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“防振錘安裝完畢，機器人準(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檢中心帶電作業(yè)班技術(shù)員、本次作業(yè)的無人機飛手李德奎介紹。
為了進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)骨干組成了項目組，開展帶電檢修機器人研發(fā)及應(yīng)用工作。
立足實際需求，研發(fā)防振錘帶電檢修機器人
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)進出強電場的方法作業(yè)存在安全風(fēng)險，需停電檢修。項目組針對這一問題，決定研發(fā)防振錘帶電檢修機器人。
在研發(fā)過程中，項目組以解決現(xiàn)場實際問題為目標(biāo)開展頭腦風(fēng)暴，從設(shè)計機器人的主體結(jié)構(gòu)到各部件組裝、功能測試，再到試驗環(huán)境模擬作業(yè)，進行了多次試驗。2020年6月，第一代防振錘帶電檢修機器人誕生。
為了驗證現(xiàn)場應(yīng)用可行性，項目組成員首先在停電線路上試用該機器人。“第一次試用時，我們發(fā)現(xiàn)機器人自重較大，接近50千克，搬運到檢修現(xiàn)場和上下導(dǎo)線不方便。此外，機器人適用的防振錘型號也比較單一。”金華供電公司輸電運檢中心技術(shù)室主任祝強說。項目組針對現(xiàn)場使用中發(fā)現(xiàn)的問題改進機器人，完成3次迭代升級。最新一代防振錘帶電檢修機器人的重量由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。
克服強電場影響，機器人穩(wěn)定性再升級
機器人在強電場環(huán)境下能否保持遠(yuǎn)程操控的靈敏度與準(zhǔn)確性?強電場環(huán)境是否會對機器人造成不可逆的損壞?帶著這些問題，2021年9月8日，項目組在國網(wǎng)浙江電力高壓輸變電帶電作業(yè)實驗室對防振錘帶電檢修機器人開展模擬工況下的試驗，為該機器人投入實際生產(chǎn)收集可靠的試驗數(shù)據(jù)支撐。
“為了讓防振錘帶電檢修機器人更安全、更可靠地進出強電場，保障作業(yè)順利完成，我們在超高壓試驗大廳內(nèi)利用現(xiàn)有設(shè)備自主搭設(shè)了模擬導(dǎo)線試驗平臺，通過工頻高壓發(fā)生器施加電壓，模擬真實帶電線路環(huán)境，并操作機器人多次在帶電導(dǎo)線上開展防振錘安裝工作。”該實驗室管理人員吳尊東說。多次試驗中，機器人均在模擬導(dǎo)線上成功安裝了防振錘。
但是，項目組成員發(fā)現(xiàn)了一個問題——機器人開啟后，進入等電位時有極大的電流通過整個裝置。在一次試驗中，機器人因此自動關(guān)閉。針對該問題，項目組成員決定調(diào)整機器人開啟方式，使用更加穩(wěn)定的機械定時裝置讓機器人在高空中自動打開電源。他們用機械定時裝置給機器人施加一個啟動定時，確保機器人在進入等電位時處于關(guān)閉狀態(tài)，定時結(jié)束時機器人再啟動，避免了在進入等電位時的強電流對機器人控制電路造成不可逆的損壞。
改裝完成后，項目組成員又開展了多次模擬作業(yè)。在機械定時裝置的幫助下，機器人穩(wěn)定地完成了作業(yè)任務(wù)。
無人機助力，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器人“爬上”數(shù)十米高的導(dǎo)線，是項目組要解決的另一個難題。項目組成員提出用無人機輔助作業(yè)。雖然機器人自重已降至22.6千克，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出無人機的載重范圍。金華供電公司輸電運檢中心帶電作業(yè)班的一種用于傳遞帶電作業(yè)工器具的方法幫助項目組找到了破局之法。
首先，無人機飛手控制無人機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現(xiàn)機器人進入等電位。隨后，作業(yè)人員在地面控制機器人“行走”至缺陷位置安裝防振錘。完成作業(yè)后，作業(yè)人員控制機器人返回起掛位置，地面人員通過提拉絕緣繩使機器人脫離等電位并降落至地面。飛手操控?zé)o人機拆除掛在地線上的特制絕緣滑車。項目組成員多次進行現(xiàn)場試驗，驗證了該方法的可行性。
2021年10月26日，防振錘帶電檢修機器人在實際檢修作業(yè)中首次亮相。金華供電公司輸電運檢中心帶電作業(yè)班班員與項目組成員一同來到110千伏云梅線防振錘帶電檢修現(xiàn)場，在無人機的輔助下用防振錘帶電檢修機器人完成了作業(yè)，實現(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人機和機器人即可快速完成作業(yè)。”金華供電公司輸電運檢中心帶電作業(yè)班班長李炯說。
目前，無人機輔助防振錘帶電檢修等機器人上下線的作業(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)人員的勞動強度與安全風(fēng)險也降低了。
今年5月30日，項目組向國網(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器人大范圍推廣及應(yīng)用做好準(zhǔn)備。
下一步，項目組將推進壓接管X光帶電檢測機器人、導(dǎo)線帶電修補機器人等項目落地，進一步提升帶電作業(yè)智能化水平。
