高压带电作业机器人（通用3篇）
高压带电作业机器人 篇1
0 引言
为了提高带电作业的自动化水平和安全性,减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁,从80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究,如日本、西班牙、美国、加拿大、法国等国家先后开展了对带电作业机器人的研究。如图1所示,2005年我国也完成了高压带电作业机器人产品化样机的研制。电动扳手是高压带电作业机器人的专用作业工具,其主要功能是安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具。目前应用的电动扳手多是手动控制,为了适应高压带电作业机器人应用的要求,研制了一种以DSP作为主控制器的新型遥控冲击式电动扳手,满足了高压带电作业任务的要求。
1 电动扳手的特点
采用了高集成度IC芯片和先进的SMT表面元件贴装工艺以及独特的电路屏蔽技术,使产品具有了超强的抗干扰能力和可靠性,可在十分严酷的电磁干扰环境下长期稳定工作。采用模块化电路结构,通过简便的模块组合,即可实现电动扳手的各种功能变换,通用性和灵活性显著增强。通过无线遥控接收模块,控制电动扳手的开关。拧紧的最大力矩为:118N。采用直流12V的锂电池供电。具有过流、过压自动保护电路,性能可靠。速度是普通电动驱动扳手的3倍以上,达到预设扭矩时自动停止。采用减速器进行减速,减速稳定、可靠。
2 系统总体设计
如图2所示,无线控制电动扳手主要由扳手套筒1,转换头2,永磁直流电机、减速器和滚珠螺旋槽冲击机构3、无线控制开关模块4、PWM变频调速模块5、手枪式手柄6和充电电池7组成,采用充电电池驱动12V的直流电动机,PWM脉宽调节控制,无线遥控器开关控制电动扳手电机的开启动作,根据调速按键的按下程度,调节合适的速度,结构合理,操作简便。电动扳手采用等电位作业法,所以需要解决电动扳手的绝缘问题。电动扳手具有铝合金成型的外壳,可以实现电磁屏蔽。为了实现机械臂和电动扳手的绝缘,手柄采用了塑料外壳[1]。
3 系统硬件设计
如图3所示,将遥控电动扳手的硬件设计分成5层,各层完成功能分别是:层1是执行结构,是机器人运动的基础;层2是驱动系统,包括电机驱动器和系统供电;层3是系统接口部分,包括I/O接口;层4是DSP核心板部分,包括JTAG、复位电路和晶振;层5是系统功能扩展板,实现与遥控器的通信。
3.1 电机驱动模块
由于冲击扳手电动机的过载电流能达10A,所以选用了具有H桥的SA60。如图4所示,SA60是一个PWM型功率输出芯片,电路提供给电机的电源电压最大可达到80V,能连续向负载提供10A的电流。最大模拟输入电压5V,PWM载波频率可以到250k Hz,而效率可以高达97%,该芯片还可以外接一个可兼容的TTL型的PWM的信号来同步四象限模式的幅值和方向。PWM IN引脚控制电机的方向
3.2 无线发射接收模块
超再生式接收机具有电路简单、成本低廉等优点而被广泛采用,超外差接收机虽然价格较高,但温度适应性强,接收灵敏度更高,而且工作稳定可靠,抗干扰能力强,所以无线接收模块选用了抗干扰能力强的超外差接收模块。
遥控器选用和接收模块配套的远距离遥控器。电池使用A23电池,采用白色的优质塑料外壳,硅胶按键,带拉杆天线。遥控器背后有活动的电池舱盖,可以方便地更换电池。发射距离300-500米。各键的功能如表1所示:
3.3 电源电路设计
为了实现电路的可靠性,在电路上采取了如下措施:
1)防电磁干扰
电磁干扰必须包括三个要素,即电磁干扰源、电磁干扰传递途径及接收电磁干扰的响应者。这三个要素相当复杂,不同的场合有不同的表现。为了防止电机驱动电路和控制电路相互干扰,通过一个电感L2实现不共地。
如图5所示,AB之间是电路1和电路2与地之间的共阻抗。在电路排版中,由于地线的阻抗存在,因而能产生一定的电位差。由于电位差的存在,就必然对电路的工作带来影响。因此在电路板排版中,要一点接地。
2)过电流保护
为了防止控制部分和电机驱动部分电路发生短路,在前序电路都加上自恢复保险丝F1、F2。自恢复保险丝是一种新型高分子聚合材料制成的器件,当电流低于额定值时,它的电流电阻只有零点几欧姆。而当电流大到一定程度,它的阻值迅速升高,引起发热,而越热阻值越大,从而阻断电源电流。
