摘 要： 研究了10 kV配電線路高壓帶電作業(yè)機(jī)器人作業(yè)平臺(tái)多級(jí)絕緣防護(hù)系統(tǒng)。介紹了高壓帶電作業(yè)機(jī)器人依靠絕緣斗臂車進(jìn)行相對(duì)地絕緣；操作人員站在絕緣斗內(nèi)，通過光纖通信遠(yuǎn)程遙控機(jī)械臂，解決了高壓線對(duì)人的絕緣；鋼結(jié)構(gòu)支架纏繞環(huán)氧玻璃布，平臺(tái)底面粘合環(huán)氧玻璃板，機(jī)械臂絕緣子支承，機(jī)械臂外包絕緣護(hù)套，邊相加遮蔽罩進(jìn)行相間絕緣。此外，通過絕緣斗臂車絕緣臂、整車，絕緣機(jī)械臂之間、絕緣機(jī)械臂與平臺(tái)之間，絕緣平臺(tái)進(jìn)行了交流耐壓試驗(yàn)、交流泄露電流試驗(yàn)，進(jìn)一步說明所設(shè)計(jì)的絕緣系統(tǒng)安全、可靠。
關(guān)鍵詞： 高壓帶電作業(yè)機(jī)器人；對(duì)地絕緣；對(duì)人絕緣；相間絕緣
我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展、人民生活質(zhì)量不斷提高，配電網(wǎng)絡(luò)要實(shí)現(xiàn)不間斷輸電，就必須開展帶電作業(yè)。人工帶電作業(yè)有其困難與局限性，因此研制具有更強(qiáng)的安全性和適應(yīng)性的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人，克服人工帶電作業(yè)的困難和局限性，代替人進(jìn)行帶電作業(yè)非常必要，而且符合時(shí)代的要求。從上世紀(jì)80年代起許多國家都先后開展了帶電作業(yè)機(jī)器人的研究，如日本、西班牙、美國、加拿大、法國等國家[1]。山東電力研究院進(jìn)行了兩代的高壓帶電作業(yè)機(jī)器人研究：第一代高壓帶電作業(yè)機(jī)器人，采用兩臺(tái)MOTOMAN機(jī)械臂，操作人員進(jìn)行作業(yè)時(shí)通過鍵盤控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)；第二代高壓帶電作業(yè)機(jī)器人，采用兩臺(tái)自主研發(fā)的電機(jī)機(jī)械臂，控制系統(tǒng)采用主從控制方式。操作人員進(jìn)行作業(yè)時(shí)通過主手和鍵盤控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人系統(tǒng)的主從/自主控制。
國外高壓帶電作業(yè)機(jī)器人大部分采用Kraft主從機(jī)械臂和絕緣斗臂車進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。絕緣方法主要包括以下幾部分：（1）系統(tǒng)對(duì)地絕緣：依靠絕緣斗臂車實(shí)現(xiàn)。（2）操作人員與高壓電場(chǎng)隔離：操作人員站在絕緣斗內(nèi)操控主手作業(yè)，操作人員與機(jī)械臂之間僅通過光纖通信，操作人員完全與高壓電場(chǎng)隔離。（3）相間短路防護(hù)：主要包括絕緣平臺(tái)防護(hù)、邊相遮蔽、機(jī)械臂絕緣防護(hù)。絕緣平臺(tái)防護(hù)主要防止平臺(tái)作業(yè)時(shí)接觸導(dǎo)線造成相間短路，采用外包絕緣外殼。邊相遮蔽依靠絕緣遮蔽罩。機(jī)械臂的絕緣防護(hù)主要防止機(jī)械臂搭接兩相造成相間短路。機(jī)械臂絕緣設(shè)計(jì)主要有以下三種：（1）加裝絕緣板。優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：需對(duì)機(jī)械臂構(gòu)件加工，同時(shí)由于存在縫隙，爬電距離難以保證，絕緣效果受影響。（2）安裝絕緣端子。優(yōu)點(diǎn)：工藝最簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：需拆卸手爪、加長(zhǎng)油管，同時(shí)如果機(jī)械臂搭接高壓線兩相，會(huì)發(fā)生相間短路。（3）外裝絕緣板、絕緣護(hù)套。優(yōu)點(diǎn)：爬電距離可以保證絕緣效果最好。缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜，護(hù)套需開模具。
由于高壓帶電作業(yè)對(duì)人或設(shè)備的危害主要為流過的電流大小和電場(chǎng)的強(qiáng)弱，因此高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的絕緣問題是研究的關(guān)鍵。本文主要研究了高壓帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)地絕緣、高壓線對(duì)人絕緣、相間絕緣防護(hù)方法，滿足了高壓帶電作業(yè)任務(wù)絕緣防護(hù)的要求[2]。
1 機(jī)器人絕緣防護(hù)要求
如圖1所示，機(jī)器人絕緣主要包括以下問題：
?。?）操作人員的絕緣安全，操作人員位于絕緣斗內(nèi)穿著絕緣服，采用中間電位法作業(yè)，目前機(jī)器人可以保證作業(yè)人員的安全問題。
?。?）機(jī)器人對(duì)地絕緣問題。機(jī)器人采用絕緣斗臂車進(jìn)行作業(yè)，如機(jī)器人平臺(tái)與地面沒有電器連接，可以保證對(duì)地絕緣。
?。?）線路相間絕緣。金屬機(jī)械臂同時(shí)接觸兩相線路或從兩相中穿過都有可能造成相間短路。機(jī)械臂絕緣或邊相安裝遮蔽罩可以防止相間短路。
