CN103111996B - 变电站带电作业机器人绝缘防护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变电站带电作业机器人绝缘防护系统，以提高作业人员的操作安全性能。它包括工作机和遥控指挥车；工作机上设有回转平台，回转平台上设有多节绝缘臂，在各节绝缘臂上设有相应的液压驱动机构，最前端的绝缘臂与机器人绝缘作业平台连接，该平台设有进行操作的机械手爪装置，两者上还设有设备及线路相间绝缘装置；机械手爪装置的液压伺服驱动控制箱设有系统配套布置绝缘装置；遥控指挥车与控制装置无线通信，控制装置控制工作机的行走，并通过液压驱动机构控制各绝缘臂的动作，控制装置还通过伺服控制元件控制机械手爪装置的动作；遮蔽工具绝缘防护装置设置在绝缘臂操作区附近可能在作业中碰到的线路或设备上。
Description
技术领域
本发明涉及一种带电作业绝缘防护系统，尤其涉及220kV作业环境需要的变电站带电作业机器人绝缘防护系统。
背景技术
随着我国经济的快速发展及人民生活的不端提高，保证电网安全稳定运行变得越来越重要。但由于电网大范围互联、电力市场化、大量分布式电源接入等，也给电力系统的可靠性带来了新的挑战。特别是，近年来发生的冰雪、地震等严重自然灾害，更是对电网形成了严峻的考验，因此，如何构建电力系统安全防御框架、应对各种挑战，如何有效避免或减小各种自然灾害对电力系统安全稳定运行的影响，成为亟待解决的问题。
变电站设备由于置身户外，弥漫于空气中的工业污秽和自然污秽易沉积在设备表面形成污秽层，这些污秽物受雾、小雨等侵害，极易引发污闪事故。操作人员手工带电完成设备套管清扫与清洗、设备RTV防污闪材料的喷涂、互感器瓷柱清扫等带电作业等工作，劳动强度极大，效率低，自动化水平低。人工带电作业有其困难与局限性，因此利用具有更强的安全性和适应性的高压带电作业机器人代替人工进行高危环境带电作业是非常必要，是符合电力发展要求的。
由于变电站设备处于高压电磁场环境内，不管是人工手动作业还是机器人作业，只要是进行带电作业，绝缘安全防护都是非常严格，稍不注意就会出现短路电流，造成机毁人亡的重大安全事故。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述现有技术不足，解决现有变电站人工带电作业劳动强度大、作业效率及自动化水平低，绝缘防护差等问题，提供一种新型变电站带电作业机器人绝缘防护系统，以提高作业人员的操作安全性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种变电站带电作业机器人绝缘防护系统，它包括工作机和与之配合的、并与高压设备电场完全隔离的遥控指挥车；在工作机上设有回转平台，回转平台上设有升降用的多节绝缘臂，各绝缘臂作为对地绝缘装置，在各节绝缘臂上设有相应的液压驱动机构，最前端的绝缘臂与机器人绝缘作业平台连接；机器人绝缘作业平台设有进行操作的机械手爪装置，两者上还设有设备及线路相间绝缘装置；机械手爪装置的液压伺服驱动控制箱设有防止电磁干扰的系统配套布置绝缘装置；遥控指挥车作为人身绝缘安全装置，与工作机上的控制装置无线通信，控制装置控制工作机的行走，并通过液压驱动机构控制各绝缘臂的动作，控制装置还通过伺服控制元件控制机械手爪装置的动作；遮蔽工具绝缘防护装置设置在绝缘臂操作区附近可能在作业中碰到的线路或设备上；对地绝缘装置、人身绝缘安全装置、设备及线路相间绝缘装置作为主体绝缘部分，遮蔽工具绝缘防护装置、系统配套布置绝缘装置作为辅助绝缘部分。
所述绝缘臂采用三节臂，分别为大臂、连接臂、前臂；其中大臂铰接到回转平台上，连接臂铰接于大臂上，前臂铰接于连接臂上，机器人绝缘作业平台铰接到前臂上；大臂的驱动油缸、连接臂的驱动油缸、前臂的驱动油缸以及平衡油缸分别铰接于大臂、连接臂、前臂和机器人绝缘作业平台上，各油缸由控制装置控制并采用绝缘油缸。
所述遥控指挥车设有绝缘外壳，操作者处于驾驶室中，在驾驶室设有操控主手和控制手柄以及图像显示屏；操控主手和控制手柄通过无线通信方式控制工作机的控制装置和机械手爪装置的伺服控制元件。
所述机械手爪装置包括硬铝合金制造的机械臂，机械臂前端为手爪，机械臂进行多个自由度运动；在手爪后端安装立体摄像机；液压伺服驱动控制箱置于机械臂本体腰部回转部位，通过支承绝缘子安装于机器人绝缘作业平台底架上面，机械臂本体采用与机械臂尺寸相符的橡胶绝缘护套，防止作业过程中发生相间短路；机器人绝缘作业平台前端安装跟踪摄像机，机器人绝缘作业平台为钢结构焊接而成，钢型材裸露表面均用环氧玻璃布缠绕，底架采用环氧绝缘板外包，防止平台作业时接触两相高压导线造成短路。
