配網(wǎng)帶電作業(yè)中的移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

天津哈工領(lǐng)盛機(jī)器人有限公司 馮君宏 鄒昊峰 田 碩 王 濤 郭克紅 王 寵

在對(duì)帶電作業(yè)模式的探索和發(fā)展中，大多只關(guān)注相鄰帶電設(shè)備所使用的安全工具和儀器，而忽略了如何去做接近帶電設(shè)備的方法，特別是在10kV及以下配電線路中如何使操作人員安全接近帶電設(shè)備的研究。

1 實(shí)際案例

隨著現(xiàn)代化配電網(wǎng)帶電作業(yè)被推廣和宣傳，提升基礎(chǔ)供電穩(wěn)定性和可靠性已經(jīng)成為目前電力供應(yīng)部門的重要建設(shè)目標(biāo)，該種現(xiàn)狀要求技術(shù)人員必須大力開展帶電作業(yè)檢修和維護(hù)，以此不斷提升電力供應(yīng)安全系數(shù)。

現(xiàn)階段，帶電作業(yè)中使用比較廣泛的機(jī)器人設(shè)備則是絕緣斗臂車，該設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上普遍具有升空方面、機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)強(qiáng)度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)勢(shì)。然而，配電網(wǎng)建設(shè)情況復(fù)雜，針對(duì)山脈、山丘以及水田等相關(guān)區(qū)域來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有絕緣斗臂車機(jī)器人設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)上會(huì)存在一定的約束性和阻礙性，無(wú)法全方位、多角度開展帶電作業(yè)[1]。同時(shí)，如果配電網(wǎng)建設(shè)在空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜且狹小的環(huán)境下，絕緣斗臂車則不能發(fā)揮出真正的作用，所以設(shè)計(jì)出移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)十分必要。針對(duì)以上情況，天津哈工領(lǐng)盛機(jī)器人有限公司積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國(guó)國(guó)內(nèi)常用配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人工作模式，從中詳細(xì)分析可能產(chǎn)生的問(wèn)題，以配網(wǎng)帶電作業(yè)路程經(jīng)驗(yàn)作為基礎(chǔ)條件，設(shè)計(jì)出能夠直接固定在基礎(chǔ)機(jī)器人設(shè)備上的移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)。該平臺(tái)在設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面上充分體現(xiàn)出安裝便捷、操作簡(jiǎn)單、能夠靈活旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)功能，為此被廣泛的推廣在配網(wǎng)帶電作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)中。

2 機(jī)器人系統(tǒng)概論

帶電作業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)主要由機(jī)械手臂、視覺服務(wù)模塊以及移動(dòng)升降模塊構(gòu)成，起重機(jī)械手臂主要由終端執(zhí)行設(shè)備、俯視仰視系統(tǒng)構(gòu)成，而移動(dòng)升降模塊則主要由移動(dòng)軌道、平行移動(dòng)以及升降移動(dòng)等構(gòu)成。視覺伺服模塊主要由收集深度收集，以及數(shù)據(jù)核算方式構(gòu)成帶電操作機(jī)器人的系統(tǒng)軟件，為此運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)主要為分服務(wù)端和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)兩個(gè)環(huán)節(jié)，其中服務(wù)端口在運(yùn)行環(huán)節(jié)上主要在機(jī)器人本體工業(yè)控制設(shè)備中，并且將遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)放置在集中化控制中心，從而完成3D運(yùn)動(dòng)仿真處理，以此還原帶電作業(yè)機(jī)器人機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)模式。機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 機(jī)器人運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)

3 配網(wǎng)帶電作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

3.1 配網(wǎng)帶電作業(yè)平臺(tái)特點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

配網(wǎng)帶電作業(yè)平臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，可以直接使用絕緣斗臂車無(wú)法達(dá)到的地區(qū)，如山丘、軟土路基、農(nóng)田區(qū)域等。為此一般使用一列作業(yè)模式、水平作業(yè)模式以及三角形排列等雙線或者單線回路，由于該平臺(tái)在建設(shè)過(guò)程中主要使用鋼化玻璃，所以此種材料普遍具有高強(qiáng)度、低吸水率、耐腐蝕、耐褪色等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)該材料自身質(zhì)量相對(duì)較輕，能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行拆卸，并且由車輛運(yùn)輸至施工地點(diǎn)，隨后在使用人工搬運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)之后，再次進(jìn)行組裝處理。

由于該平臺(tái)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中按照額定電壓220kV進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，確保設(shè)備電氣性能以及機(jī)械性能等方面，盡可能滿足配電線路在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的帶電作業(yè)需求。為此該平臺(tái)在運(yùn)行環(huán)節(jié)上，對(duì)于操作相對(duì)簡(jiǎn)單帶電作業(yè)項(xiàng)目，如接火、安裝故障指示器、修補(bǔ)導(dǎo)線等基礎(chǔ)項(xiàng)目都可以有效開展。

