CN111755983A - 一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台、安培力驱动方法及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台、安培力驱动方法及制备方法，装置由机体与矩形线圈组成，其中机体由绝缘的上机体与强导磁、不导电的下机体两部分组成，所述矩形线圈由软铁材料制成，顺次穿插于下机体与上机体中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，最终通过烧结的方式使之嵌入机体，机体与高压线通滑轨相连；矩形线圈首尾两端分别外接变压器进行多级变压，将线圈电流降到安全范围内。本发明通过复合机体改变磁场分别，从而使得带电线圈获得所需方向的安培力，通过控制线圈电流大小和方向即可控制安培力的大小和方向。本发明结构简单，重量轻，造价低廉，同时适用于直流、交流高压输电线路。

Description

一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台、安培力 驱动方法及制备方法

技术领域

本发明属于电、磁场学领域，涉及一种磁力驱动方法，尤其是涉及一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台、安培力驱动方法及制备方法。

背景技术

高压输电线路受到来自于自然环境、人为因素及运行状况、设备缺陷、老化等的影响，易出现线路故障。因此要定期对线路进行巡查和维护，以保证电网安全运行。在不停电的状态下对架空高压供电线路进行巡视、维修、增架、撤线等作业，越来越受到重视。

高压输电线路的检修方法目前主要分为两种，一种是依靠巡检机器人以及其它智能检测和维护设备检修的方法，另一种则是人工检修。自20世纪80年代以来，高压输电线路作业机器人的研究已经取得了较大进展，比如加拿大魁北克水电研究院的Montambault等人研制了名为HQ Line-ROVer的遥控小车，该小车起初被用于清除电力传输线地线上的积冰，逐渐发展为用于线路检修、维护等多用途的移动平台；Montambault及Pouliot等人在“HQ LineROVer”机器人的基础上研制并发展了新一代巡检机器人，取名“LineScout”，其技术比较先进，功能比较齐全，不仅可以检修线路，还可以完成导线修补、螺栓紧固等相对简单的线路维护作业。虽然高压输电线路作业机器人的研究已经取得了一定的进展，但其检修功能仍然有一定的局限性，实用性不强；当出现高压线路设备损坏，发生短路等情况时，依然需要人工来完成检修；相比于依靠巡检机器人以及其它智能检测和维护设备检修的方法，人工检修能够更正确判定故障范围，并及时采取相应的措施，加以解决，很大程度提升了高压输电线路的检修质量和检修效率。因此，在大多数情况下，人工检修仍是首选方式。

人工检修高压输电线路时，穿戴屏蔽服的检修工人脚踩高压线并沿着高压线步行前进，有时甚至需要在几百米高空的高压线上行走作业，速度缓慢且不安全，作业效率低下。本发明设计的检修平台能有效解决目前人工检修存在的安全及效率问题，本专利技术就是在这样的背景下展开的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台。它可代替检修工人在高压线上运动，解决人工检修效率低，劳动强度高以及安全性等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：包括横跨在两个高压输电线上的机体以及设于机体内的通电线圈，所述机体由上下方向分布不同导磁性能的两部分组成，所述通电线圈为矩形线圈，其包括两条长边和两条短边，其中一条长边位于弱磁部分的机体内，为无效长边，另一条长边位于强磁部分的机体内，为有效长边，所述无效长边和有效长边相互平行且与高压导线垂直。

作为改进，所述机体包括上机体和下机体，所述上机体由不导磁的绝缘材料制成，所述下机体由强导磁、不导电材料制成。

作为改进，所述上机体采用绝缘陶瓷材料制成，所述下机体采用铁氧体或者采用绝缘镀层的导磁体制成。

作为改进，所述通电线圈为由软铁材料制成，顺次穿插于下机体与上机体中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，形成多扎矩形线圈。

作为改进，所述多扎矩形线圈通过烧结的方式嵌入机体内，多扎矩形线圈两端通过变压器连接电源或者在高压导线上取电的取电装置。

作为改进，所述多扎矩形线圈的扎数为2-30。

作为改进，所述机体与高压导线之间通过导向滑轨相连。

一种多分裂高压输电线路人工作业检修平台的安培力驱动方法，其特征在于：该方法利用导磁材料和不导磁材料相结合制备在高压导线上具备磁场差异的机体，然后通过导线绕制在机体内具有磁场差异的两部分分别形成有效线圈和无效线圈，利用有效线圈和无效线圈所受安培力差形成驱动力。