所述遮蔽工具绝缘防护装置为绝缘毯和/或遮蔽罩。
所述系统配套布置绝缘装置是为防止高压磁场对元器件电磁干扰，所有辅助配套设备都采用电磁屏蔽效果良好的铝合金材料作屏蔽体，置于液压伺服驱动控制箱内的伺服控制元件（包括主控电源、主手电源的开关、充电接头、低电压显示、亏电显示等）和总线控制装置内的各元器件合理布局，均采用导电衬垫进行密封，并对屏蔽体进行良好的接地。
所述工作机还设有液压支腿。
所述变电站带电作业机器人的工作机与遥控指挥车通讯全部通过无线进行信号传递，保证了作业人员与高压电场完全隔离。其中机械手抓装置由液压伺服驱动控制箱进行控制，工作机移动及升降机构、高空摄像机、带电作业工具由总线控制装置进行控制。操作者位于远程遥控指挥车驾驶室内，作为主控方通过遥控指挥车控制手柄控制指挥车前进、后退、转向等运动，又可通过工作机控制手柄远程无线遥控进行工作机移动及升降机构、视频监控、带电作业工具等从控方的控制，并通过图像显示屏实时观察工作机上机械手爪姿态，操控主手远程无线遥控机械手爪装置夹持专用设备或工具完成变电站带电作业任务。
本发明的有益效果：
1、根据220kV带电作业工艺和作业环境需要，设计一种新型变电站带电作业机器人绝缘防护系统，主要包括主体绝缘和辅助绝缘两部分。主体绝缘主要由变电站带电作业机器人对地绝缘、操作人员的人身绝缘安全、设备及线路相间绝缘组成；辅助绝缘主要由遮蔽工具绝缘防护和系统配套设备布置绝缘组成。
2、从操作人员作业安全角度考虑，采用多级立体组合绝缘策略实现系统的绝缘防护，利用机器人代替人工完成变电站带电作业任务。在安全区域内，操作者坐在驾驶室内，通过图像显示屏实时观察机械臂作业姿态，采用主从控制式操控主手远程无线遥控机械臂夹持专用工具接触高压设备或线路带电作业，避免直接接触高压设备，极大提高了操作人员带电作业安全性能。
附图说明
图1为本发明变电站带电作业机器人绝缘系统结构示意图；
图2为遥控指挥车的结构示意图；
图3为本发明变电站带电作业机器人无线通信示意图。
图1中，1、履带式行走机构；2、液压支腿；3、内燃机；4、状态显示屏；5、回转平台；6、大臂的驱动油缸；7、大臂；8、连接臂的驱动油缸；9、连接臂；10、前臂的驱动油缸；11、前臂；12、平衡油缸；13、机械臂；14、绝缘护套；15、立体摄像机；16、液压伺服驱动控制箱；17、支承绝缘子；18、跟踪摄像机；19、机器人绝缘作业平台；20、遥控指挥车；21、绝缘外壳；22、驾驶室；23、操作者；24、操控主手，25、控制手柄；26、图像显示屏。
具体实施方式
下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。
结合图1、图2，一种变电站带电作业机器人绝缘防护系统，主要包括主体绝缘和辅助绝缘两部分。主体绝缘主要由变电站带电作业机器人对地绝缘装置、操作人员的人身绝缘安全装置、设备及线路相间绝缘装置组成；辅助绝缘主要由遮蔽工具绝缘防护装置和系统配套设备布置绝缘装置组成。在抗电磁干扰上，采用有效的电磁兼容技术，增加机器人系统抗电磁干扰的能力。在安全区域内，操作者23坐在驾驶室22内，利用图像显示屏26实时观察机械臂13作业姿态，通过无线进行信号传递，采用主从控制式操控主手24远程遥控机械臂13夹持专用工具接触高压设备或线路带电作业，避免直接接触高压设备，极大提高了操作人员带电作业安全性能。
变电站带电作业机器人对地绝缘装置，主要借助三节绝缘臂作为升降机构，确保机器人系统对地绝缘。三节绝缘臂安装于回转平台5上，回转平台5内设有内燃机，下面设有履带式行走结构1，在履带式行走结构1左右各有两对液压支腿2，回转平台5由大臂7、连接臂9、前臂11等绝缘臂组成；各节绝缘臂前后相连铰链连接，大臂7铰接到回转平台5支架上，连接臂9铰接于大臂7上，前臂11铰接于连接臂9上，机器人绝缘作业平台19铰接到前臂11上；各节绝缘臂对应的驱动油缸均采用绝缘油缸，其中大臂的驱动油缸6、连接臂的驱动油缸8、前臂的驱动油缸10、平衡油缸12分别铰接于大臂7、连接臂9、前臂11和机器人绝缘作业平台19上。在回转平台上还设有状态显示屏4，用于伺服阀、关节限位、油位、油压、电源等状态指示。