3.1.2 缺點(diǎn)

配網(wǎng)帶電作業(yè)平臺(tái)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，平臺(tái)實(shí)際開展作業(yè)時(shí)只能安排一個(gè)作業(yè)人員，因此平臺(tái)所有帶電作業(yè)在操作環(huán)節(jié)上都需要一個(gè)工作人員實(shí)現(xiàn)所有工作，較大地增加了作業(yè)人員的基礎(chǔ)勞動(dòng)高強(qiáng)度，同時(shí)該平臺(tái)實(shí)際進(jìn)行作業(yè)操作時(shí)靈活性相對(duì)較差，如平臺(tái)接火時(shí)當(dāng)連接一相之后還需要繼續(xù)連接另外一相，此種背景和基礎(chǔ)條件下，作業(yè)人員需要將配網(wǎng)帶電作業(yè)平臺(tái)下降至地面結(jié)構(gòu)之后，等待作業(yè)位置固定好后才能將升降平臺(tái)繼續(xù)運(yùn)行，直至開展下一道施工流程?，F(xiàn)階段作業(yè)的內(nèi)容比較單一且片面，只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的拆火和接火任務(wù)，對(duì)于復(fù)雜的作業(yè)項(xiàng)目不能采用此方法。絕緣升降臺(tái)如圖1所示。

圖1 絕緣升降臺(tái)

3.2 絕緣斗臂車

在配電網(wǎng)帶電運(yùn)行平臺(tái)中，絕緣斗臂車一般具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可操作性，因此已成為現(xiàn)階段配電網(wǎng)帶電運(yùn)行的常用設(shè)備之一，是配電網(wǎng)帶電運(yùn)行實(shí)施項(xiàng)目中常見的技術(shù)模式。保溫斗臂車的工作原理是利用液壓系統(tǒng)有效地控制車體的支撐結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車體的膨脹、臂的轉(zhuǎn)動(dòng)和高度提升，而車體實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中技術(shù)人員僅需要在斗內(nèi)直接操作手臂進(jìn)入配網(wǎng)帶電區(qū)域就可以有效開展相關(guān)作業(yè)，但是該設(shè)備自身占地面積較大，因此會(huì)受到地形和交通運(yùn)輸?shù)确矫娴挠绊?。機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)見表2。

表2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)參數(shù)

3.3 硬梯

如果配網(wǎng)帶電作業(yè)平臺(tái)作業(yè)區(qū)域距離地面較低時(shí)，需要使用絕緣硬梯設(shè)備進(jìn)行日常操作，在設(shè)備的實(shí)際操作中，技術(shù)人員需要爬上絕緣硬梯進(jìn)入通電區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)通電工作。絕緣硬梯本身結(jié)構(gòu)輕，運(yùn)輸方便。但由于其高度較低，會(huì)受到作業(yè)高度的限制，無(wú)法在高度上進(jìn)行基礎(chǔ)的活動(dòng)作業(yè)。因此，該設(shè)備主要用于低壓線路的帶電作業(yè)。

3.4 移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)

移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)在運(yùn)輸過(guò)程環(huán)節(jié)上，能夠根據(jù)施工位置具體高度自動(dòng)調(diào)節(jié)平臺(tái)高度，因此該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)原理則是通過(guò)移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)，確保技術(shù)人員能夠快速進(jìn)入帶電區(qū)域開展基礎(chǔ)帶電作業(yè)。該設(shè)備由于支撐結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)范圍性相對(duì)較小，因此該設(shè)備對(duì)于地面平整程度要求較高，同時(shí)移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)自身重量大、占地面積廣，不利于長(zhǎng)距離的運(yùn)輸和使用。除此之外，移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)在操作環(huán)節(jié)上只能垂直升降，因此該設(shè)備僅僅適用于室內(nèi)環(huán)境或者市區(qū)內(nèi)的配電線路。

3.5 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)

旋轉(zhuǎn)平臺(tái)主要針對(duì)固定式立桿上絕緣平臺(tái)中無(wú)法轉(zhuǎn)移等問(wèn)題進(jìn)行技術(shù)開發(fā)，并且通過(guò)齒輪設(shè)備抱箍連接絕緣平臺(tái)將設(shè)備固定在水泥立柱上，此時(shí)技術(shù)人員通過(guò)自身向上攀爬進(jìn)入帶電區(qū)域開展相關(guān)作業(yè)，而旋轉(zhuǎn)平臺(tái)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同時(shí)能夠滿足技術(shù)人員水平移動(dòng)作業(yè)區(qū)域，但是旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)高度相對(duì)固定，其操作位置無(wú)法靈活多變。