作为改进，所述磁场差异的两部分分别为绝缘材料的上机体和强导磁、不导电材料的下机体。

一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、预制胚体，所述胚体上机体和下机体，所述上机体由不导磁的绝缘材料制成，所述下机体由强导磁、不导电材料制成，所述上机体和下机体上分别预留一排线圈孔，胚体底部预留若干安装孔；

步骤2、导线绕制，将软铁材料制成的导线顺次穿插于下机体与上机体的线圈孔中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，形成多扎矩形线圈；

步骤3、将缠绕好线圈的胚体进行烧结，制成安培力驱动装置，其中胚体底部的安装孔用于安装与高压导线配合的导向滑轨。

所述的机体是采用强导磁、不导电材料与绝缘材料复合制成，其中下机体由强导磁、不导电材料制成，底部导轨与高压线相连，能保证其在高压线上平稳滑动；上机体由绝缘材料制成，是工人的工作平面，周围设有防护装置。

在上述的多分裂高压输电线路人工作业检修平台的安培力驱动方法，所述矩形线圈由软铁材料制成，顺次穿插于下机体与上机体中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制而成横断面为矩形的圆弧状螺旋管，其通过烧结的方式嵌入在机体中。工作时将检修平台搭于高压线之上，矩形线圈随之通电，并在外接变压器的作用下将电流降至安全范围内，此时在高压线产生的磁场作用下，矩形线圈所受安培力会牵引着检修平台开始沿着高压线滑动。

本发明有益效果是：

本发明简单容易实现了高压线上的移动平台的驱动功能，具有如下优点：

1、可搭载检修工具及检修工人在多分裂高压输电线上运动，解决人工检修危险性大，难度大，劳动强度高等问题。

2、利用高压电流作为检修平台的能源，避免携带笨重的电池。

3、可提高检修工人在多分裂高压输电线无障碍线路段的行进速度，从而提高作业效率。

4、结构简单，重量轻，造价低廉，同时适用于直流、交流高压输电线路。

附图说明

图1为人工作业检修平台工作原理图。

图2为安培力驱动原理图。

图3为人工作业检修平台立体图。

图4为人工作业检修平台左视图。

图5为人工作业检修平台右视图。

图6为人工作业检修平台安培驱动力计算示意图。

图7为本发明实施例中一种导向滑轨示意图。

1-高压线，2-磁场，3-上机体，4-线圈电流，5-矩形线圈，501-矩形线圈无效长边，502- 矩形线圈有效长边，503-矩形线圈右短边，504-矩形线圈左短边，6-下机体，7-高压线，8-高压线电流，9-磁场，10-高压线电流，11-半圆套，12-滚轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1-图7所示，一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，包括横跨在两个高压线1、7上的机体以及设于机体内的通电线圈，所述机体由上下方向分布不同导磁性能的两部分组成，机体包括上机体3和下机体6，所述上机体3由不导磁的绝缘材料制成，所述下机体6由强导磁、不导电材料制成；所述通电线圈为矩形线圈5，其包括两条长边和两条短边，其中，矩形线圈无效长边501位于弱磁部分的上机体3内，矩形线圈有效长边502位于强磁部分的下机体6内，所述无效长边和有效长边相互平行且与高压导线垂直，矩形线圈有效长边502上所受安培力F₁、矩形线圈无效长边501上所受安培力F₂。

作为一种具体的实施例，所述上机体3采用绝缘陶瓷材料制成，所述下机体6采用铁氧体或者采用绝缘镀层的导磁体制成。所述通电线圈为由软铁材料制成，顺次穿插于下机体6 与上机体3中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，形成多扎矩形螺旋线圈。所述多扎矩形线圈的扎数为1-30。

本发明还提供该安培力驱动装置的一种制备方法，包括以下步骤：

步骤1、预制胚体，所述胚体上机体3和下机体6，所述上机体3由不导磁的绝缘材料(比如绝缘陶瓷)制成，所述下机体6由强导磁、不导电材料(比如铁氧体)制成，所述上机体3和下机体6上分别预留一排线圈孔，胚体底部预留若干安装孔；

步骤2、导线绕制，将软铁材料制成的导线顺次穿插于下机体6与上机体3的线圈孔中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，形成多扎矩形线圈；