3)过电压保护
如图6所示,为了防止后续电路过电压,在电源电路上各加上抑制二极管VTS1、VTS2。抑制二极管可以看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当电两端电压高于某一额定值时导通。其特点是可以瞬态通过数百上千安培的电流。
4)防反接保护
为了使二次电源在输入线路反接时不至于损坏,在输入端加了反接保护电路。当反接时,二极管导通,可恢复保险丝电阻增大,抑制电流的大小。起到极性保护作用。
4 系统软件设计
软件设计主要包括:接收到的控制命令码的解码程序和电机调速的PWM脉宽调制程序。
4.1 解码程序
编码芯片PT2262发出的编码信号由:地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2272接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平。如图7所示,采用中断的方式来接收发射码并进行解码获得控制命令。
4.2 PWM脉宽调制程序
所采用的微电机转速很高(12000r/min),可以通过改变加载电机两端的电压来实现降速。基于简单实用考虑,采用脉宽调速。而软件的做法是通过设置DSP内部的寄存器来达到,且软件调整量指标更高,调整更可靠、更方便、更准确。
5 实验
如图8所示,利用该无线控制用冲击电动扳手在高压带电作业机器人上进行了实验。主要工作是带电安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具[3]。在利用该工具进行工作时,首先选择所需的套筒,将方孔套入电动扳手的方轴头上,按所需的工作方向,选择松、紧开关。按下无线遥控开关,12V的直流电机启动,在PWM的脉宽调制控制下,选择合适的转速和方向,进行装、卸工作[4]。
6 结论
为了适应高压带电作业机器人应用的要求[5],研制了一种以DSP作为主控制器的新型冲击式电动扳手,满足了高压带电作业任务的要求。该电动扳手可以完成带电安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具。整个工作过程,由于控制模块的完备性,操作简单方便。具有很大的实用价值。
摘要：首先介绍了高压带电作业机器人国内外研究现状。其次针对安装、拆卸需要检修的高压带电作业绝缘子及其他接续工具,叙述了一种以DSP2812为核心的高压带电作业机器人专用遥控电动扳手的特点,并给出了电动扳手的总体结构,再次详细描述了硬件系统各分电路的功能特点以及设计方案和软件系统解码程序、PWM脉宽调制程序的设计。最后通过实验进一步分析说明所设计的体系结构的合理性和可行性。
关键词：高压带电作业机器人,遥控,电动扳手,电磁干扰
参考文献
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高压带电作业机器人 篇2
一、输电线路带电作业的发展历程
相较于其他国家, 特别是美国, 带电作业在中国的发展相对较晚, 其主要始于建国初期, 由于受到当时科技水平和设备条件的限制, 带电作业主要运用低压或者部分高压线路, 对于超高压输电线路的带电作业大约始于二十世纪八十年代, 随着我国经济的快速发展科技水平不断的提升, 有效的带动了我国的电网行业发展, 对于超高压输电线路的带电作业研究也有了新的突破。近几年来, 该项技术在我国的运用越来越普遍, 其理论成果也日益完善。
二、超高压输电线路自身具有的特点分析
为了降低电能的损耗, 往往借用变压器将电能升高后进行输送, 而超高压输电线路则主要负责高压电能的输送工作。随着人们用电需求的不断增加, 超高压输电线路的应用也越来越广泛, 为电网行业发展做出了突出贡献。结合实际情况, 将超高压输电线路的自身特点进行分析总结, 主要有以下几点:第一, 超高压输电线路输送电能较多, 容量比较大。随着用电量的不断增加, 超高压输电线路的工作压力也相应的增大, 作为主要的高压电能输送结构, 其内部容量非常大, 输送的电能比较多。第二, 超高压输电线路易受到环境因素的影响。超高压输电线路主要通过塔杆架起线路, 长时间暴露在大气环境中, 因此受到环境因素的影响也较为严重, 特别是恶劣天气, 对超高压输电线路的影响巨大。第三, 超高压输电线路运行过程中产生较大的电场强度, 线路维修难度加大。电压等级将决定电场强度, 两者之间存在一定的正相关, 所以对于输送超高压的超高压输电线路而言, 其在运行过程中将产生较强的电场, 如果采取带电作业, 将加大维修人员的作业难度。
