自動(dòng)機(jī)械臂帶電更換懸垂絕緣子

1、論文之二十一：自動(dòng)機(jī)械臂帶電更換懸垂絕緣子倪孟華廈門超高壓局生技部摘要：本文主要介紹自動(dòng)機(jī)械臂的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能以及通過機(jī)械臂、絕緣操作桿，地電位作業(yè)人員采用 “短四取一”的作業(yè)方式帶電更換懸垂絕緣子的作業(yè)方法。關(guān)鍵詞： 自動(dòng)機(jī)械臂；帶電作業(yè)；地電位；絕緣子0引言我國(guó)帶電作業(yè)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了絕緣防護(hù)、絕緣工具、絕緣斗臂車、帶電作業(yè)機(jī)器人四個(gè)階段。前三個(gè)階段的帶電作業(yè)人員在作業(yè)時(shí)都時(shí)刻處于高電壓、強(qiáng)電場(chǎng)中。帶電作業(yè)機(jī)器人則是改進(jìn)帶電作業(yè)的工器具，避免人員進(jìn)入等電位電場(chǎng)作業(yè)，從而提高帶電作業(yè)的安全性及輸電可靠性。我局經(jīng)過廣泛調(diào)研，引進(jìn)消化、應(yīng)用自動(dòng)機(jī)械臂，作業(yè)人員在地電位成功帶電更換懸垂絕緣子

2、。1 自動(dòng)機(jī)械臂的工作原理1.1常用的帶電更換懸垂絕緣子的方法220kV及 500kV輸電線路瓷絕緣子串的中間部分發(fā)現(xiàn)有低值、零值瓷絕緣子時(shí)，人工是無法進(jìn)行單片更換的等電位作業(yè)，必須整串帶電作業(yè)更換或停電作業(yè)。目前國(guó)內(nèi)所使用的帶電作業(yè)卡具由帶有剪刀式開/閉門的上卡、下卡以及螺桿式收緊器構(gòu)成，相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為DL/488 帶電作業(yè)用盤型懸式絕緣子卡具。此類卡具的主要缺點(diǎn)是：（1）為將上卡和下卡收緊，需人力進(jìn)行操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。（2）屬接觸式操作，工人需冒高壓觸電和高空跌落的風(fēng)險(xiǎn)。1.2自動(dòng)機(jī)械臂開發(fā)利用需考慮的因素安全性因素自動(dòng)機(jī)械臂更換不良絕緣子在帶電作業(yè)過程中要確保兩個(gè)安全：一方面是作業(yè)過程中

3、的人身安全，另一方面是作業(yè)時(shí)的設(shè)備安全。（1）由于操作人員處于地電位位置，故采用自動(dòng)機(jī)械臂更換時(shí)人身安全能得到充分的保障。僅需保證操作桿、絕緣繩的絕緣電氣安全即可。（2）設(shè)備安全的重點(diǎn)是要確保在作業(yè)過程中不發(fā)生導(dǎo)線脫落以及絕緣子串脫落的情況。針對(duì)設(shè)備安全的兩個(gè)重點(diǎn)，通過對(duì)施工作業(yè)工器具的機(jī)械強(qiáng)度的仔細(xì)計(jì)算、反復(fù)試驗(yàn)，決定在設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度上考慮2.5倍的安全系數(shù)。每件工具的試驗(yàn)項(xiàng)目和試驗(yàn)指標(biāo)均按安全要求制定。另外還采取適當(dāng)?shù)拈]鎖機(jī)構(gòu)以防止液壓機(jī)構(gòu)發(fā)生泄壓情況下的機(jī)械臂失去穩(wěn)定。實(shí)用先進(jìn)性因素帶電作業(yè)技術(shù)的先進(jìn)性很大程度取決于所使用工器具的實(shí)用和先進(jìn)程度。要提高安全性能、降低勞動(dòng)強(qiáng)度及提高工作效率

