CN104999450B - 移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统及方法，其特征是，包括：水冲洗系统和辅冲机器人，所述水冲洗系统包括纯水制备系统和高压喷射系统；所述纯水制备系统与高压喷射系统连接，高压喷射系统与辅冲机器人通过高压管路连接；辅冲机器人系统包括：车体行走机构、垂直升降机构、水枪冲洗机构、动力总成和电气控制系统；本发明有益效果：该装置利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平，对我国变电站水冲洗作业方式产生积极的变革作用。

Description

移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统及方法

技术领域

本发明涉及变电站带电水冲洗机器人领域，尤其涉及一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统及方法。

背景技术

变电站绝缘子长时间暴露在外界环境中，表面易沉积污垢，这些污垢受恶劣天气侵害容易发生污闪事故。绝缘子带电水冲洗作业可以提高供电的可靠性，减少停电损失，保证变电站及输电线路的安全。在现阶段的变电站绝缘子冲洗作业主要存在以下缺点：

1、冲洗方式大多是由清洗技术人员手持冲洗设备进入现场进行作业，人工冲洗不仅依赖于天气情况，还需要清洗人员具备较高技术水平及熟练的操作流程，对绝缘子进行带电水冲洗时需要高规格的安全防护，以避免短路电流造成的安全事故，引发人员伤亡，这类作业方式存在安全隐患；

2、人工作业面临着劳动强度大，效率低，自动化水平低等诸多问题；带电水冲洗技术要求较高，受环境、积污情况、设备爬距、设备布置方式等多种因素影响，人工冲洗时容易发生设备闪络；

3、考虑到带电水冲洗作业受到冲洗角度、水压等多方面的影响，人工作业有时不能把设备外绝缘表面的污秽物完全冲走。对于变电站设备比较集中的区域，大型冲洗设备无法穿过设备进入受污染区域进行冲洗，而人工冲洗作业又存在上述诸多弊端，给绝缘子的清洗带来了更大的困难。

4、现有的水冲洗设备自动化程度不高、效率低、能耗大、存在着很大的安全隐患。且现有水冲洗设备不具备纯水制备功能，需要配套专门的纯水制备装置，设备占地面大，在场地空间较小的环境下，不能够实现灵活的控制；或者纯水制备能力较差，导致冲洗作业时存在安全隐患。

另外，在水冲洗过程中，水的纯度与压力是两个关键的指标。特别是纯水的电导率，是影响带电水冲洗的最重要因素，若电导率不达标将对设备及人身安全造成重大伤害。因此利用更安全和效率更高的机器人代替人工对变电站绝缘子进行水冲洗作业是非常有必要的，是符合时代发展要求的。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供了一种可通过无线远程遥控作业，冲洗效率高，安全性强的移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，包括：水冲洗系统、辅冲机器人和电气控制系统，所述水冲洗系统包括纯水制备系统和高压喷射系统；所述纯水制备系统与高压喷射系统连接，高压喷射系统与辅冲机器人通过高压管路连接；

所述辅助冲洗机器人包括车体移动机构、垂直升降机构和水枪冲洗机构；辅助冲洗机器人的垂直升降机构与车体移动机构连接，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，垂直升降机构通过多级伸缩臂与水枪冲洗机构连接；所述电气控制系统用于实现对水冲洗系统和辅冲机器人的控制。

所述车体行走机构为履带式移动底盘结构；所述动力总成采用柴油机提供动力，设置在机器人壳体内；所述垂直升降机构设置在车体行走机构的前端，设有两级伸缩臂，所述两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱与水枪冲洗机构连接；所述电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合，实现对机器人车体行走机构、垂直升降机构以及水枪冲洗机构的控制。

所述车体行走机构包括：履带式移动底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带和张紧缓冲装置；左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带式移动底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达连接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架连接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，所述履带式移动底盘后端的两侧分别设有液压油箱和柴油箱。