2 長(zhǎng)治高壓帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)對(duì)地絕緣
方法：依靠絕緣斗臂車。絕緣斗臂車廠家選用北京三興車輛有限公司；整車耐電壓（工作斗與大地之間）：105 kV/1 min；泄露電流測(cè)試：70 kV/1 min（泄露電流≤0.5 mA）。
2.2 操作人員與高壓電場(chǎng)絕緣
操作人員站在絕緣斗內(nèi)操控主手作業(yè)，操作人員與機(jī)械臂之間僅通過光纖通信，操作人員完全與高壓電場(chǎng)隔離。這是高壓帶電作業(yè)機(jī)器人作業(yè)最為突出的優(yōu)點(diǎn)。
2.3 相間短路絕緣
在相-相之間，空氣間隙和絕緣平臺(tái)起主絕緣作用，絕緣遮蔽罩形成相間后備防護(hù)，因作業(yè)機(jī)械臂等電位作業(yè)，機(jī)械臂外包絕緣材料，形成最后一道防線，以防止機(jī)械臂偶然觸及兩相導(dǎo)線造成短路。
?。?）機(jī)械臂絕緣
采用硅橡膠開模具，耐壓20 kV，厚度3 mm，內(nèi)外表面光滑，無毛刺，無氣泡，密實(shí)程度好。由機(jī)械臂各構(gòu)件尺寸建立模型，根據(jù)各關(guān)節(jié)活動(dòng)的范圍，設(shè)計(jì)絕緣外殼的形狀，防止發(fā)生干涉。
（2）平臺(tái)絕緣
絕緣斗尺寸為610 mm×610 mm×1 066 mm；兩機(jī)械臂底座之間大于500 mm；為了防止高壓線磁場(chǎng)對(duì)機(jī)械臂伺服系統(tǒng)電源、主手電源、逆變器、OCU電源干擾，都采用絕緣材料封裝；兩機(jī)械臂伺服系統(tǒng)電源、主手電源的開關(guān)、充電接頭、低電壓顯示、虧電顯示之間的安全距離為0.4 m；為了防止高壓電場(chǎng)對(duì)人的干擾，人與機(jī)械臂底座之間安全距離為0.4 m[3]。
絕緣平臺(tái)布置如圖2所示，主要防止平臺(tái)作業(yè)時(shí)接觸導(dǎo)線造成相間短路。支架采用鋼材，鋼結(jié)構(gòu)支架纏繞環(huán)氧玻璃布，平臺(tái)底面粘合環(huán)氧玻璃板。為了防止相間短路，兩機(jī)械臂都通過絕緣子與平臺(tái)連接。絕緣子耐受電壓為40 kV。
（3）邊相遮蔽
無論采用何種方式，帶電作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)中相作業(yè)時(shí)必須對(duì)邊相遮蔽。絕緣遮蔽罩是軟質(zhì)導(dǎo)線遮蔽罩，特點(diǎn)是在寒冷氣候下仍然能夠保持良好的柔軟性，并能抗紫外線及臭氧的損害[4]。
3 試驗(yàn)方法
3.1 絕緣斗臂車試驗(yàn)
（1）斗臂車絕緣臂試驗(yàn)
斗臂車絕緣臂交流耐壓試驗(yàn)采用連續(xù)升壓法升壓，檢測(cè)電極固定安裝在主絕緣臂外表面，試驗(yàn)應(yīng)在有效絕緣區(qū)內(nèi)進(jìn)行。斗臂車絕緣臂的電氣絕緣性能的試驗(yàn)電壓和持續(xù)時(shí)間如表1所示，試驗(yàn)過程中不應(yīng)有擊穿、閃絡(luò)和嚴(yán)重過熱現(xiàn)象發(fā)生。試驗(yàn)電極一般采用12.7 mm的導(dǎo)電膠帶，施加的工頻交流電壓值、沿面距離及泄露值如表2所示。
?。?）泄露電流試驗(yàn)
兩機(jī)械臂在進(jìn)行交流泄露試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電極采用12.7 mm的導(dǎo)電膠帶設(shè)置，施加的工頻交流電壓值及泄露值見表4。機(jī)械臂和絕緣平臺(tái)之間進(jìn)行交流泄露試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電極采用12.7 mm的導(dǎo)電膠帶設(shè)置，施加的工頻交流電壓值及泄露值見表4。
3.3 絕緣平臺(tái)試驗(yàn)
絕緣平臺(tái)交流耐壓試驗(yàn)在絕緣平臺(tái)的上下側(cè)貼錫箔紙，錫箔紙與平臺(tái)邊沿距離h不大于150 mm。絕緣平臺(tái)在進(jìn)行交流泄露試驗(yàn)時(shí)，其試驗(yàn)電極采用12.7 mm的導(dǎo)電膠帶設(shè)置，施加的工頻交流電壓值、沿面距離h及泄露值如表5所示。絕緣平臺(tái)的表面應(yīng)平整、光潔、無凹坑、無麻面現(xiàn)象和憎水。
4 試驗(yàn)結(jié)果
泄露電流試驗(yàn)要求如表6所示，交流耐壓試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。
為了適應(yīng)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人10 kV配電線路絕緣防護(hù)的要求，研究了機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)地絕緣、高壓線對(duì)人絕緣、相間絕緣方法，并進(jìn)行了試驗(yàn)以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)絕緣防護(hù)方法的可行性。在交流耐壓試驗(yàn)過程中沒有擊穿、閃絡(luò)和嚴(yán)重過熱現(xiàn)象發(fā)生。交流泄露電流試驗(yàn)的泄漏電流都小于500 μA。整個(gè)絕緣防護(hù)方法設(shè)計(jì)合理，防護(hù)性能可靠，操作簡(jiǎn)單方便。具有很大的實(shí)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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