4、，除了提高操作人員的操作技能外，最主要的措施是提高工器具的性能。（1）在進(jìn)行工器具的制作和選型上進(jìn)行了充分的考慮，在整體結(jié)構(gòu)布置選型時(shí)考慮到安裝運(yùn)輸、機(jī)械強(qiáng)度、絕緣性能等多方面的要求，將兩個(gè)液壓缸分別在兩側(cè)，電池的重量和液壓油路的大小在滿足要求的前提下進(jìn)行最小優(yōu)化。（2）考慮到機(jī)械強(qiáng)度以及安裝操作方便采用高強(qiáng)度的鋁合金材料制作卡具，既保證了機(jī)械強(qiáng)度又大大的降低了卡具的自重，方便了帶電作業(yè)人員的安裝等。（3）遙控裝置的遙控距離在10米以上，要求穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、安全性、靈敏性和抗干擾能力優(yōu)良。1.3自動(dòng)機(jī)械臂的工作原理超高壓輸電線路的的懸垂絕緣子串由多片盤型絕緣子首（球頭）尾（帶球窩的鋼帽）串接而

5、成，當(dāng)經(jīng)過多年運(yùn)行之后，個(gè)別絕緣子會(huì)發(fā)生劣化而失效，需立即進(jìn)行更換。在進(jìn)行帶電作業(yè)時(shí)，為把一片劣化絕緣子從一串絕緣子中取出來，必須使用帶有收緊裝置的專用卡具，目的是使劣化絕緣子及兩側(cè)的絕緣子（共四片絕緣子）從拉緊狀態(tài)（因所懸掛導(dǎo)線的若干噸的重量而使絕緣子串處于繃緊狀態(tài)）變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。利用自動(dòng)機(jī)械臂進(jìn)行帶電更換作業(yè)時(shí)，通過傳遞繩將機(jī)械臂升至絕緣子串的高度，移動(dòng)繩索和利用機(jī)械臂識(shí)別卡具，將機(jī)械臂固定在絕緣子串不良絕緣子的上下兩片絕緣子上位置。操作人員在桿塔上使用非接觸式遙控裝置，開動(dòng)伺服傳動(dòng)裝置提升絕緣子串。將被更換絕緣子的荷載轉(zhuǎn)移到機(jī)械臂上，操作人員使用操作桿取出不良絕緣子，裝入新絕緣子。伺服傳

6、動(dòng)裝置下行，下絕緣子下降，新絕緣子承受荷載。打開機(jī)械臂的卡具，機(jī)械臂離開絕緣子。整個(gè)作業(yè)中操作人員始終處于桿塔地電位，工作量為利用操作桿取換絕緣子。高壓電場(chǎng)內(nèi)的工作完全由機(jī)械臂來完成。機(jī)械臂的具備絕緣子高度和絕緣子鐵帽的識(shí)別能力，能夠調(diào)整機(jī)械臂的連接長(zhǎng)度適應(yīng)實(shí)際絕緣子長(zhǎng)度，卡具具有易更換性，可根據(jù)不同類型絕緣子，使用不同卡具滿足實(shí)際需要。見圖1。 圖1自動(dòng)機(jī)械臂更換絕緣子圖例 圖2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)原理圖2 自動(dòng)機(jī)械臂的構(gòu)成及性能2.1自動(dòng)機(jī)械臂的系統(tǒng)構(gòu)成自動(dòng)機(jī)械臂主要由液壓系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)組成，自重35Kg左右。液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)由泵源集成塊、控制閥塊、液壓缸和液壓管路四部分組成，由十幾種液壓元件集成

7、，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，總重不超過17Kg。液壓系統(tǒng)含左、右液壓缸各一根，每根缸輸出拉力1800kg，合計(jì)3600kg，兩缸活塞桿通過絲杠、螺母機(jī)構(gòu)連接到下夾具上?？紤]高空作業(yè)的安全性，設(shè)計(jì)特殊的液壓閉鎖機(jī)構(gòu)。在工作中，液壓系統(tǒng)的任何部位出現(xiàn)負(fù)壓（液壓油泄漏）則自動(dòng)鎖死，保證設(shè)備的安全工作，防止出現(xiàn)安全全事故。選用普通20#機(jī)械油，便于維修和使用。遙控系統(tǒng)遙控系統(tǒng)包括手持機(jī)和接受裝置，均具有抗干擾能力。主要作用是遙控電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，以及液壓傳動(dòng)裝置的電控閥門和換向閥門等一系列復(fù)雜的機(jī)械動(dòng)作。主要特點(diǎn)如下：（1）選擇紅外遙控，避免了空間無線電干擾和高壓交變電磁環(huán)境中的強(qiáng)電磁干擾。（2）采用安全編碼