所述垂直升降机构包括：两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱和车载控制器，所述垂直伸缩臂的下端固定在车体行走机构的固定板上，垂直伸缩臂的上端通过顶板与若干绝缘支柱连接；所述车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，所述风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。

所述水枪冲洗机构包括：云台、电控箱、可调式水枪支架、水枪、摄像机和激光测距仪；

所述电控箱设置在绝缘支柱的上方，并固定在绝缘支柱上；所述云台固定在电控箱上；所述可调式水枪支架铰连接在云台上方，可调式水枪支架上分别连接有水枪、摄像机和激光测距仪。

所述纯水制备系统包括：活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级高压泵，一级反渗透膜组，中间水箱，二级高压泵，二级反渗透膜组和纯水箱；

所述活性炭、石英砂过滤器的一侧与自来水管相连，另一侧通过管道与保安过滤器连接，所述保安过滤器通过管道与一级高压水泵、一级反渗透膜组、中间水箱、二级高压水泵、二级反渗透膜组和纯水箱依次连接，所述性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级反渗透膜组和二级反渗透膜组共同组成纯水制备系统四级过滤工序，在所述每一级过滤工序的管路上分别设有压力表和流量计。

所述高压喷射系统包括：高压水泵、电磁离合器、动力传送装置、备用泵和出水管；所述电磁离合器一端与移动底盘自带的取力器连接，电磁离合器的另一端通过动力传送装置分别与高压水泵和备用泵连接，所述备用泵设置在与高压水泵相对的一侧，高压水泵的输出端连接出水管；在所述高压水泵的输出端安装有压力检测装置，在所述出水管的末端设置水电阻率检测装置；

所述备用泵与高压泵属于并联关系，正常工作状况下，只开启高压泵；当高纯水压力小于规定工作压力时，自动启动备用泵。

所述高压喷射系统还包括电控系统，所述压力检测装置和水电阻率检测装置均与电控系统相连；当纯水压力或者电阻率不符合使用要求时，电控系统控制高压泵停止工作并报警。

一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统的方法，包括：

水冲洗辅冲机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，电气控制系统控制开启纯水制备系统制备纯水存储至纯水箱，高压喷射系统将纯水箱的纯水通过卷管器的管路输送至水冲洗辅冲机器人；从卷管器出来的高压水，与辅冲机器人高压进水管通过快换接头直接对接；

水冲洗辅冲机器人通过调节云台控制水枪在水平及俯仰两个方向运动，安装在水冲洗辅冲机器人水枪架上的摄像机实时观察绝缘子水冲洗作业情况，并通过激光测距仪实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子之间的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，实时控制水枪的位姿以及机器人本体的移动方向，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。

本发明的有益效果：

1、根据变电站水冲洗作业的需要，设计一种移动自供水式新型变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，主体由纯水制备系统和辅冲机器人系统组成，辅冲机器人可通过遥控装置进行远程无线遥控，辅冲机器人本体与遥控装置之间全部通过无线信号进行信号传递，使冲洗作业人员远离高压电场，保障了作业人员的安全。

2、纯水制备系统采用先进的RO反渗透膜技术，其纯水制备速度快、水电率高。可移动地与辅冲机器人连接，能够随时为辅冲机器人提供纯水水源，提高了制水量，通过采用与发动机相匹配的大功率水泵，提高了系统的流量，可实现对水冲洗机器人的不间断供水，满足了变电站水冲洗现场作业要求，保障了作业人员的安全。

3、该装置利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平，对我国变电站水冲洗作业方式产生积极的变革作用。

附图说明

图1为本发明辅冲机器人结构示意图；

图2为本发明水冲洗系统结构示意图；

图3为本发明水冲洗系统主视图；

图4为本发明水冲洗系统俯视图；

图5为本发明纯水制备系统结构示意图；

图6为本发明高压喷射系统结构示意图。

其中，1.移动底盘，2.水电阻率检测表，3.压力检测装置，4.高压水泵，5.纯水箱，6.电磁离合器，7.皮带轮Ⅰ，8.皮带轮Ⅱ，9.卷管器，10.备用水泵，11.皮带，12.电控系统压力表，13.二级反渗透膜组，14.活性炭、石英砂过滤器，15.电控系统电压表，16.电控系统电流表，17.中间水箱，18.一级反渗透膜组，19.高压喷射系统流量表，20.电磁开关，21.二级高压水泵，22.一级高压水泵，23.保安过滤器，24.电控系统流量表，25.皮带轮Ⅲ；