三、超高压输电线路带电作业的发展方向
(一) 超高压输电线路带电作业对直升飞机的应用
经济的不断进步和科技的不断发展, 目前直升飞机的数量越来越多, 其用途也将随着有所增加, 目前在超高压输电线路带电作业过程中, 直升飞机被广泛的运用其中。由于直升飞机具有诸多的优势特点, 比如说使用便捷、飞行速度快、安全可靠、不受地域限制等, 因此在超高压输电线路带电作业中受到了认可。直升飞机用于带电作业, 主要是通过安装相应的光检测装备, 对超高压输电线进行拍照, 收集有关的资料信息, 线路检修人员通过对这些照片的具体分析, 可以方便快捷的找出线路问题。与此同时, 直升飞机还可以实现带电水冲洗, 通过水冲洗具实现快速、高效、安全的带电作用。
(二) 超高压输电线路带电作业对机器人的应用
超高压输电线路在运行的过程中会产生较强的电场, 如果维修人员近距离接触极有可能发生危险, 因此在检修过程中维修人员必须要做足安全防护措施, 即便如此安全事故还是时有发生。而机器人可以有效克服以上困难, 因其结构紧凑、绝缘性较高、易受计算机操控, 在超高压输电线路的带电作业中受到欢迎。现将机器人用于超高压输电线路的带电作业的优势加以总结:首先, 采用机器人代替维修工作人员进行作业, 在一定程度上减轻了维修人员的工作强度, 有利于工作效率的提高。其次, 机器人作业克服了安全问题, 基于机器人的绝缘性不在害怕较强电场的影响。最后, 机器人严格受到计算机控制, 其作业精准度较高, 可有效提高电网工程质量。但是由于受到科技水平的限制, 对机器人进行绝缘防护的技术还为完善, 机器人带电作业还未能普遍采用, 不过种带电作业方式将成为超高压输电线路带电作业的发展趋势之一。
(三) 超高压输电线路带电作业对安全防护用品的使用
在进行超高压输电线路带电作业时, 必不可少的就是对安全防护用品的使用, 安全防护用品不仅是重要的维修工具, 更是保证维修人员安全的重要措施。使用的安全防护用品, 主要有以下几方面的特点:第一, 绝缘性能一定要良好, 这是保证维修人员安全的基础保障, 绝对的绝缘用品才能投入带电作业的使用之中。第二, 安全防护用品质量要轻, 机械性要好, 这样方便维修人员携带和使用。第三, 应具有耐高压和防老化的特点, 由于带电作业受到电场影响, 如果没有耐高压特性容易损坏, 影响正常的作业进度。屏蔽服、绝缘棒、绝缘杆、绝缘板、绝缘绳等, 都是目前使用最为普遍的安全防护用品。
(四) 超高压输电线路带电作业对新型检测设备的运用
科技水平的不断提高使新型检测设备不断的推陈出新, 各种先进的检测技术也随之发展起来, 目前在电网行业, 各种带电检测仪表与检测仪器被运用到了超高压输电线路带电作业中, 这些绝缘性极好的新型检测设备, 极大的提高了工作质量和效率。
结语
综上所述, 随着经济和科技水平的不断提高, 电网行业发展十分迅速, 其在超高压输电线路带电作业方面的研究更是获得了可喜的成果, 目前我国该方面的技术水平已位列世界前列, 在未来带电作业技术会进一步发展, 直升飞机、机器人、各类安全防护用品、新型检测仪器等将会在带电作业中得到广泛运用。
摘要：随着国民经济的快速发展, 人们的用电需求日益增加, 用电量急速增加的同时, 用电质量要求也越来越高, 停电越来越难以被广大市民所接受, 因此带电作业在电网行业越来越普遍。本文首先对超高压输电线路带电作业发展历程进行简单概述, 针对目前带电作业的特点, 探讨超高压输电线路带电作业的发展趋势。
关键词：带电作业,超高压输电线路,发展历程,发展方向
参考文献
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高压带电作业机器人 篇3
在电力工业中, 带电作业是一门涉及多学科的综合技术。带电作业技术的发展, 首先从配电线路上开始, 然后发展到输电线路, 再向变电站延伸。我国的带电作业最早是在1954年东北鞍山电业局正式开展, 经过半个多世纪的探索和发展, 带电作业技术日趋成熟, 特别是近几年, 变电站的间接带电作业方式取得了长足发展, 大大扩展了变电站带电作业的领域和范围。
