通過(guò)對(duì)單片的絕緣子施加高電壓，測(cè)量脈沖電流值，計(jì)算得出絕緣子片的絕緣電阻。試驗(yàn)前人為短接［右4］、［右8］絕緣子片，機(jī)器人可以準(zhǔn)確的判別絕緣子串中的劣質(zhì)絕緣子片的位置及阻值，如圖6顯示［右4］、［右8］絕緣阻值明顯偏低。通過(guò)無(wú)線通信將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至手持終端，可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)人員對(duì)檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)掌握。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人與傳統(tǒng)的檢測(cè)方式相比，檢測(cè)效率高，檢測(cè)精度可靠，機(jī)器人可將檢測(cè)的數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送于后臺(tái)軟件，也可將數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送至其它地面的接收設(shè)備。

圖6 絕緣子串機(jī)器人檢測(cè)數(shù)據(jù)圖

3 結(jié)語(yǔ)

研制一種輸電線路絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人，采用多傳感器融合技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)及電磁兼容技術(shù)，完成了絕緣子檢測(cè)機(jī)器人的整機(jī)設(shè)計(jì)及實(shí)際帶電試驗(yàn)。該機(jī)器人可以流暢的完成在絕緣子串上的上、下爬行過(guò)程，并配合完成絕緣子片的絕緣性能檢測(cè)。該絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)行高效，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便，并將檢測(cè)的絕緣子片的結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至后臺(tái)監(jiān)控軟件，讓檢修人員更加直觀地監(jiān)控絕緣子片的絕緣性能。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人不僅大大降低了輸電線路檢修人員勞動(dòng)強(qiáng)度，直觀顯示絕緣子片的電氣絕緣性能，提高檢測(cè)效率，而且提高了輸電線路絕緣子的管理水平、電網(wǎng)的智能化和信息化水平，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］Q／GDW 515.1—2010交流架空輸電線路用絕緣子使用導(dǎo)則第一部分：瓷、玻璃絕緣子［S］.

［2］朱虎，李衛(wèi)國(guó)，林冶.絕緣子檢測(cè)方法的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電瓷避雷器，2006（6）：13-17.

［3］盧明，姚德貴，張國(guó)民，等.劣化絕緣子檢測(cè)方法的對(duì)比分析［J］.電瓷避雷器，2006（5）：9-13.

Design and Application of Inspection Robot on Transmission Line Insulator String

A kind of insulator string charged inspection robot is designed.The robot can climb along insulator strings，detect insulation fault and surface fault.Defects and flaws such as low insulator and surface crack and so on can be detected effectively.Overall structure，working principles and field applications of the insulator string inspection robot are introduced.The robot can reduce labor intensity of manual detection and maintenance cost of transmission lines.

inspect robot；insulator string；zero resistance insulator

TM726

：A

：1007－9904（2014）06－0005－03

2014-09-20

趙德利（1986），男，工程師，從事電力特種機(jī)器人研究工作；

胡川（1985），男，助理工程師，主要從事超特高壓輸電線路運(yùn)行、帶電檢修工作；

王星超（1985），男，助理工程師，主要從事超特高壓輸電線路運(yùn)行、檢修工作；

劉繼承（1985），男，助理工程師，主要從事超特高壓輸電線路運(yùn)行、檢修工作。