2-1.摄像机，2-2.水枪，2-3.电控箱，2-4.风琴箱护罩，2-5.垂直升降机构，2-6.车载控制器，2-7.底盘，2-8.车体行走机构，2-9.液压油箱，2-10.显示面板，2-11.动力总成，2-12.柴油箱，2-13.绝缘支柱，2-14.进水管，2-15.云台，2-16.可调式水枪支架，2-17.激光测距仪，2-18.机器人外壳。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，包括水冲洗系统和辅冲机器人，水冲洗系统包括纯水制备系统和高压喷射系统；纯水制备系统与高压喷射系统连接，高压喷射系统与辅冲机器人通过高压管路连接；从卷管器出来的高压水，与辅冲机器人高压进水管通过快换接头直接对接。

辅冲机器人结构示意图如图1所示，辅冲机器人系统包括车体行走机构2-8、动力总成2-11、垂直升降机构2-5、水枪冲洗机构、电气控制系统等组成；其中，车体行走机构2-8为履带式移动底盘结构，动力总成2-11采用柴油机提供动力，安装于移动底盘上，垂直升降机构2-5连接在车体移动机构前端，垂直升降机构2-5安装有两级伸缩臂，两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱2-13与水枪冲洗机构的工作云台2-15相连；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合，通过无线方式远程完成对机器人垂直升降机构及水枪冲洗机构的控制。

车体行走机构包括：履带式移动底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带和张紧缓冲装置；左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带式移动底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达连接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架连接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，所述履带式移动底盘后端的两侧分别设有液压油箱2-9和柴油箱2-12。

动力总成2-11采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

垂直升降机构2-5包括两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩2-4、绝缘支柱2-3及车载控制器2-6组成，垂直伸缩臂铰连接与车体移动机构固定板上，绝缘支柱2-13安装于垂直伸缩臂上端，车载控制器2-6固定在垂直伸缩臂固定板上，风琴箱护罩4将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱2-13及车载控制器2-6包围其中。

水枪冲洗机构包括云台2-15、电控箱2-3、可调式水枪支架2-16等组成；电控箱2-3安装于绝缘支柱2-13上，提供云台2-15、摄像机2-1所需电源；云台2-15实现水枪水平及俯仰两个方向运动；可调式水枪支架2-16铰连接在云台上方，可调式水枪支架上连接有水枪2-2、摄像机2-1、激光测距仪2-17。可调式水枪支架2-16上通过螺栓安装有跟踪摄像机2-1，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，跟踪摄像机正下方装有激光测距仪2-17，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

如图2-6所示，水冲洗系统包括纯水制备系统和高压喷射系统，纯水制备装置主要由包括移动底盘1、活性炭、石英砂过滤器14，保安过滤器23，一级高压水泵22，一级反渗透膜组18，中间水箱17，二级高压水泵21，二级反渗透膜组13，纯水箱5组成。活性炭、石英砂过滤器14的一侧与自来水管相连。另一侧通过管道与保安过滤器23相连。保安过滤器23另一侧通过管道与一级高压水泵22相连。一级高压水泵22的另一侧通过管道与一级反渗透膜组18相连。一级反渗透膜组18的另一侧通过管道与中间水箱17相连。中间水箱17的另一侧通过管道与二级高压水泵21相连。二级高压泵21的另一侧通过管道与二级反渗透膜组13相连。二级反渗透膜组13的另一侧通过管道与纯水箱5相连，具体如图4所示。本装置所需水源为普通自来水水源，经过所述纯水制备装置过滤后，可达到电力设备带电水冲洗导则所要求的水电阻率要求。所述的每一道过滤工序上都装有压力表和流量计，以确保水的压力和流量能在合理范围内。

