一种用于金属氧化物避雷器更换方法
本申请是申请号为:201611155219.4 ,发明创造名称为《一种带电作业机器人金属氧化物避雷器更换方法》,申请日为:2016年12月14日的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于电力技术领域,具体涉及一种用于带电作业机器人金属氧化物避雷器更换方法。
背景技术
金属氧化物避雷器在当今电力系统输配电线路中广泛使用,成为电力系统中过电压防护的主要设备。
随着配电网的长期运行,金属氧化物避雷器可能出现螺母松动,瓷套破裂,橡胶圈老化种种问题,需要更换。通常做法是停电更换,若停电面积较大,会造成无法估量的损失,严重影响供电企业的经济效益和社会效益。现在广大研究人员也在积极研究带电作业更换金属氧化物避雷器的方法。但是人工的更换和维护,作业人员将在高压带电线路附近作业,具有一定的安全隐患。
配电线路中带电作业更换金属氧化物避雷器主要采用绝缘手套作业法,绝缘手套作业法中作业人员穿戴全套绝缘防护用具,通过绝缘手套进行带电作业。还需要对人体可能触及到的带电体和接地体进行绝缘遮蔽。更换过程中往往产生电弧,极易对作业人员造成灼伤;在更换过程中需要对上下引线进行拆接,也会有触电的危险;作业人员在绝缘斗臂车上的绝缘斗上作业,有高处坠落的风险;在作业过程中,可能会由于人为操作的失误,客观上相间引线间距小,可能造成相间短路事件,给人民财产,人身安全造成威胁。
发明内容
本发明解决的技术问题是,提出一种用于金属氧化物避雷器更换方法,该方法能够在不断电、不带负荷的情况下通过带电作业机器人的机械臂对10kv配电线路中的金属氧化物避雷器进行自动更换,在减少小作业人员所面临的危险的同时,简化了作业步骤,提高了作业效率。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种用于金属氧化物避雷器更换方法,带电作业机器人具有设置在机器人平台上的机械臂,包括 第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂,第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂响应于控制数据完成以下工作:
第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂端部安装夹持工具,用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽;然后第一机械臂和第二机械臂末端换装螺栓拆装工具;
辅助机械臂夹持引线固定装置移动到横担附近并将引线固定装置的固定孔与横担上固有的固定孔对齐;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定引线固定装置的螺栓,将固定引线固定装置固定在横担上;
辅助机械臂夹持上引线,第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除金属氧化物避雷器上固定上引线的螺栓,然后辅助机械臂将拆卸下来的上引线移动到引线固定装置上端的固定孔附近;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓,将上引线固定在引线固定装置的上端;
辅助机械臂停止夹持上引线,并移动到下引线附近对下引线进行夹持;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除金属氧化物避雷器上固定下引线的螺栓,然后辅助机械臂将拆卸下来的下引线移动到引线固定装置下端的固定孔附近;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓,将下引线固定在引线固定装置的下端;
辅助机械臂停止夹持下引线,并移动到金属氧化物避雷器附近对金属氧化物避雷器进行夹持;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定金属氧化物避雷器和横担的螺栓;螺栓拆除后,辅助机械臂将金属氧化物避雷器移动至机器人平台上放置;
辅助机械臂夹持新的金属氧化物避雷器,将新的金属氧化物避雷器移动至横担附近;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定跌落式熔断器与横担的螺栓,将跌落式熔断器与横担固定;
