“防振錘安裝完畢，機(jī)器人準(zhǔn)備脫離等電位。”10月21日，在浙江省金華市110千伏云龔線23號塔，金華供電公司輸電線路檢修人員使用帶電檢修機(jī)器人安裝防振錘，在無人登塔的情況下消除該鐵塔防振錘脫落缺陷。
防振錘帶電檢修機(jī)器人完成防振錘安裝。李德奎 攝
“該鐵塔為緊湊型鐵塔，相間距離較小，安全距離不足，過去依靠人工消除缺陷只能采用停電檢修的方式開展。我們使用自主研發(fā)的防振錘帶電檢修機(jī)器人消除缺陷，既避免了停電，又降低了人員作業(yè)的安全風(fēng)險。”金華供電公司輸電運(yùn)檢中心帶電作業(yè)班技術(shù)員、本次作業(yè)的無人機(jī)飛手李德奎介紹。
為了進(jìn)一步提高輸電線路帶電作業(yè)效率，降低人員作業(yè)安全風(fēng)險，2019年，來自金華供電公司輸電運(yùn)檢中心、國網(wǎng)浙江省電力有限公司雙創(chuàng)中心、中國電力科學(xué)研究院有限公司武漢分院高電壓研究所帶電作業(yè)室、國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司電工新材料研究所的15名技術(shù)骨干組成了項(xiàng)目組，開展帶電檢修機(jī)器人研發(fā)及應(yīng)用工作。
立足實(shí)際需求，研發(fā)防振錘帶電檢修機(jī)器人
防振錘是輸電線路上最常見的金具之一，防振錘滑移、脫落等缺陷是檢修人員常要處理的缺陷。然而，部分110千伏、220千伏輸電線路鐵塔電氣間隙安全距離小，檢修人員若采用常規(guī)進(jìn)出強(qiáng)電場的方法作業(yè)存在安全風(fēng)險，需停電檢修。項(xiàng)目組針對這一問題，決定研發(fā)防振錘帶電檢修機(jī)器人。
在研發(fā)過程中，項(xiàng)目組以解決現(xiàn)場實(shí)際問題為目標(biāo)開展頭腦風(fēng)暴，從設(shè)計(jì)機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)到各部件組裝、功能測試，再到試驗(yàn)環(huán)境模擬作業(yè)，進(jìn)行了多次試驗(yàn)。2020年6月，第一代防振錘帶電檢修機(jī)器人誕生。
為了驗(yàn)證現(xiàn)場應(yīng)用可行性，項(xiàng)目組成員首先在停電線路上試用該機(jī)器人。“第一次試用時，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人自重較大，接近50千克，搬運(yùn)到檢修現(xiàn)場和上下導(dǎo)線不方便。此外，機(jī)器人適用的防振錘型號也比較單一。”金華供電公司輸電運(yùn)檢中心技術(shù)室主任祝強(qiáng)說。項(xiàng)目組針對現(xiàn)場使用中發(fā)現(xiàn)的問題改進(jìn)機(jī)器人，完成3次迭代升級。最新一代防振錘帶電檢修機(jī)器人的重量由50千克降至22.6千克，適用范圍更廣泛，包括110千伏、220千伏輸電線路上各系列型號防振錘。
克服強(qiáng)電場影響，機(jī)器人穩(wěn)定性再升級
機(jī)器人在強(qiáng)電場環(huán)境下能否保持遠(yuǎn)程操控的靈敏度與準(zhǔn)確性?強(qiáng)電場環(huán)境是否會對機(jī)器人造成不可逆的損壞?帶著這些問題，2021年9月8日，項(xiàng)目組在國網(wǎng)浙江電力高壓輸變電帶電作業(yè)實(shí)驗(yàn)室對防振錘帶電檢修機(jī)器人開展模擬工況下的試驗(yàn)，為該機(jī)器人投入實(shí)際生產(chǎn)收集可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。
“為了讓防振錘帶電檢修機(jī)器人更安全、更可靠地進(jìn)出強(qiáng)電場，保障作業(yè)順利完成，我們在超高壓試驗(yàn)大廳內(nèi)利用現(xiàn)有設(shè)備自主搭設(shè)了模擬導(dǎo)線試驗(yàn)平臺，通過工頻高壓發(fā)生器施加電壓，模擬真實(shí)帶電線路環(huán)境，并操作機(jī)器人多次在帶電導(dǎo)線上開展防振錘安裝工作。”該實(shí)驗(yàn)室管理人員吳尊東說。多次試驗(yàn)中，機(jī)器人均在模擬導(dǎo)線上成功安裝了防振錘。
