近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，線路、桿塔數(shù)量不斷增加，運檢技術(shù)手段持續(xù)升級。針對輸電線路連接金具壓接質(zhì)量檢測，浙江湖州供電公司研發(fā)了適用于110千伏到1000千伏電壓等級的輸電線路X射線檢測機(jī)器人。機(jī)器人檢測與人工檢測相比效率大幅提升。
從人工登塔檢測到機(jī)器人自動檢測
架空輸電線路需要檢測耐張線夾、接續(xù)管等連接金具的壓接質(zhì)量。利用X射線探傷技術(shù)可以無損檢測連接金具的壓接情況，確保壓接質(zhì)量合格，從而保障輸電線路的安全性。
浙江湖州供電公司員工應(yīng)用輸電線路X射線檢測機(jī)器人檢測特高壓輸電線路連接金具壓接質(zhì)量。沈世昀 攝
根據(jù)輸電線路運維要求，綜合考慮輸電線路重要程度、線路所在區(qū)段的特殊性、設(shè)備類型等因素，僅湖州地區(qū)需開展X射線檢測的耐張塔數(shù)量就接近3000基。傳統(tǒng)的X射線檢測需要作業(yè)人員爬上數(shù)十米高的鐵塔，在強(qiáng)電磁環(huán)境下近距離操作，單基塔檢測需要4～6小時。人工檢測已無法滿足當(dāng)前的作業(yè)要求，還存在一定的安全風(fēng)險。
怎樣才能在保證檢測準(zhǔn)確性的前提下，進(jìn)一步提高檢測效率，降低作業(yè)風(fēng)險?2022年，湖州供電公司啟動智能化檢測攻關(guān)，研發(fā)輸電線路X射線檢測機(jī)器人，探索“機(jī)器代人”的技術(shù)路徑。首款機(jī)器人于2023年9月投入使用。這款機(jī)器人可通過機(jī)動絞磨自動上下導(dǎo)線，對110千伏、220千伏線路連接金具進(jìn)行X射線自動檢測，將作業(yè)效率提升了66%。
應(yīng)用范圍越來越廣，功能越來越強(qiáng)
首款機(jī)器人成功作業(yè)后，攻關(guān)團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)70千克的自重使得機(jī)器人在上下導(dǎo)線時用時依然較長，有改進(jìn)的空間。為此，他們決定改用載重?zé)o人機(jī)投放機(jī)器人。載重?zé)o人機(jī)投放對機(jī)器人的重量有要求。但是，如果機(jī)器人的重量太輕，抗電磁干擾能力會減弱，輸電線路附近的強(qiáng)電場環(huán)境易造成設(shè)備信號中斷和電子元件擊穿，所以平衡機(jī)器人的抗電磁干擾能力和輕量化設(shè)計成為擺在攻關(guān)團(tuán)隊面前的難題。
對此，攻關(guān)團(tuán)隊在37種復(fù)合材料中選擇了具有納米碳纖維-石墨烯夾層結(jié)構(gòu)的材料來升級機(jī)器人。這種材料融合了石墨烯的高導(dǎo)電性與納米碳纖維的機(jī)械強(qiáng)度，使機(jī)器人整體重量降至15公斤，實現(xiàn)小型輕量化。在現(xiàn)場實測中，第二款機(jī)器人僅用12分鐘便完成了兩個耐張線夾和一個中間接續(xù)管的檢測，作業(yè)效率較人工檢測提升了80%。
隨著電壓等級升高，導(dǎo)線分裂數(shù)增加。500千伏輸電線路多為四分裂導(dǎo)線，線路上還有防振錘、引流線、聯(lián)板和均壓環(huán)等，機(jī)器人作業(yè)難度更大。攻關(guān)團(tuán)隊研發(fā)第三款機(jī)器人，采用X射線設(shè)備與成像板一體化設(shè)計，實現(xiàn)輕量化與緊湊化。第二代機(jī)器人由載重?zé)o人機(jī)直接運送到待檢測金具位置，而第三款機(jī)器人則是由載重?zé)o人機(jī)投放上線后，自動“行走”到待檢測金具位置，再通過調(diào)整角度、高度實現(xiàn)X射線檢測。
在前三款機(jī)器人的基礎(chǔ)上，攻關(guān)團(tuán)隊于今年推出第四款機(jī)器人。第四款機(jī)器人結(jié)合攻關(guān)團(tuán)隊自主研發(fā)的力學(xué)仿真平臺與動態(tài)評估算法，形成涵蓋缺陷分級、安全評估等的完整智能診斷體系，缺陷智能識別正確率達(dá)95%以上，適用于六分裂、八分裂導(dǎo)線。
X射線檢測機(jī)器人已在10多個城市的輸電線路上應(yīng)用
湖州區(qū)域內(nèi)特高壓輸電通道長，需要重點關(guān)注的“三跨”輸電線路分布范圍廣、數(shù)量多，輸電線路X射線檢測機(jī)器人有廣泛的應(yīng)用場景。
以第四款機(jī)器人在1000千伏湖安Ⅱ線的一次作業(yè)為例，它在2小時內(nèi)檢測了48個壓接管，檢測效率較人工檢測提升4倍，避免了12人次高空作業(yè)風(fēng)險。目前，湖州供電公司已在5條特高壓輸電線路上應(yīng)用機(jī)器人開展連接金具壓接質(zhì)量檢測。3年間，相關(guān)機(jī)器人還在合肥、太原等10多個城市的輸電線路上應(yīng)用，累計完成6000余個壓接管的檢測工作。
針對浙江臺風(fēng)多發(fā)的氣候特征，攻關(guān)團(tuán)隊還在第四款機(jī)器人中融入了抗風(fēng)防水技術(shù)，使機(jī)器人在7級風(fēng)下仍可穩(wěn)定作業(yè)，提升了機(jī)器人的適應(yīng)能力。(王一帆 馬波)
作者：王一帆 馬波
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