辅助机械臂停止夹持金属氧化物避雷器,转而夹持固定在引线固定装置上的下引线;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓,将下引线从引线固定装置上拆下来;辅助机械臂将下引线移动至金属氧化物避雷器下端的安装孔附近,第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓,将下引线固定在金属氧化物避雷器下端;
辅助机械臂停止夹持下引线,转而夹持固定在引线固定装置上的上引线;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓,将上引线从引线固定装置上拆下来;辅助机械臂将上引线移动至金属氧化物避雷器上端附近的安装孔,第一机械臂与第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓,将上引线固定在金属氧化物避雷器上端;
辅助机械臂停止夹持上引线,转而夹持引线固定装置;第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置与横担的螺栓,将引线固定装置从横担上拆下来;辅助机械臂将引线固定装置放回机器人平台上专用工具箱;
第一机械臂和第二机械臂换装夹持工具,使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料,撤除绝缘遮蔽材料;
第一机械臂,或者第二机械臂,或者辅助机械臂推动跌落式熔断器的活动模块,从而合上跌落式熔断器。
进一步,所述控制数据为各机械臂关节运动的角度期望值,该角度期望值由带电作业机器人数据处理和控制系统根据设置于绝缘斗臂车内的主操作手各关节角度变化数据解算获得;主操作手包括第一主操作手、第二主操作手和辅助主操作手;第一主操作手、第二主操作手和辅助主操作手分别与第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂对应,构成主从操作关系。
进一步,所述控制数据为各机械臂关节运动的角度期望值;带电作业机器人数据处理和控制系统根据各机械臂与作业对象的相对位置以及作业任务动作序列,使用笛卡尔空间路径规划方法规划出各机械臂的空间路径,然后根据空间路径解算出各机械臂关节运动的角度期望值。
进一步,所述绝缘遮蔽材料为绝缘护套或者环氧玻璃布。
进一步,所述引线固定装置包括本体,设置在本体中间位置的用于与横担固定的固定孔,以及设置在本体上下两端的用于固定上引线和下引线的固定孔。
进一步,所述金属氧化物避雷器放置在移动至机器人平台上的专用工具箱内。
本发明与现有技术相比,其显著优点在于,由于采用带电作业机器人自动更换金属氧化物避雷器,提高了作业效率和准确度,避免人工失误的可能,从一定程度上可以减少事故发生的可能性;很大程度上避免了线路停电带来的负面影响,大幅度减少停电时间,提高供电可靠率;同时减少小作业人员所面临的危险,无需考虑电弧产生时对人体的灼伤以及触电危险、高空坠落等问题,大大提高了作业过程中的安全性。
附图说明
图1为本发明带电作业机器人整体结构示意图;
图2为本发明中机器人平台的结构示意图;
图3为本发明所述方法流程图;
图4为本发明中使用的引线固定装置结构示意图;
图5为本发明带电作业机器人带电更换金属氧化物避雷器作业环境示意图。
具体实施方式
容易理解,依据本发明的技术方案,在不变更本发明的实质精神的情况下,本领域的一般技术人员可以想象出本发明带电作业机器人金属氧化物避雷器更换方法的多种实施方式。因此,以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明,而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。
结合附图,带电作业机器人包括绝缘斗臂车1、控制室2、伸缩臂3、机器人平台4。其中,绝缘斗臂车1上架设控制室2和伸缩臂3,伸缩臂3末端连接机器人平台4,机器人平台4与控制室2之间采用光纤以太网通信或者无线网络通信。
绝缘斗臂车1可供操作人员驾驶,从而将机器人平台4运输到作业现场。绝缘斗臂车1上装有支撑腿,支撑腿可以展开,从而将绝缘斗臂车1与地面稳固支撑。绝缘斗臂车1上装有发电机,从而给控制室2及伸缩臂3供电。
伸缩臂3设有沿伸缩方向的驱动装置,操作人员可以通过控制驱动装置,从而将机器人平台4升降到作业高度。该伸缩臂3由绝缘材料制成,用于实现机器人平台4与控制室2的绝缘。在本发明中,伸缩臂3可有由剪叉式升降机构或其他机构代替。