步骤3、将缠绕好线圈的胚体进行烧结，制成安培力驱动装置，其中胚体底部的安装孔用于安装与高压导线配合的导向滑轨，导向滑轨可以采用常规结构，当然本发明提供一种具体的结构，如图7所示，为一个半圆套11，下机体6上设有对应的半圆凹槽，半圆凹槽和半圆套11一起将高压导线夹持在内，所述半圆套11和半圆凹槽内均设有与高压线接触的滚轮 12，半圆套11可拆卸的固定在下机体上，通过半圆套11将机体与高压线夹持固定在一起，并且在两者之间形成滑动副，便于平台移动。

作为一种具体结构，本发明上机体3上预设多个安装孔，用于安装围栏及其他安全附件，当然也可根据需要安装控制开关和电源等常规部件，这些并非本发明的发明点，可以根据需要进行选择，是否设置不影响本发明的技术方案实施，也不影响解决本发明技术问题。

本发明的人工作业检修平台的安培力驱动方法工作原理如下：

如图1，将人工作业检修平台布置于水平位置的两根高压线1、7之上，两根高压线1、7 中的电流分别产生两个环形强磁场(根据电磁学中右手定则，箭头方向为磁场方向，高压线 1、7中间区域是磁场叠加区，两侧为磁场削弱区)，矩形线圈5处于强磁场中，通过外接电源或者取电装置在高压线上取电，使得矩形线圈5内产生线圈电流，矩形线圈5通电后，下机体6的矩形线圈有效长边502受到水平向前的安培力F₁，矩形线圈无效长边501上受到水平向后的安培力F₂，高压线1、7产生的磁场2、9在无干扰的情况下是一个关于其中心线对称的非匀强磁场，安培力F₁和安培力F₂大小相等且方向相反，矩形线圈右短边503和矩形线圈左短边504所受安培力大小相等，方向相反，因此平台是不会移动的，现在通过人为干扰，将矩形线圈有效长边502置于由强导磁性能材料制作的下机体6中，矩形线圈无效长边501 置于由弱导磁绝缘材料制成的上机体3中，通过导磁性能材料聚磁作用，使得矩形线圈有效长边502所受安培力大于矩形线圈无效长边501所受安培力，因此，人工作业检修平台受到向前的合力，从而克服人工作业检修平台所受的静摩擦力，使得人工作业检修平台向前滑动。矩形线圈无效长边501处于弱导磁绝缘材料之中，其所受安培力可忽略不计。因此，矩形线圈有效长边502受到水平向前的安培力F₁基本等于平台向前运动的驱动力。当高压导线为交流电时，可以在平台上设置磁传感器，通过系统传感器感知外界磁场变化，经由外接变压器来改变线圈电流的大小和方向，从而保证检修平台可以获得稳定的驱动安培力。

如图2，矩形线圈5通过机体布置于水平位置的两根高压线1、7之上，其在高压线产生的磁场2、9中，根据左手定则，矩形线圈5的两个长边受到方向相反的安培力，矩形线圈有效长边502受到水平向前的安培力F₁，矩形线圈无效长边501受到水平向后的安培力F₂，由于矩形线圈5有效长置于强导磁材料中，而矩形线圈无效长边501置于弱导磁绝缘材料中，它们所处的磁场强度不一样，因而，在水平方向上，该线圈受到的安培力合力向前，这个合力构成检修平台得以驱动的安培力。

同理，当检修平台处于交流高压线之上时，两根高压线电流方向改变，相应的在矩形线圈5内通以交流电(一般来说与高压线上交流电频率相同)，线圈电流方向也随之同步改变，但在两根高压线产生的磁场2、9中，矩形线圈有效长边502受到的安培力方向依然水平向前。所以，本方法同时适用。

需要说明的是本发明可以将多个安培力驱动装置串联，即将多个安培力驱动装置的矩形线圈5串联在一起，倍增驱动检修平台的安培力，以便获得更强的承载力，适应不同的检修需求。