反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水)通过反渗透膜(一种半透膜)而分离出来，方向与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。利用反渗透技术可以有效的去除水中的溶解盐、胶体，细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围，无需化学品即可有效脱除水中杂质，从而得到高纯水。本发明通过活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级高压泵，一级反渗透膜组，中间水箱，二级高压泵，二级反渗透膜组逐级过滤，得到符合变电站带电水冲洗作业要求的高纯水。

高压喷射系统由高压水泵4、电磁离合器6、皮带轮Ⅰ7、皮带轮Ⅱ8、皮带轮Ⅲ25、备用水泵10、卷管器9、压力检测装置3、高压喷射系统流量表19以及水电阻率检测表2等组成。所述高压水泵4的动力源自汽车底盘1自带的电磁离合器6，经由电磁离合器6输出动力，以满足高压喷射系统的不定时工作要求。所述皮带轮Ⅰ7安装在电磁离合器6的输出轴、皮带轮Ⅱ8安装在高压水泵4的输入端、皮带轮Ⅲ25安装在备用泵10的输入端；所述皮带轮Ⅰ7和皮带轮Ⅱ8、皮带轮Ⅰ7和皮带轮Ⅲ25之间均通过皮带11传输动力。

备用水泵10安装于移动底盘1的另一侧，其主要用途为防止高压水泵出现故障或压力不足时为系统提供足够动力。压力检测装置3安装在高压水泵4的输出端，用于检测高压泵纯水输出压力。水电阻率检测表2用于检测纯水经高压泵加压后的水电阻率。所述压力表和水电阻率检测表均与电控系统相连，当纯水压力和电阻率不符合使用要求时，高压水泵4会停止工作并报警。高压喷射系统还装有手动油门控制器，与柴油机油门相连，可以手动调节油门开关大小，从而实现高压水泵出口压力的调节。

电控系统配有急停按钮、启动按钮、一级高压泵启停按钮、二级高压泵启停按钮和电压表、电流表等装置，以便观察各装置的运行情况。并安装有电控系统电压表15，电控系统电流表16，以及检测每一级过滤后水的电控系统流量表24和压力表。

纯水制备装置有手动和自动两种控制模式；在手动模式运行时，首先旋开手动按钮，手动灯点亮，手动模式下分四路控制：增压泵、一级泵、冲洗阀、二级泵分别旋开按钮后，设备手动运行，停止时再旋回按钮，设备停止工作。在自动模式运行时，旋开自动按钮，设备通过自动面板控制运行，关闭时旋回按钮，设备自动停止工作。

在自动模式下，设备有原水缺水保护、一二级高压泵缺水保护、压力过高保护和纯水水罐满水停机四项自动保护功能。

在自动模式下，为了将在工作中遗留在反渗透膜内的大分子物质冲洗掉，反渗透膜会根据程序自动清洗。

水冲洗辅冲机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，电气控制系统控制开启纯水制备系统制备纯水存储至纯水箱5，高压喷射系统将纯水箱5的纯水通过卷管器9的管路输送至水冲洗辅冲机器人；从卷管器9出来的高压水，与辅冲机器人高压进水管通过快换接头直接对接；

水冲洗辅冲机器人通过调节云台2-15控制水枪2-2在水平及俯仰两个方向运动，安装在水冲洗辅冲机器人可调式水枪支架2-16上的摄像机实时观察绝缘子水冲洗作业情况，并通过激光测距仪实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子之间的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，实时控制水枪的位姿以及机器人本体的移动方向，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。

上述虽然结合附图对本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 (8)

1.一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，包括：水冲洗系统、辅冲机器人和电气控制系统，所述水冲洗系统包括纯水制备系统和高压喷射系统；所述纯水制备系统与高压喷射系统连接，高压喷射系统与辅冲机器人通过高压管路连接；所述辅冲机器人包括水枪冲洗机构，所述电气控制系统用于实现对水冲洗系统和辅冲机器人的控制；其特征是，