控制室2中设置有数据处理和控制系统以及显示屏、第一主操作手、第二主操作手、辅助主操作手以及通信模块等。
机器人平台4包括绝缘子46、第一机械臂43、第二机械臂44、辅助机械臂42、第一工控机48、双目摄像头45、全景摄像头41、深度摄像头410、蓄电池49、专用工具箱47、通信模块。
机器人平台4的绝缘子46用于支撑第一机械臂43、第二机械臂44、辅助机械臂42,将这三个机械臂的外壳与机器人平台4绝缘。
蓄电池49为第一工控机48、第一机械臂43、第二机械臂44、辅助机械臂42、全景摄像头41、双目摄像头45、深度摄像头410、通信模块供电。
专用工具箱47 是放置抓具、扳手等作业工具的场所。机械臂末端安装有工具快换装置。机械臂根据作业任务的类型到专用工具箱47中使用工具快换装置获取作业工具。
控制室2中第一主操作手、第二主操作手以及辅助主操作手是一种用于人工远程操作机械臂的操作装置,他们与第一机械臂43、第二机械臂44和辅助机械臂42构成主从操作关系。机械臂和主操作手具有相同的结构,只是主操作手尺寸规格比机械臂小,以便于操作人员操作。机械臂和主操作手拥有六个关节,每个关节都有光电编码器采集角度数据,各主操作手的微型控制器通过串口将六个关节的角度数据发送给第二工控机。
机器人平台4与控制室2之间的数据传输通过光纤有线传输,或者使用无线网络传输。机器人平台4上的通信模块是光纤收发器,光纤收发器用于实现光纤中的光信号与双绞线中的电信号的相互转换,从而在通信上实现机器人平台4与控制室2的电气隔离。控制室2中的通信模块是光纤收发器,光纤收发器用于实现光纤中的光信号与双绞线中的电信号的相互转换,从而在通信上实现机器人平台4与控制室2的电气隔离。
本发明带电作业机器人既可以由作业人员进行远程摇操作以完成带电作业,又可以进行自主带电作业。
带电作业机器人更换跌落式熔断器的过程如下:
在更换金属氧化物避雷器120之前,作业人员先进行带电作业机器人的作业准备,检查气象条件、核对杆塔号、布置现场、在工作现场设置安全护栏、作业标志、和相关警示标志,采用绝缘电阻测试仪对用到的绝缘工器具进行表面绝缘电阻检测,阻值不小于700兆欧。由绝缘斗臂车驾驶员将绝缘斗臂车1驶入杆塔100附近位置并布置现场。作业位置具体为待作业杆塔100的附近位置并避开附近电力线和障碍物,避免停放在沟道盖板上,绝缘斗臂车1支腿顺序为先伸出水平支腿,再伸出垂直支腿,支撑到位后车辆前后左右呈水平。
绝缘斗臂车布置妥当后,开启带电作业机器人,采集全景图像。操作人员在根据显示器显示的实景图像,控制伸缩臂3将机器人平台4移动至跌落式熔断器作业位置。操作人员根据机械臂上双目摄像头45返回的实景图像对作业范围内在绝缘安全距离内的带电体进行标记。
第一机械臂43、第二机械臂44以及辅助机械臂42响应于控制数据完成以下工作:
第一机械臂43、第二机械臂44以及辅助机械臂42端部安装夹持工具,用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽。绝缘遮蔽材料如绝缘护套、环氧玻璃布等。辅助机械臂42夹持引线固定装置190移动到横担103附近并将引线固定装置190的固定孔与横担103上固有的固定孔对齐;在第一机械臂43和第二机械臂44末端换装螺栓拆装工具,第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定引线固定装置190的螺栓,将固定引线固定装置190固定在横担103上;所述引线固定装置包括本体,设置在本体中间位置的用于与横担固定的固定孔,以及设置在本体上下两端的用于固定上引线和下引线的固定孔。引线固定装置上的开孔符合最小安全距离的标准。
辅助机械臂42夹持上引线101,同时第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具拆除金属氧化物避雷器120上固定上引线101的螺栓,然后辅助机械臂42将拆卸下来的上引线101移动到引线固定装置190上端的固定孔附近;第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线101的螺栓,将上引线101固定在引线固定装置190的上端。