矩形线圈有效长边502所受的安培力计算如下：

′

记高压线1的高压线电流8为I₀，高压线7的高压线电流10为I₀，则距离高压线1为l处的磁场强度为：

同理，高压线7在该处的磁场强度为：

公式(1)、(2)中，μ为下机体6中强导磁性能材料的相对磁导率，μ＝3000μ₀，μ₀为真空磁导率，μ₀＝4π×10^-7；L为两高压线之间的垂直距离。

如图6，高压线磁场中，矩形线圈有效长边502上距离高压线1为l处取一小段长度为dl 的电流元，则其受到的安培力分别为：

公式(3)、(4)中，F为电流元在高压线1所产生磁场2中受到的安培力；F′为电流元在高压线7所产生磁场9中受到的安培力；I₁为线圈电流。

由于通电线圈与高压线周围的环形磁感应线垂直，即θ＝90°，所以电流元dl所受安培力可写为：

根据左手定则，可判断出电流元dl所受安培力F与F′均水平向前，因此记电流元dl所受安培力合力为:

对公式(7)求定积分得出矩形线圈有效长边502所受的安培力F₁为：

公式(8)中，r为高压线半径。由于矩形线圈无效长边501置于弱导磁的绝缘材料中，磁场弱，忽略矩形线圈无效长边501所受的安培力作用。

因为高压线电流8与高压线电流10，它们数值大小相等、电流方向相反。所以公式(8) 可简化为：

为具体化，取I₀为1000A，L为1.5m，r为0.02m，I₁为20A(可根据实际情况，通过外接变压器来调整电流大小)。将以上参数代入公式(9)，得F₁＝9.73N。当机体中线圈匝数为 15匝时，检修平台中所有矩形线圈5的有效边所受安培力合力F_合为：

F_合＝15F₁＝362.68N。

那么，本实施例下，机体可提供362.68N的安培驱动力。

本发明具有良好的扩展性，将上述机体装置可进行级联，则可倍增检修平台的安培牵引力。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了高压线1、7，磁场2、9，上机体3，线圈电流8、10，矩形线圈5，矩形线圈无效长边501，矩形线圈有效长边502，矩形线圈右短边503，矩形线圈左短边 504，下机体6，高压线，高压线电流，磁场，高压线电流，半圆套11，滚轮12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：包括横跨在两个高压输电线上的机体以及设于机体内的通电线圈，所述机体由上下方向分布不同导磁性能的两部分组成，所述通电线圈为矩形线圈，其包括两条长边和两条短边，其中一条长边位于弱磁部分的机体内，为无效长边，另一条长边位于强磁部分的机体内，为有效长边，所述无效长边和有效长边相互平行且与高压导线垂直。

2.如权利要求1所述用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：所述机体包括上机体和下机体，所述上机体由不导磁的绝缘材料制成，所述下机体由强导磁、不导电材料制成。

3.如权利要求2所述用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：所述上机体采用绝缘陶瓷材料制成，所述下机体采用铁氧体或者采用绝缘镀层的导磁体制成。

4.如权利要求2所述用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：所述通电线圈为由软铁材料制成，顺次穿插于下机体与上机体中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，形成多扎矩形线圈。

5.如权利要求4所述用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：所述多扎矩形线圈通过烧结的方式嵌入机体内，多扎矩形线圈两端通过变压器连接电源或者在高压导线上取电的取电装置。

6.如权利要求4所述用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：所述多扎矩形线圈的扎数为2-30。

7.如权利要求1-6任意一项所述用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台，其特征在于：所述机体与高压导线之间通过导向滑轨相连。

8.一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台的安培力驱动方法，其特征在于：该方法利用导磁材料和不导磁材料相结合制备在高压导线上具备磁场差异的机体，然后通过导线绕制在机体内具有磁场差异的两部分分别形成有效线圈和无效线圈，利用有效线圈和无效线圈所受安培力差形成驱动力。

9.如权利要求8所述一种多分裂高压输电线路人工作业检修平台的安培力驱动方法，其特征在于：所述磁场差异的两部分分别为绝缘材料的上机体和强导磁、不导电材料的下机体。

10.一种用于多分裂高压输电线路的人工作业检修平台的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、预制胚体，所述胚体上机体和下机体，所述上机体由不导磁的绝缘材料制成，所述下机体由强导磁、不导电材料制成，所述上机体和下机体上分别预留一排线圈孔，胚体底部预留若干安装孔；

步骤2、导线绕制，将软铁材料制成的导线顺次穿插于下机体与上机体的线圈孔中，并沿垂直于高压线的方向循环绕制，形成多扎矩形线圈；

步骤3、将缠绕好线圈的胚体进行烧结，制成安培力驱动装置，其中胚体底部的安装孔用于安装与高压导线配合的导向滑轨。

Images