8、、解碼技術(shù)，保證了遙控系統(tǒng)的可靠性。（3）采用高亮度閃爍指示燈，保證作業(yè)人員在強(qiáng)烈的陽光下能清楚看到系統(tǒng)的工作狀態(tài)。（4）采用連續(xù)波控制，要求作業(yè)人員在提升或釋放過程中始終按下操作按鈕，保證作業(yè)人員在操作過程中始終觀察系統(tǒng)工作狀態(tài)。同時(shí)連續(xù)波控制能夠抑制突發(fā)的外來干擾，也能夠大大提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。2.2自動(dòng)機(jī)器臂的結(jié)構(gòu)自動(dòng)機(jī)器臂結(jié)構(gòu)構(gòu)成：1.上卡具；2.下卡具；3. 剪刀式開閉收緊裝置；4.液壓收緊裝置；5.電池；6.直流電動(dòng)機(jī)；7.油泵；8.液壓缸；9.連桿；10液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制；11.遙控信號(hào)接收器；12.遙控器。見圖3。圖3自動(dòng)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.3自動(dòng)機(jī)械臂主要部件的技術(shù)指標(biāo)上

9、下卡具（1）利用操作桿操縱上下卡具的凸輪閉鎖機(jī)構(gòu)，能可靠抱緊絕緣子鋼帽。（2）上下卡具額定工作負(fù)荷30kN，安全系數(shù)2.5倍。上下卡具自重控制在8kg左右。（3）卡具形式選用凸輪閉鎖裝置。配置壓力位置開關(guān)指示凸輪閉鎖裝置是否到位。（4）卡具須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的不同型號(hào)絕緣子進(jìn)行定制。機(jī)械臂液壓油缸（1） 液壓油缸共兩根，采用兩位兩通電液控制閥及位移傳感器控制，用高壓油管與油泵相連接。（2）液壓油缸的最大有效行程應(yīng)達(dá)到80mm。（3） 單根液壓油缸自重應(yīng)控制在3-4kg，輸出有效拉力18kN。（4）單根液壓油缸機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)負(fù)荷：45kN（即2.5倍的有效拉力），供油要基本保證兩根液壓缸工作的同步性，

10、同步誤差2mm。（5） 應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拈]鎖機(jī)構(gòu)以防止液壓機(jī)構(gòu)發(fā)生泄壓情況下的機(jī)械臂的穩(wěn)定。驅(qū)動(dòng)裝置（1）驅(qū)動(dòng)裝置由直流電機(jī)和高壓油泵、油箱等部件組成，為整體結(jié)構(gòu)或分體連接，自重為10 kg左右。（2）直流電機(jī)功率為0.5-0.7kW，額定電壓12V。（3）高壓油泵與油箱設(shè)計(jì)在一起，油泵出口壓力控制在8-12kg/mm，利用分流器給兩根液壓油缸同時(shí)均勻供油，保證兩油缸同步工作。遙控系統(tǒng)（1）遙控系統(tǒng)包括手持機(jī)和接受裝置，均具有抗干擾能力。手持機(jī)設(shè)計(jì)有撥動(dòng)開關(guān)，電源指示燈，操作按鍵兩個(gè)；其中一個(gè)啟動(dòng)鍵，用于啟動(dòng)液壓油泵收緊上下卡具；另一個(gè)為減壓鍵。按鍵操作時(shí)電源指示燈閃爍，距離10m以內(nèi)可靠動(dòng)作。.

11、電源系統(tǒng)選用50A/H，12V，直流免維護(hù)電瓶，自重約12Kg。可以在室內(nèi)或汽車上進(jìn)行充電。充電時(shí)間為4小時(shí)。具備電量不足報(bào)警指示。附件（1）取瓶器：能夠取出被更換的新舊單片絕緣子且含鉤出R銷及其復(fù)位功能。（2）轉(zhuǎn)瓶器：轉(zhuǎn)動(dòng)絕緣子，使R銷便于鉤出和復(fù)位。二者均可與絕緣操作桿配合使用。3 應(yīng)用實(shí)例在做好安全措施及滿足國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（電力線路部分）的條件下，根據(jù)所編制的自動(dòng)機(jī)械臂帶電作業(yè)導(dǎo)則，利用自動(dòng)機(jī)械臂在500kV泉莆II路125桿塔實(shí)現(xiàn)了直線懸垂絕緣子更換的實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果。3.1作業(yè)方法地電位直接作業(yè)法3.2作業(yè)人員作業(yè)人員共7人。其中工作負(fù)責(zé)人1人，塔上地電位作業(yè)

