配网带电作业机器人升级研究

配网带电作业机器人升级研究

安韶辉,汪立,陈星屹

国网天津市电力公司      天津市       300000

摘要：随着人们生活水平的提高，对供电可靠性要求也越来越大。配电带电作业能有效提高供电可靠性。配网带电作业机器人不断发展并应用。在配网带电作业机器人试点应用中发现，机器人及其终端工具还有可以升级的地方。根据10kV带电作业现场应用期望，分析机器人现有结构和特定，本文从剥线、接线、遥控、监控四个方面提出了升级的方法。

关键词：配电带电作业；机器人；力矩；遥控；监控

0引言

10kV架空线路带电作业项目日趋成熟，采用带电作业的方式，能够有效减少停电时户数，提高可靠性。配网带电作业机器人不断发展并开始应用。与传统作业相比，配网带电作业机器人避免了作业人员直接接触带电体，提高了作业安全性。

1国内外配网带电作业机器人研究现状

美国、日本等国家从上世纪80年代起先后开展了带电作业机器人研究。2019年，由时代楷模主持研制的新一代配网带电作业机器人应运而生。国网天津城南公司自2019年9月实现人机协同带电作业机器人全国首次实际应用后，2020年6月又在双回线路实际应用成功，人机协同带电作业机器人现场应用进入新阶段。

传统剥线工具利用车床的切削原理实架空导线缆绝缘皮的剥离，旋转剥皮机构提供旋转运动，随动和复位机构提供进给运动。工具两侧各一个主线固定机构，夹紧后使剥线工具和线缆成为一个整体，防止架空导线的摆动和剥皮过程中的导线的转动。传统接线工具机械结构主要包括并沟线夹拧紧和夹持机构、引线夹持拉紧机构、电动断线钳机构、主线挂载机构等，线夹拧紧和夹持机构转动，线夹把主线和引线固定在一起，线夹留在高压线上，工具脱离，完成接引流线工作。传统机器人遥控终端能够对机器人及其终端工具进行控制，承载机器人的斗臂车有的没有遥控，有的有单独的遥控。传统机器人监控摄像头固定在机器人上，生成的作业文件保留在机器人存储器上。

2配网带电作业机器人剥线升级

旋转剥皮机构包括开合机构、旋转机构、刀具装置等，开合机构主要用于将刀具压入线缆的绝缘皮，旋转机构为实现刀具装置对线缆的环切。刀具装置上有不同线径调节旋钮和不同皮厚调节旋钮。根据线缆的外径和皮厚调整线径调节旋钮和进刀深度旋钮，以适用剥除不同线径、不同厚度的线缆绝缘皮。

在试点应用中发现，智能剥线器能够精准识别导线绝缘层厚度迫在眉睫。目前在用的自动识别方法主要为颜色传感器识别，即通过区分导线绝缘层与线芯的不同颜色来区别。颜色识别方法识别与剥线同步进行，存在误伤半圈线芯的可能。极端天气不同光线的情况下，识别有失败的可能。突破剥线过程中绝缘层厚度识别的瓶颈，本文研究从一个全新的角度发明设计剥线器，采用多种控制技术，巧妙识别绝缘层厚度，快速精准剥线。

图 热切式自动剥线器示意图

3.配网带电作业机器人接线升级

传统配电带电作业机器人接引线，并沟线夹拧紧与线夹夹持机构通过固定支架连接在一起。

传统接线工具本身并无力矩设计，力矩设计安排在机器人专用并沟线夹上，即要求每个机器人所用线夹都具有力矩螺栓。通过对并沟线夹进行扭矩测试，根据对受到力矩的套筒和螺杆进行有限元的力矩分析，满足力矩的要求。