泉州电业局从1998年开始在10～220 kV变电设备上不同程度地开展了间接带电作业, 通过理论探索和实际操作经验总结, 研制了一系列地电位带电作业工器具, 编制了变电带电作业指导书, 实现了带电检修、带电短接、带电清扫、带电检测、带电加油补气、带电处理各类缺陷等, 从而使变电站间接带电作业工作逐步走向了标准化管理的轨道。
1 变电设备带电作业特点
所谓变电设备“带电作业”具有两层意思, 一是电气设备必须带电而不是停电的状态。如高压电气设备以绝缘油和SF6, 气体作为电介质, 压力降低会使绝缘强度降低, 因此必需进行补油或补气。按常规的处理方法是必须停电, 考虑到设备在正常运行时不停电, 即采取带电作业的技术手段和作业方法, 保证高压设备中的油、气、等电介质满足绝缘等性能要求。
变电设备带电作业还要考虑设备的型式和绝缘介质等特点, 对于断路器、变压器套管、互感器、套管、GIS等采用SF6为电介质的高压设备, 带电补气还要考虑水分对SF6, 理化特性的影响;对于变压器、油浸式互感器等采用绝缘油为电介质的高压设备, 带电补油除了考虑水分影响外, 还需要考虑油压、油速、温度对绝缘油性能和质量的影响。
为了进一步确保带电作业不影响高压设备的绝缘性能, 应加强对带电补油 (气) 高压设备的油气监督工作。如带电补油作业前, 应取油进行油质和色谱试验, 带电注油24小时后再次进行油质和色谱试验, 而后按新投产设备进行试验。带电补气作业则应在24小时后进行微水试验确保绝缘合格。
二是对带电电气设备进行检修、测量、清扫工作的通称。如带电清扫作业是作业人员不直接接触带电体, 按电压等级保持一定的安全距离, 利用绝缘工具、绝缘导线、设备仪器等工具进行高压带电的间接地电位作业。
2 间接带电作业的安全要求
间接带电作业的特点是作业人体→绝缘工具→带电体, 如果绝缘工具绝缘降低, 那么流入人体的电流将从带电体经绝缘工具流入地电位。因此, 流入人体的电流成为地电位作业的最主要技术条件, 对人体保持足够的安全距离和绝缘遮蔽工具 (绝缘操作杆长短、绝缘护套、绝缘罩、绝缘挡板) 、检修工具等都有严格要求, 具体参数见表1、表2。
3 间接带电作业的注意事项
3.1 对绝缘工具的要求
(1) 选择电气性能优良的绝缘材料, 如环氧酚醛玻璃布板 (管) , 避免选用吸水性大的材料。
(2) 绝缘材料尺寸稳定, 耐腐蚀性能好, 有足够的机械强度。
(3) 按不同电压等级选用相应有效绝缘长度的操作杆。
(4) 使用前必须按电力试验规程的要求.对绝缘工器具进行绝缘测试, 如110 kV耐压试验为220 kV, 只有绝缘合格方可使用。
3.2 带电作业工器具现场使用要求
(1) 持操作杆作业人员应戴好安全帽和合格的手套。
(2) 在工作现场地面应放苫布, 暂不使用的工器具均应摆放在苫布上, 严禁与地面直接接触。
(3) 传递工具时要轻拿轻放, 避免与电气设备或架构磕碰。
(4) 作业前应检查带电作业工器具和设备电压等级一致、操作杆的抗扭抗弯试验水平以及金具等其它相关物品。
3.3 环境条件的要求
带电作业必须选择在良好的天气下进行, 如遇雷、雨、雪、雾天气不得进行, 现场风速不能大于5级, 并随时注意天气韵变化, 必要时应停止作业。
4 间接带电作业方法及其应用
4.1 带电检修
研发刀闸发热处理专用作业工具。
(1) 多功能刀口维护工具。设备接触电阻偏大, 可在带电工具绝缘棒上端的金具上装上砂纸、白布、钢丝刷等清理工具, 也可将棘轮扳手或力矩扳手固定在金具上, 对刀闸刀口进行带电紧固。
(2) 导线短接工具。设备接头发热, 可通过计算将2条满足线路电流的软导线分别接在绝缘操作棒上端, 然后将其紧固在导线接头发热的两端, 实现分流作用, 可有效降低导线接头温度。
(3) 螺丝紧固工具。螺丝松动, 可在绝缘操作棒上端装上万向套筒或电动扳手以便任意改变角度, 实现带电紧固螺栓, 泉州电业局自行研发的带电工具可以实现多种带电作业, 方法简单、可靠、灵活, 并可根据不同需要制作相应需求的工具。
4.2 带电检测 (测试)
研制的带电作业检测仪符合高电压电气设备绝缘带电测试的要求, 如氧化锌避雷器带电测试, 电容型设备 (电容绝缘型电流互感器、套管、电容式电压互感器、耦合电容器等) 带电测试, 开关柜 (GIS) 局放测试, 零值绝缘子等, 可代替代传部分常规停电试验。