操作人员的人身绝缘安全装置，主要采用远程遥控指挥车20远程遥控完成作业，与高压设备电场完全隔离。操控主手24安装在远程遥控指挥车20控制工作台上操作机械臂运动。操控主手24与机械臂13是同构的，采用液压伺服驱动，机械臂13可以完全跟随操控主手24来运动。遥控指挥车20设有绝缘外壳21。在安全区域内，操作者23坐在驾驶室22内，通过图像显示屏26实时观察机械臂13作业姿态，采用主从控制式操控主手24远程遥控机械臂13夹持专用工具完成各种带电作业。这样，操作者23与高压设备电场完全隔离，最大限度的保证操作者23人身安全和带电设备可靠运行，从而极大提高了带电作业安全性。
设备及线路相间绝缘装置，主要包括机械臂13的绝缘护套14和机器人绝缘作业平台19。机械臂13采用硬铝合金制造，具有腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰的运动、腕部俯仰、腕部摇摆、腕部旋转和平行手爪的等七个自由度运动，机械臂手爪后端安装立体摄像机15，机械臂13夹持专用工具完成变电站带电作业任务，液压伺服驱动控制箱16置于机械臂本体腰部回转部位，通过支承绝缘子17安装于机器人绝缘作业平台19底架上面，机械臂13采用与机械臂尺寸相符专用橡胶绝缘护套14，起到机械臂13遮蔽或隔离的保护作用，防止发生相间短路；机器人绝缘作业平台19前端安装跟踪摄像机18，用于实时观察机械臂手爪夹持工具作业情况，机器人绝缘作业平台19为钢结构焊接而成，钢型材裸露表面均用环氧玻璃布缠绕，底架采用环氧绝缘板外包，防止平台作业时接触两相高压导线造成短路。
遮蔽工具绝缘防护装置，主要采用绝缘毯和遮蔽罩。机器人作业前，需要遥控机械臂13将绝缘毯和/或遮蔽罩覆盖在可能作业过程中碰到的设备或线路上，形成相间后备防护，防止机械臂偶然触及两相或接地造成短路。
系统配套布置绝缘装置是为防止高压磁场对元器件电磁干扰，所有辅助配套设备都采用电磁屏蔽效果良好的铝合金材料作屏蔽体，置于液压伺服驱动控制箱内的伺服控制元件（包括主控电源、主手电源的开关、充电接头、低电压显示、亏电显示等）和总线控制装置内的各元器件合理布局，均采用导电衬垫进行密封，并对屏蔽体进行良好的接地。
变电站带电作业机器人的工作机与遥控指挥车通讯全部通过无线进行信号传递，保证了作业人员与高压电场完全隔离。其中机械手抓装置由液压伺服驱动控制箱进行控制，工作机移动及升降机构、高空摄像机、带电作业工具由总线控制装置进行控制。操作者23位于远程遥控指挥车驾驶室内，作为主控方通过遥控指挥车控制手柄25控制指挥车前进、后退、转向等运动，又可通过工作机控制手柄25远程无线遥控进行工作机移动及升降机构、视频监控、带电作业工具等从控方的控制，并通过图像显示屏实时观察工作机上机械手爪姿态，操控主手远程无线遥控机械手爪装置夹持专用设备或工具完成变电站带电作业任务。
上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种变电站带电作业机器人绝缘防护系统，其特征是，它包括工作机和与之配合的、并与高压设备电场完全隔离的遥控指挥车；在工作机上设有回转平台，回转平台上设有升降用的多节绝缘臂，各绝缘臂作为对地绝缘装置，在各节绝缘臂上设有相应的液压驱动机构，最前端的绝缘臂与机器人绝缘作业平台连接；机器人绝缘作业平台设有进行操作的机械手爪装置，两者上还设有设备及线路相间绝缘装置；机械手爪装置的液压伺服驱动控制箱设有防止电磁干扰的系统配套布置绝缘装置；遥控指挥车作为人身绝缘安全装置，与工作机上的控制装置无线通信，控制装置控制工作机的行走，并通过液压驱动机构控制各绝缘臂的动作，控制装置还通过伺服控制元件控制机械手爪装置的动作；遮蔽工具绝缘防护装置设置在绝缘臂操作区附近可能在作业中碰到的线路或设备上；对地绝缘装置、人身绝缘安全装置、设备及线路相间绝缘装置作为主体绝缘部分，遮蔽工具绝缘防护装置、系统配套布置绝缘装置作为辅助绝缘部分；
所述遥控指挥车设有绝缘外壳，操作者处于驾驶室中，在驾驶室设有操控主手和控制手柄以及图像显示屏；操控主手和控制手柄通过无线通信方式与工作机的控制装置和机械手爪装置的伺服控制元件通信；
所述工作机还设有液压支腿。
2.如权利要求1所述的变电站带电作业机器人绝缘防护系统，其特征是，所述绝缘臂采用三节臂，分别为大臂、连接臂、前臂；其中大臂铰接到回转平台上，连接臂铰接于大臂上，前臂铰接于连接臂上，机器人绝缘作业平台铰接到前臂上；大臂的驱动油缸、连接臂的驱动油缸、前臂的驱动油缸以及平衡油缸分别铰接于大臂、连接臂、前臂和机器人绝缘作业平台上，各油缸由控制装置控制并采用绝缘油缸。