所述辅冲机器人还包括车体移动机构和垂直升降机构；所述辅冲机器人的垂直升降机构与车体移动机构连接，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，垂直升降机构通过多级伸缩臂与水枪冲洗机构连接；

所述水枪冲洗机构包括：云台、电控箱、可调式水枪支架、水枪、摄像机和激光测距仪；

所述电控箱设置在绝缘支柱的上方，并固定在绝缘支柱上；所述云台固定在电控箱上；所述可调式水枪支架铰连接在云台上方，可调式水枪支架上分别连接有水枪、摄像机和激光测距仪；

所述高压喷射系统包括：高压水泵、电磁离合器、动力传送装置、备用泵和出水管；所述电磁离合器一端与移动底盘自带的取力器连接，电磁离合器的另一端通过动力传送装置分别与高压水泵和备用泵连接，所述备用泵设置在与高压水泵相对的一侧，高压水泵的输出端连接出水管；在所述高压水泵的输出端安装有压力检测装置，在所述出水管的末端设置水电阻率检测装置。

2.如权利要求1所述的一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，其特征是，所述辅冲机器人还包括动力总成，设置在机器人壳体内，所述动力总成采用柴油机提供动力；所述车体移动机构为履带式移动底盘结构；所述垂直升降机构设置在车体行走机构的前端，设有两级伸缩臂，所述两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱与水枪冲洗机构连接；所述电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合，实现对机器人车体移动机构、垂直升降机构以及水枪冲洗机构的控制。

3.如权利要求1所述的一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，其特征是，所述车体移动机构包括：履带式移动底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带和张紧缓冲装置；左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带式移动底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达连接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带式移动底盘支架连接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，所述履带式移动底盘后端的两侧分别设有液压油箱和柴油箱。

4.如权利要求1所述的一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，其特征是，所述垂直升降机构包括：两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱和车载控制器，所述垂直伸缩臂的下端固定在车体行走机构的固定板上，垂直伸缩臂的上端通过顶板与若干绝缘支柱连接；所述车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，所述风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。

5.如权利要求1所述的一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，其特征是，所述纯水制备系统包括：活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级高压泵，一级反渗透膜组，中间水箱，二级高压泵，二级反渗透膜组和纯水箱；

所述活性炭、石英砂过滤器的一侧与自来水管相连，另一侧通过管道与保安过滤器连接，所述保安过滤器通过管道与一级高压水泵、一级反渗透膜组、中间水箱、二级高压水泵、二级反渗透膜组和纯水箱依次连接，所述活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级反渗透膜组和二级反渗透膜组共同组成纯水制备系统四级过滤工序，在所述四级过滤工序中的每一级过滤工序的管路上分别设有压力表和流量计。

6.如权利要求1所述的一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，其特征是，所述备用泵与高压泵属于并联关系，正常工作状况下，只开启高压泵；当高纯水压力小于规定工作压力时，自动启动备用泵。

7.如权利要求1所述的一种移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统，其特征是，所述高压喷射系统还包括电控系统，所述压力检测装置和水电阻率检测装置均与电控系统相连；当纯水压力或者电阻率不符合使用要求时，电控系统控制高压泵停止工作并报警。

8.一种如权利要求1所述的移动自供水式变电站带电水冲洗辅冲机器人系统的方法，其特征是，包括：

水冲洗辅冲机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，电气控制系统控制开启纯水制备系统制备纯水存储至纯水箱，高压喷射系统将纯水箱的纯水通过卷管器的管路输送至水冲洗辅冲机器人；从卷管器出来的高压水，与辅冲机器人高压进水管通过快换接头直接对接；

水冲洗辅冲机器人通过调节云台控制水枪在水平及俯仰两个方向运动，安装在水冲洗辅冲机器人水枪架上的摄像机实时观察绝缘子水冲洗作业情况，并通过激光测距仪实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子之间的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，实时控制水枪的位姿以及机器人本体的移动方向，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。