辅助机械臂42停止夹持上引线101,并移动到下引线102附近对下引线102进行夹持。同时,第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具拆除金属氧化物避雷器120上固定下引线102的螺栓,然后辅助机械臂42将拆卸下来的下引线102移动到引线固定装置190下端的固定孔附近;第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线102的螺栓,将下引线102固定在引线固定装置190的下端。
辅助机械臂42末端停止夹持下引线102,并移动到金属氧化物避雷器120附近对金属氧化物避雷器120进行夹持。此时,第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定金属氧化物避雷器120和横担103的螺栓;螺栓拆除后,辅助机械臂42将金属氧化物避雷器120移动至机器人平台4上专用工具箱47。
辅助机械臂42将更换下来的金属氧化物避雷器120放入专用工具箱47后,转而夹持专用工具箱47内新的金属氧化物避雷器120,然后将新的金属氧化物避雷器120移动至横担103附近。第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定跌落式熔断器与横担103的螺栓,将跌落式熔断器与横担103固定。
辅助机械臂42停止夹持金属氧化物避雷器120,转而夹持固定在引线固定装置190上的下引线102。第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线101的螺栓,将下引线102从引线固定装置190上拆下来。辅助机械臂42将下引线102移动至金属氧化物避雷器120下端的安装孔附近,第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线102的螺栓,将下引线102固定在金属氧化物避雷器120下端。
辅助机械臂42停止夹持下引线102,转而夹持固定在引线固定装置190上的上引线101。第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线101的螺栓,将上引线101从引线固定装置190上拆下来。辅助机械臂42将上引线101移动至金属氧化物避雷器120上端附近的安装孔,第一机械臂43与第二机械臂44使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线101的螺栓,将上引线101固定在金属氧化物避雷器120上端。
辅助机械臂42停止夹持上引线101,转而夹持引线固定装置190。第一机械臂43和第二机械臂44使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置190与横担103的螺栓,将引线固定装置190从横担103上拆下来。辅助机械臂42将引线固定装置190放回机器人平台4上专用工具箱47。
第一机械臂43和第二机械臂44换装夹持工具,使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料,撤除绝缘遮蔽材料。
第一机械臂43推动跌落式熔断器的活动模块,从而合上跌落式熔断器。
通过人工摇操作完成上述过程时,所述控制数据为各机械臂关节运动的角度期望值,该角度期望值由带电作业机器人数据处理和控制系统根据设置于绝缘斗臂车内的主操作手各关节角度变化数据解算获得;主操作手包括第一主操作手、第二主操作手和辅助主操作手;第一主操作手、第二主操作手和辅助主操作手分别与第一机械臂43、第二机械臂44和辅助机械臂42对应,构成主从操作关系。
带电作业机器人自主完成上述过程时,所述控制数据为各机械臂关节运动的角度期望值;带电作业机器人数据处理和控制系统根据各机械臂与作业对象的相对位置以及作业任务动作序列,使用笛卡尔空间路径规划方法规划出各机械臂的空间路径,然后根据空间路径解算出各机械臂关节运动的角度期望值。
本发明方法能够在不断电不带负荷的情况下通过带电作业机器人的机械臂对金属氧化物避雷器进行带电更换,避免了停电带来的负面影响,大幅度减少停电时间,提高供电可靠率,缓解用电投诉矛盾。本发明使用带电作业机器人代替人进行带电作业,相比于绝缘杆作业法具有更加丰富的功能。本发明使用带电作业机器人相比于绝缘手套作业法能免于考虑电弧产生时对人体的灼伤和触电危险、高空坠落问题。本发明使用带电作业机器人由操作人员摇杆控制,对于作业人员劳动强度要求小,减少了作业强度大出现人为失误的情况,大大提高了作业过程中的安全性,从一定程度上可以减少事故的发生。