本文研究将配网带电作业机器人接线工具力矩设计进行升级。升级后满足对于一般无力矩螺栓的线夹安装，能够简化机器人所用线夹的结构，大大节约成本。升级后将力矩结构设计到接线工具上，在拧螺栓过程中，随着线夹拧紧，力矩增大，接线工具识别到力矩变化，当力矩增大到满足安装要求时判断拧紧成功，停止转动电机的转动。

4.配网带电作业机器人遥控升级

遥控操作技术在机器人中的应用是近年来维护机器人研究的热点之一。遥控操作系统在我国配电网带电作业伸缩双臂机器人的研究中起着不可或缺的作用。传统机器人遥控终端能够对机器人及其终端工具进行控制，承载机器人的斗臂车有的没有遥控，有的有单独的遥控。

本文研究将配网带电作业机器人承载工具斗臂车的遥控器和机器人遥控终端进行整合升级。升级后一个物理的控制终端能同时控制斗臂车和机器人实现作业功能。斗臂车控制方面满足下臂的起升、下降、旋转控制功能，满足上臂的起升、下降、伸缩控制功能，满足作业斗旋转、前倾、后倾、升降控制功能，以及满足速度调整、紧急停止等其他功能。机器人控制方面包含作业流程控制、机械臂控制、工具控制等功能。兼容传统机器人作业的各个作业项目的作业文件。升级后简化了控制器数量，并能实现斗臂车和机器人的联调联动等作业机制，使得传统配网带电作业机器人和绝缘斗臂车真正合体成为一个功能强大的机甲机器人，助力更多自动化功能和人工智能的实现。

5.配网带电作业机器人监控升级

传统配网带电作业机器人监控方法主要为视频监控和作业文件记录。视频监控所用的摄像头固定在机器人上，生成的作业文件保留在机器人存储器上。

本文研究将视频监控进行拓展升级。摄像设备成本并不高，可以采用多点监控。摄像头不仅在机器人本体多点布置，在工具上以开放摄像权限，在承载工具绝缘斗臂车上也联动开发摄像设备。工具上的摄像可以更精确的观察导线位置，为精准剥线、精准接线等功能提供帮助。斗臂车上的摄像设备可以远观机器人整体作业状况，实现宏观监控。同时，考虑关键部位摄像头可移动，单个摄像头实现多角度监控。如果可以联网拓展到其他管控平台，则还可以一机多用。本文同时研究了将作业文件进行拓展升级，机器人联网云平台，作业文件可以实时上传，同时可以控制远程作业程序下载执行，助力远程带电作业技术的发展。

6.结束语

传统停电检修的作业方式逐渐减少，配电带电作业不断发展，出现了配网带电作业机器人作业的新方法。本文创新的提出了将配网带电作业机器人从剥线、接线、遥控、监控四个方面进行升级的方法和目标。剥线方面使用新工艺实现快速无损剥线，接线方面将力矩控制调整到终端工具上，遥控方面实现机器人和斗臂车的统一协同控制，监控方面实现多点远程控制。随着多种技术的应用，将使配网带电作业机器人有进一步的发展。

参考文献

【1】国家电网公司运维检修部组编.10kV配网不停电作业规范【M】.北京：中国电力出版社，2016

【2】李帅,张黎明,郭新,等.10kV配网带电作业机器人接引流线专用工具【J】.设备与技术，2020

【3】国家电网公司人力资源部组编.配电线路带电作业【M】.北京：中国电力出版社，2010

【4】张铜,厦益青,徐善军,等.10kV配网带电作业机器人智能剥线工具的设计与应用【J】.制造业自动化，2021

【5】胡毅,刘凯,彭勇,等.带电作业关键技术研究进展与趋势【J】.高电压技术，2014

【6】刘一涵,纪坤华,傅晓飞,等.配网带电作业机器人技术发展现状述评【J】.电力与能源，2019

【7】张冬.配网带电作业机器人系统的设计【J】.电子技术，2020

【8】贾世宇,郑路,荀浩,等.一种力矩扳手的设计【J】.检查与测量，2021