3.如权利要求1所述的变电站带电作业机器人绝缘防护系统，其特征是，所述机械手爪装置包括硬铝合金制造的机械臂，机械臂前端为手爪，机械臂进行七个自由度运动；在手爪后端安装立体摄像机；液压伺服驱动控制箱置于机械臂本体腰部回转部位，通过支承绝缘子安装于机器人绝缘作业平台底架上面，机械臂本体采用与机械臂尺寸相符的橡胶绝缘护套，防止发生相间短路；机器人绝缘作业平台前端安装跟踪摄像机，机器人绝缘作业平台为钢结构焊接而成，钢型材裸露表面均用环氧玻璃布缠绕，底架采用环氧绝缘板外包，防止平台作业时接触两相高压导线造成短路。
4.如权利要求1所述的变电站带电作业机器人绝缘防护系统，其特征是，所述遮蔽工具绝缘防护装置为绝缘毯和/或遮蔽罩。
5.如权利要求1所述的变电站带电作业机器人绝缘防护系统，其特征是，所述系统配套布置绝缘装置是为防止高压磁场对元器件电磁干扰，所有辅助配套设备都采用电磁屏蔽效果良好的铝合金材料作屏蔽体，置于液压伺服驱动控制箱内的伺服控制元件和控制装置内的各元器件合理布局，均采用导电衬垫进行密封，并对屏蔽体进行良好的接地。
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Legal Events
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
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Application publication date: 20130522 Assignee: National Network Intelligent Technology Co., Ltd. Assignor: Electric Power Research Institute of State Grid Shandong Electric Power Company Contract record no.: X2019370000006 Denomination of invention: Converting station hot-line work robot insulation protection system Granted publication date: 20150422 License type: Exclusive License Record date: 20191014 |
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Effective date of registration: 20201027 Address after: 250101 Electric Power Intelligent Robot Production Project 101 in Jinan City, Shandong Province, South of Feiyue Avenue and East of No. 26 Road (ICT Industrial Park) Patentee after: National Network Intelligent Technology Co.,Ltd. Address before: 250002, No. 1, South Second Ring Road, Shizhong District, Shandong, Ji'nan Patentee before: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Patentee before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
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Assignee: National Network Intelligent Technology Co.,Ltd. Assignor: ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE OF STATE GRID SHANDONG ELECTRIC POWER Co. Contract record no.: X2019370000006 Date of cancellation: 20210324 |