12、2人，地面配合作業(yè)3人，塔上安全監(jiān)護(hù)1人。3.3主要工器具名稱規(guī)格單位數(shù)量備注屏蔽服件3絕緣蓬布?jí)K2蠶絲繩12×100m根2保護(hù)繩18×10m根4二道保護(hù)繩14×8m根4絕緣繩套根3絕緣滑車2T個(gè)2絕緣滑車1T個(gè)1對(duì)講機(jī)臺(tái)2U形環(huán)1T只5U形環(huán)3T只5卸扣只8絕緣操作桿付1配3節(jié)自動(dòng)機(jī)械臂套1取瓷器付1包括取銷器劣質(zhì)檢測(cè)儀架1風(fēng)速儀臺(tái)1溫濕度表塊1兆歐表塊1萬用表塊13.4塔上作業(yè)的操作步驟（1）1號(hào)、2號(hào)電工帶著12絕緣蠶絲繩和1T絕緣滑車上塔至作業(yè)橫旦掛點(diǎn)處，打好個(gè)人保護(hù)繩，起吊劣質(zhì)檢測(cè)儀，對(duì)絕緣子串檢測(cè)。（2）地面配合電工在地面調(diào)試好遙控自動(dòng)液壓臂，保證電源

13、、遙控裝置運(yùn)行良好。（3）地面配合電工根據(jù)更換絕緣子的結(jié)構(gòu)高度，確定“短三取一”方法時(shí)，調(diào)整好液壓機(jī)械臂的行程位置，并打開上下卡具。（4） 1號(hào)、2號(hào)電工安裝后備保護(hù)繩。（5）地面電工配合塔上電工利用絕緣繩起吊遙控液壓機(jī)械臂升至需要更換絕緣子串上有劣質(zhì)絕緣子的部位，并用操作桿扣好遙控液壓機(jī)械臂的上下卡。（6） 2號(hào)電工用遙控器發(fā)出提升導(dǎo)線，讓收緊裝置裝上，上、下卡具同時(shí)向中部收緊一個(gè)規(guī)定的距離，使劣質(zhì)絕緣子及兩側(cè)的絕緣子（共三片絕緣子）從拉緊狀態(tài)變?yōu)樗沙跔顟B(tài)。（7）1號(hào)電工配合2號(hào)電工利用操作桿頭部裝上取銷器取出絕緣子上R銷，然后操作桿頭部換成取瓷器，把劣質(zhì)絕緣子取出。（8）按相反程序換入新絕

14、緣子，復(fù)位上、下R銷。（9）地電位2號(hào)電工用遙控器遠(yuǎn)距離控制卡具，讓上、下卡具慢慢放松到起始位置，使卡具內(nèi)的三片絕緣子恢復(fù)為受力狀態(tài)。檢查新絕緣子安裝無誤后，拆除工具。（10）由地面電工和塔上1、2號(hào)電工配合用絕緣繩和絕緣操作桿將遙控卡具按逆順序拆除吊上塔的全部工具。圖4 利用操作桿上的取銷器勾取絕緣子的R銷4 結(jié)語通過自動(dòng)機(jī)械臂在500kV泉莆II路125桿塔更換直線懸垂絕緣子的實(shí)際應(yīng)用，并進(jìn)行總結(jié)，得出以下結(jié)論：（1）作業(yè)人員處于地電位作業(yè)，無需進(jìn)入強(qiáng)電場(chǎng)，安全性更高。（2）利用自動(dòng)機(jī)械臂可在500kV超高壓輸電線路的強(qiáng)電磁場(chǎng)下帶電作業(yè)，滿足四分裂LGJ-400導(dǎo)線、垂直檔距500米；地電位更換直線懸垂絕緣子串中間單片絕緣子。作業(yè)方式：在帶電作業(yè)人員操作下采用 “短四取一”的作業(yè)方式。（3）帶有凸輪閉鎖裝置的上下卡具能有效的卡住懸垂絕緣子串上、下絕緣子的鐵帽。（4）遙控裝置在桿塔實(shí)際環(huán)境中遙控液壓系統(tǒng)正常工作。液壓臂提升（或下降）平穩(wěn)，出力平衡，能夠提升懸垂絕緣子串至松弛位置（或下降