但是，項(xiàng)目組成員發(fā)現(xiàn)了一個問題——機(jī)器人開啟后，進(jìn)入等電位時有極大的電流通過整個裝置。在一次試驗(yàn)中，機(jī)器人因此自動關(guān)閉。針對該問題，項(xiàng)目組成員決定調(diào)整機(jī)器人開啟方式，使用更加穩(wěn)定的機(jī)械定時裝置讓機(jī)器人在高空中自動打開電源。他們用機(jī)械定時裝置給機(jī)器人施加一個啟動定時，確保機(jī)器人在進(jìn)入等電位時處于關(guān)閉狀態(tài)，定時結(jié)束時機(jī)器人再啟動，避免了在進(jìn)入等電位時的強(qiáng)電流對機(jī)器人控制電路造成不可逆的損壞。
改裝完成后，項(xiàng)目組成員又開展了多次模擬作業(yè)。在機(jī)械定時裝置的幫助下，機(jī)器人穩(wěn)定地完成了作業(yè)任務(wù)。
無人機(jī)助力，作業(yè)人員無須登塔輔助作業(yè)
如何在無人登塔的情況下讓機(jī)器人“爬上”數(shù)十米高的導(dǎo)線，是項(xiàng)目組要解決的另一個難題。項(xiàng)目組成員提出用無人機(jī)輔助作業(yè)。雖然機(jī)器人自重已降至22.6千克，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出無人機(jī)的載重范圍。金華供電公司輸電運(yùn)檢中心帶電作業(yè)班的一種用于傳遞帶電作業(yè)工器具的方法幫助項(xiàng)目組找到了破局之法。
首先，無人機(jī)飛手控制無人機(jī)懸吊特制絕緣滑車落在作業(yè)相導(dǎo)線上方的地線上，作業(yè)人員利用掛在特制絕緣滑車上的絕緣傳遞繩將機(jī)器人拉至作業(yè)相導(dǎo)線。這樣，作業(yè)人員無須登塔即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人進(jìn)入等電位。隨后，作業(yè)人員在地面控制機(jī)器人“行走”至缺陷位置安裝防振錘。完成作業(yè)后，作業(yè)人員控制機(jī)器人返回起掛位置，地面人員通過提拉絕緣繩使機(jī)器人脫離等電位并降落至地面。飛手操控?zé)o人機(jī)拆除掛在地線上的特制絕緣滑車。項(xiàng)目組成員多次進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的可行性。
2021年10月26日，防振錘帶電檢修機(jī)器人在實(shí)際檢修作業(yè)中首次亮相。金華供電公司輸電運(yùn)檢中心帶電作業(yè)班班員與項(xiàng)目組成員一同來到110千伏云梅線防振錘帶電檢修現(xiàn)場，在無人機(jī)的輔助下用防振錘帶電檢修機(jī)器人完成了作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了全流程無人登塔。
“有了這套裝置和作業(yè)方法，我們就不用登塔消除防振錘相關(guān)缺陷了，只需在地面遙控?zé)o人機(jī)和機(jī)器人即可快速完成作業(yè)。”金華供電公司輸電運(yùn)檢中心帶電作業(yè)班班長李炯說。
目前，無人機(jī)輔助防振錘帶電檢修等機(jī)器人上下線的作業(yè)方法已在國網(wǎng)浙江電力范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，多次協(xié)助各類帶電作業(yè)機(jī)器人完成檢修作業(yè)，相關(guān)帶電作業(yè)時間平均縮短了50%以上，作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度與安全風(fēng)險也降低了。
今年5月30日，項(xiàng)目組向國網(wǎng)浙江電力雙創(chuàng)中心遞交成果轉(zhuǎn)化申請，明確了推廣方向。10月11日，雙方敲定成果轉(zhuǎn)化方案，完成無形資產(chǎn)評估工作，為防振錘帶電檢修機(jī)器人大范圍推廣及應(yīng)用做好準(zhǔn)備。
下一步，項(xiàng)目組將推進(jìn)壓接管X光帶電檢測機(jī)器人、導(dǎo)線帶電修補(bǔ)機(jī)器人等項(xiàng)目落地，進(jìn)一步提升帶電作業(yè)智能化水平。（朱凱 陳攀 雷興列）
作者：朱凱 陳攀 雷興列
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