自动机械臂带电更换悬垂绝缘子

1 论文之二十一 论文之二十一 自动机械臂带电更换悬垂绝缘子自动机械臂带电更换悬垂绝缘子 倪孟华 厦门超高压局生技部 摘要 摘要 本文主要介绍自动机械臂的工作原理 结构 性能以及通过机械臂 绝缘操作杆 地电位作业人员采用 短四取一 的作业方式带电更换悬垂绝缘子的作业方法 关键词 关键词 自动机械臂 带电作业 地电位 绝缘子 0 引言引言 我国带电作业技术的发展经历了绝缘防护 绝缘工具 绝缘斗 臂车 带电作业机器人四个阶段 前三个阶段的带电作业人员在作 业时都时刻处于高电压 强电场中 带电作业机器人则是改进带电 作业的工器具 避免人员进入等电位电场作业 从而提高带电作业 的安全性及输电可靠性 我局经过广泛调研 引进消化 应用自动 机械臂 作业人员在地电位成功带电更换悬垂绝缘子 1 自动机械臂的工作原理 1 1 常用的带电更换悬垂绝缘子的方法 220kV 及 500kV 输电线路瓷绝缘子串的中间部分发现有低值 零值瓷绝缘子时 人工是无法进行单片更换的等电位作业 必须整 串带电作业更换或停电作业 目前国内所使用的带电作业卡具由带 有剪刀式开 闭门的上卡 下卡以及螺杆式收紧器构成 相应的行业 标准为 DL 488 带电作业用盘型悬式绝缘子卡具 此类卡具的主 要缺点是 1 为将上卡和下卡收紧 需人力进行操作 费时费力 2 属接触式操作 工人需冒高压触电和高空跌落的风险 1 2 自动机械臂开发利用需考虑的因素 1 2 1 安全性因素 自动机械臂更换不良绝缘子在带电作业过程中要确保两个安全 一方面是作业过程中的人身安全 另一方面是作业时的设备安全 2 1 由于操作人员处于地电位位置 故采用自动机械臂更换时 人身安全能得到充分的保障 仅需保证操作杆 绝缘绳的绝缘电气 安全即可 2 设备安全的重点是要确保在作业过程中不发生导线脱落以 及绝缘子串脱落的情况 针对设备安全的两个重点 通过对施工作 业工器具的机械强度的仔细计算 反复试验 决定在设备的机械强 度上考虑 2 5 倍的安全系数 每件工具的试验项目和试验指标均按 安全要求制定 另外还采取适当的闭锁机构以防止液压机构发生泄 压情况下的机械臂失去稳定 1 2 2 实用先进性因素 带电作业技术的先进性很大程度取决于所使用工器具的实用和先进程度 要提高安全性能 降低劳动强度及提高 工作效率 除了提高操作人员的操作技能外 最主要的措施是提高工器具的性能 1 在进行工器具的制作和选型上进行了充分的考虑 在整体 结构布置选型时考虑到安装运输 机械强度 绝缘性能等多方面的 要求 将两个液压缸分别在两侧 电池的重量和液压油路的大小在 满足要求的前提下进行最小优化 2 考虑到机械强度以及安装操作方便采用高强度的铝合金材 料制作卡具 既保证了机械强度又大大的降低了卡具的自重 方便 了带电作业人员的安装等 3 遥控装置的遥控距离在 10 米以上 要求稳定性 准确性 安全性 灵敏性和抗干扰能力优良 1 3 自动机械臂的工作原理 超高压输电线路的的悬垂绝缘子串由多片盘型绝缘子首 球头 尾 带球窝的钢帽 串接而成 当经过多年运行之后 个别绝缘子会发生劣化而失效 需立即进行更换 在进 行带电作业时 为把一片劣化绝缘子从一串绝缘子中取出来 必须使用带有收紧装置的专 用卡具 目的是使劣化绝缘子及两侧的绝缘子 共四片绝缘子 从拉紧状态 因所悬挂导 线的若干吨的重量而使绝缘子串处于绷紧状态 变为松弛状态 3 利用自动机械臂进行带电更换作业时 通过传递绳将机械臂升 至绝缘子串的高度 移动绳索和利用机械臂识别卡具 将机械臂固 定在绝缘子串不良绝缘子的上下两片绝缘子上位置 操作人员在杆 塔上使用非接触式遥控装置 开动伺服传动装置提升绝缘子串 将 被更换绝缘子的荷载转移到机械臂上 操作人员使用操作杆取出不 良绝缘子 装入新绝缘子 伺服传动装置下行 下绝缘子下降 新 绝缘子承受荷载 打开机械臂的卡具 机械臂离开绝缘子 整个作 业中操作人员始终处于杆塔地电位 工作量为利用操作杆取换绝缘 子 高压电场内的工作完全由机械臂来完成 机械臂的具备绝缘子 高度和绝缘子铁帽的识别能力 能够调整机械臂的连接长度适应实 际绝缘子长度 卡具具有易更换性 可根据不同类型绝缘子 使用 不同卡具满足实际需要 见图 1 图 1 自动机械臂更换绝缘子图例 4 图 2 机械臂结构原理图 2自动机械臂的构成及性能 2 1 自动机械臂的系统构成 自动机械臂主要由液压系统和遥控系统组成 自重 35Kg 左右 2 1 1 液压系统 液压系统由泵源集成块 控制阀块 液压缸和液压管路四部分组 成 由十几种液压元件集成 结构较复杂 总重不超过 17Kg 液压系 统含左 右液压缸各一根 每根缸输出拉力 1800kg 合计 3600kg 两缸活塞杆通过丝杠 螺母机构连接到下夹具上 