4 移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 齒輪抱箍設(shè)計(jì)

齒輪抱箍在平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，作為整個(gè)系統(tǒng)的力量承擔(dān)裝置和立桿固定裝置，不僅要求自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還需要設(shè)備在安裝和拆卸環(huán)節(jié)的便利性，為此齒輪抱箍一般使用鋁合金材料生產(chǎn)和制作，其中與電桿連接位置則需要使用具有絕緣功能的橡膠材料進(jìn)行接觸，通過(guò)提升摩擦系數(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定平臺(tái)結(jié)構(gòu)。齒輪抱外圍需要使用全齒輪安裝模式，有效與絕緣平臺(tái)的齒輪咬合，并且通過(guò)技術(shù)操作宣傳升降系統(tǒng)，確保整個(gè)平臺(tái)可以沿著齒輪進(jìn)行抱箍旋轉(zhuǎn)。

4.2 旋轉(zhuǎn)升降系統(tǒng)

該系統(tǒng)能有效控制絕緣旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，是保證平臺(tái)正常運(yùn)行和提升的重要組成部分。旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)采用齒輪傳動(dòng)原理，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)手柄，可以帶動(dòng)整個(gè)絕緣平臺(tái)箍升降。

4.3 絕緣平臺(tái)

升降開展帶電作業(yè)時(shí)，作為承載工作人員和帶電操作設(shè)備的絕緣平臺(tái)，為了保證承重符合標(biāo)準(zhǔn)要求，平臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)使用樹脂材料制作，不僅可以滿足基礎(chǔ)絕緣強(qiáng)度，一定程度上還可以具備設(shè)備基礎(chǔ)的機(jī)械性能。其中，絕緣平臺(tái)基礎(chǔ)長(zhǎng)度為800mm，寬度為400mm，所搭配的絕緣梯高度為400mm，確保實(shí)際作業(yè)時(shí)技術(shù)人員實(shí)際提高和降低高度達(dá)到1400mm，進(jìn)一步滿足配網(wǎng)帶電作業(yè)對(duì)安全高度和距離的控制。運(yùn)作參數(shù)見表3。

表3 運(yùn)作參數(shù)

5 移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)應(yīng)用

5.1 平臺(tái)對(duì)比

在詳細(xì)對(duì)比常見帶電作業(yè)平臺(tái)和操作絕緣平臺(tái)之后得出相關(guān)結(jié)論：移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)在應(yīng)用性能和使用便利方面上，可以有效滿足帶電作業(yè)過(guò)程中不同帶電作業(yè)對(duì)于位置的基礎(chǔ)需求，并且該平臺(tái)攜帶便利、安裝方便，可以最大限度提升配網(wǎng)帶電作業(yè)的安全水平。絕緣平臺(tái)特點(diǎn)對(duì)比見表4。

表4 絕緣平臺(tái)特點(diǎn)對(duì)比

5.2 應(yīng)用策略

5.2.1 組裝測(cè)試

移動(dòng)式全絕緣升降平臺(tái)在結(jié)構(gòu)組裝方面上，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)使用流程進(jìn)行安裝齒輪抱箍設(shè)備、固定升降軌道、支撐絕緣平臺(tái)等，其中作為帶電作業(yè)的主要絕緣設(shè)備和工具，在實(shí)際安裝和作業(yè)之前，需要針對(duì)該平臺(tái)使用安全性和應(yīng)用性能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，如檢查平臺(tái)設(shè)備外觀是否具有明顯的損壞、平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)以及位移零部件是否靈活，絕緣平臺(tái)施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)絕緣電阻的數(shù)據(jù)測(cè)量是否標(biāo)準(zhǔn)等。

5.2.2 登桿安裝

施工人員在登安安裝平臺(tái)設(shè)備時(shí)，應(yīng)有效防護(hù)自身，并攜帶絕緣繩，將絕緣繩安裝在施工桿上的適當(dāng)位置，通過(guò)絕緣繩將平臺(tái)提升到適當(dāng)位置，同時(shí)固定上、下齒輪箍。

5.2.3 平臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)

通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)升降操作系統(tǒng)，控制保溫平臺(tái)沿水泥棒體上下升降旋轉(zhuǎn)，在帶電區(qū)域附近進(jìn)行帶電操作。

6 結(jié)語(yǔ)

由此可見，為了平臺(tái)運(yùn)輸便利，本文通過(guò)針對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作特點(diǎn)詳細(xì)分析，結(jié)合平臺(tái)操作便利，使用不受地形影響等優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步探索該平臺(tái)在配電線路帶電作業(yè)環(huán)節(jié)上所起到的實(shí)際作用，使配網(wǎng)帶電作業(yè)能夠得到更大的推廣和普及。