(1) 主要流程
(1) 记录试验时的环境温度、相对湿度和运行电压。
(2) 绝对值法。用电压传感器测量相应母线TV二次相电压, 用电流线取得被测容性设备末屏泄漏电流。当电压和电流线都接好后, 开始测量, 从仪器上读取数值。
(3) 相对值法。测量2个同相电容性设备的介质损耗差值和电容量比值。 (4) 本试验应在每年雷雨季节前进行。
(2) 注意事项
(1) 应使用经试验合格的安全工器具, 注意保持与带电设备距离。
(2) 取TV二次电压时, 应防止TV二次短路。
(3) 测量宜在设备表面干燥时进行, 应注意相间干扰的影响。
(4) 将作业位置外的导线、引线等部件遮蔽或隔离起来, 以防相问短路或接地。
4.3 带电清扫
研制的带电清扫机 (如图1所示) 可对户外变电设备外绝缘 (如断路器、隔离开关、避雷器、主变套管瓷瓶、主变散热片) 进行清洗, 解决了设备外绝缘污闪问题。
(1) 主要流程
(1) 将清扫器绝缘操作杆、刷盘架、关节连接器、长软轴等连接好。
(2) 手持清扫器操作杆, 用脚踏下电机启动开关, 检查毛刷转向是否正确。
(3) 检查合格后开始对设备进行清扫作业。操作人员必须戴绝缘手套、穿绝缘靴, 手持部位不得超越高压试验接地环。
(4) 操作人员举起手持清扫器将刷盘架上的支撑限位垫搭靠在设备瓷裙边沿上, 启动电机后, 毛刷高速旋转吸抱住瓷柱即可进行带电清扫作业。
(5) 保持刷盘架上的毛刷始终处于水平位置, 手持操作杆左右轻轻摆动, 为防止灰尘太多造成接地放电事故, 必须沿瓷瓶右下而上清扫, 然后再由上向下逐层清扫。
(6) 当一组设备清扫完成后, 必须等电机停止, 方可移至下一组。
(7) 作业结束后, 断开电源, 按与连接组装顺序相反的步骤拆卸各部件。
(2) 安全注意事项
(1) 操作前应先确认带电清扫机型号与参数是否与设备的电压等级一致。
(2) 清扫前应检查瓷瓶是否完好, 有无裂缝, 瓷瓶损伤不得进行带电清扫以防止瓷瓶脱落。作业前应对清扫机进行检查, 确认其是否完好, 使用5000 V绝缘摇表或绝缘检测仪进行分段绝缘检测, 阻值应不低于700 Mn。
4.4 带电补油 (气)
研制补油补气的专用工具, 解决变压器 (互感器) 油位偏低、SF6压力不足等缺陷。
(1) 主要流程。
(1) 将补油机的各种专用过渡接头连接好。
(2) 系统进行抽真空, 当达到预设值后, 完成补油机的储油。
(3) 管路安全可靠后开始循环排气泡, 直到没有任何气泡方可停止。
(4) 设置补油机的补油流速为0.5 L/min, 开始补油, 直至油位符合要求。
(2) 补油过程中的注意事项。
(1) 控制与设备带电部位的安全距离, 不得超过互感器油箱上端部。
(2) 抽真空后应按规定进行排气泡循环, 以杜绝气泡进入互感器本体内部。
(3) 补油流速只能设置为0.5 L/min, 以免油流过大过急导致绝缘故障。
(4) 补油装置各阀门应采用密封性能良好的产品, 防止漏气漏油。
(5) 补油前应将补油装置管路中空气抽干净, 检查真空度未见下降。
(6) 做好防止互感器跑油措施。检查补油装置本身设置, 确保当管道压力大于0.45 MVa时补油机自动停止;补油过程中加强监视, 发现跑油现象立即关闭补油机, 并准备快干封堵材料, 随时准备进行封堵;补油结束后应注意取油口的恢复。
5 结束语
泉州电业局开展高压设备变电站间接带电作业以来, 成功了处理了120多条次紧急缺陷, 减少设备的停役次数, 大大提高了电网运行的安全可靠性。随着状态检修的开展和设备可靠性要求不断提高, 变电站间接带电作业将会越来越多。目前, 变电站间接带电作业方式明显受到了带电作业设备的限制, 现有的工器具和带电检测设备比较单一, 无法实现全方位的带电作业。因此, 下一步应加强新技术和新工具的研制、推广和使用, 使之成为高压设备检修维护的主导方向之一。
摘要：针对变电站内高压设备间接带电作业特点, 分析了带电作业的安全性及其注意事项。结合泉州电业局间接带电作业的经验, 从实例的角度对变电站间接带电作业的4种作业方式进行了探讨。
关键词：高压设备,地电位,间接带电作业
参考文献
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