[00127818]110-220千伏输电线路自动化机械装置智能技术的研究与应用

1 课题来源与背景 目前,带电维修作业工作的开展都必须由带电作业人员处于等电位工位、地电位工位和中间电位工位。等电位作业有许多优点,能够完成许多细致、复杂的检修工作;然而,在紧凑型线路杆塔和多回路线路杆塔线路上作业时,横担间和相间距离过小,检修人员要从事等电位作业,必须使人体沿绝缘子移入带电部位,或是用吊篮放入,在进入的过程中会引起相间、相对地短路,这一点严重制约了等电位作业的有效开展。为了提高带电作业的自动化水平和安全性,本项目以突破机器人绝缘子带电作业更换和耐张线夹螺栓拧紧作业为目标,开展了本项目110kV-220kV高压输电线路带电作业机器人及其应用。 2 技术原理及性能指标 （1）技术原理 根据绝缘子更换和耐张线夹螺栓紧固两种作业任务需求,首先梳理工作人员在进行相关作业时的操作流程,明确机器人需实现的操作,确定相关的机械力参数。随之分析每一步操作中机器人开展的具体的动作,确定实现该动作所需的动力源数量以及机械传动方式,选择最优的构型方案。并进行机器人的结构设计及仿真,随后在虚拟的环境中进行作业仿真研究,验证参数的正确性,确认无误后形成设计文件并加工组装。与此同时,结合机器人的动力及控制需求,进行测控平台以及地面基站的集成设计,进行软件平台的开发,在组装成形的机器人上进行联合调试工作,实现各关节的运动。最后在模拟线路和高压大厅进行试验,分别验证机器人的作业功能实现、等电位能力以及防电磁干扰能力。 （2）主要技术性能指标 ●适用线路：110kV/220kV单导线线路;●导线型号：LGJ240～LGJ400; ●工频耐压：不小于330kV; ●绝缘子型号：XP—7; ●W销的最大推出/推进力：1609N; ●碗头挂板的最大夹持力：1072N; ●绝缘钢帽最大夹持力：300N ●绝缘子（串）球头的推拉力：1015.6N; ●螺栓拧紧最大力矩：120Nm; ●供电方式：机器人本体锂离子电池供电,容量36V40Ah,持续工作时间：不小于8小时;地面监控基站锂电池供电,容量为36V40Ah,重量为30kg,持续工作时间不小于9小时; ●工作模式：地面基站基于视频图像的人-机交互操作; ●通信方式：无线以太网; ●通信距离：约2km; ●图像分辨率：628 x 582; ●绝缘子更换作业机器人的重量：约52kg; ●本体外形尺寸：长*宽*高：1000×350×650mm。 3 技术的创造性与先进性 本项目开发了带电作业机器人试验样机,实现了机器人沿导线行走、在人工辅助的情况下完成绝缘子串的更换作业、耐张线夹螺栓紧固作业。具体技术内容包括： （1）绝缘子串的更换。机器人与导线等电位,根据摄像头呈现的图像,能够完成碗头挂板的定位与夹持,并在人工辅助的情况下,推出、推入W销,实现与导线相联的绝缘子片的拆装。 （2）耐张线夹螺栓紧固。机器人与导线等电位,根据摄像头呈现的图像,定位螺栓及螺母,并且携带具有自适应能力的末端工具,实现了螺栓的固定与螺母的拧紧。 （3）高压环境下的带电作业。机器人线路进行了绝缘防护,对摄像头以及传感器进行了屏蔽处理,实现了机器人在高电压的环境中,对抗输电线路的各种频段的信号干扰。 4 技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目研发的带电作业机器人可适用于110kV/220kV单导线线路,并在220kV带电线路上的进行了现场应用,工程应用表明,远程遥控工作方式下,带电作业机器人试验样机（系统）能安全可靠地完成绝缘子更换和耐张线夹螺栓拧紧两种带电作业任务。 5 应用情况及存在的问题 在本项目技术成果基础上,在后续研发过程中,将围绕实际应用需要,着力解决如下关键问题： （1）拓展机器人的作业功能,研究解决防震锤更换或异位防震锤的复位作业、破损导线的修补作业、间隔棒更换作业、异物清除作业,以及可重组的末端作业工具。 （2）研究解决机器人局部自主作业智能问题,包括作业的自动定位、作业对象的捕捉与自动跟踪、双臂的协调控制,以及作业效果的自动评估等。