考虑高空作业的安 全性 设计特殊的液压闭锁机构 在工作中 液压系统的任何部位出 现负压 液压油泄漏 则自动锁死 保证设备的安全工作 防止出现 安全全事故 选用普通 20 机械油 便于维修和使用 2 1 2 遥控系统 遥控系统包括手持机和接受装置 均具有抗干扰能力 主要作 用是遥控电机的正转 反转和停止 以及液压传动装置的电控阀门 和换向阀门等一系列复杂的机械动作 主要特点如下 1 选择红外遥控 避免了空间无线电干扰和高压交变电磁环 5 境中的强电磁干扰 2 采用安全编码 解码技术 保证了遥控系统的可靠性 3 采用高亮度闪烁指示灯 保证作业人员在强烈的阳光下能 清楚看到系统的工作状态 4 采用连续波控制 要求作业人员在提升或释放过程中始终 按下操作按钮 保证作业人员在操作过程中始终观察系统工作状态 同时连续波控制能够抑制突发的外来干扰 也能够大大提高系统的 可靠性和安全性 2 2 自动机器臂的结构 自动机器臂结构构成 1 上卡具 2 下卡具 3 剪刀式开闭收紧装置 4 液压收紧 装置 5 电池 6 直流电动机 7 油泵 8 液压缸 9 连杆 10 液压驱动机构控制 11 遥控信号接收器 12 遥控器 见图 3 图 3 自动机械臂的结构简图 2 3 自动机械臂主要部件的技术指标 2 3 1 上下卡具 1 利用操作杆操纵上下卡具的凸轮闭锁机构 能可靠抱紧绝 6 缘子钢帽 2 上下卡具额定工作负荷 30kN 安全系数 2 5 倍 上下卡 具自重控制在 8kg 左右 3 卡具形式选用凸轮闭锁装置 配置压力位置开关指示凸轮 闭锁装置是否到位 4 卡具须根据现场使用的不同型号绝缘子进行定制 2 3 2 机械臂液压油缸 1 液压油缸共两根 采用两位两通电液控制阀及位移传感 器控制 用高压油管与油泵相连接 2 液压油缸的最大有效行程应达到 80mm 3 单根液压油缸自重应控制在 3 4kg 输出有效拉力 18kN 4 单根液压油缸机械强度试验负荷 45kN 即 2 5 倍的有效 拉力 供油要基本保证两根液压缸工作的同步性 同步误差 2mm 5 应采取适当的闭锁机构以防止液压机构发生泄压情况下 的机械臂的稳定 2 3 3 驱动装置 1 驱动装置由直流电机和高压油泵 油箱等部件组成 为整 体结构或分体连接 自重为 10 kg 左右 2 直流电机功率为 0 5 0 7kW 额定电压 12V 3 高压油泵与油箱设计在一起 油泵出口压力控制在 8 12kg mm 利用分流器给两根液压油缸同时均匀供油 保证两油缸同 步工作 2 3 4 遥控系统 7 1 遥控系统包括手持机和接受装置 均具有抗干扰能力 手 持机设计有拨动开关 电源指示灯 操作按键两个 其中一个启动 键 用于启动液压油泵收紧上下卡具 另一个为减压键 按键操作 时电源指示灯闪烁 距离 10m 以内可靠动作 2 3 5 电源系统 选用 50A H 12V 直流免维护电瓶 自重约 12Kg 可以在室内 或汽车上进行充电 充电时间为 4 小时 具备电量不足报警指示 2 3 6 附件 1 取瓶器 能够取出被更换的新旧单片绝缘子且含钩出 R 销 及其复位功能 2 转瓶器 转动绝缘子 使 R 销便于钩出和复位 二者均可与绝缘操作杆配合使用 3 应用实例 在做好安全措施及满足 国家电网公司电力安全工作规程 电 力线路部分 的条件下 根据所编制的 自动机械臂带电作业导则 利用自动机械臂在500kV 泉莆 II 路 125 杆塔实现了直线悬垂 绝缘子更换的实际应用 取得了良好的效果 3 1 作业方法 地电位直接作业法 3 2 作业人员 作业人员共 7 人 其中工作负责人 1 人 塔上地电位作业 2 人 地面配合作业 3 人 塔上安全监护 1 人 3 3 主要工器具 名称规格单位数量备注 屏蔽服件 3 绝缘蓬布块 2 8 蚕丝绳 12 100m 根 2 保护绳 18 10m 根 4 二道保护绳 14 8m 根 4 绝缘绳套根 3 绝缘滑车 2T 个 2 绝缘滑车 1T 个 1 对讲机台 2 U 形环 1T 只 5 U 形环 3T 只 5 卸扣只 8 绝缘操作杆付 1 配 3 节 自动机械臂套 1 取瓷器付 1 包括取销器 劣质检测仪架 1 风速仪台 1 温湿度表块 1 兆欧表块 1 万用表块 1 3 4 塔上作业的操作步骤 1 1 号 2 号电工带着 12 绝缘蚕丝绳和 1T 绝缘滑车上塔 至作业横旦挂点处 打好个人保护绳 起吊劣质检测仪 对绝缘子 串检测 2 地面配合电工在地面调试好遥控自动液压臂 保证电源 遥控装置运行良好 3 地面配合电工根据更换绝缘子的结构高度 确定 短三取 一 方法时 调整好液压机械臂的行程位置 并打开上下卡具 4 1 号 2 号电工安装后备保护绳 5 地面电工配合塔上电工利用绝缘绳起吊遥控液压机械臂升 9 至需要更换绝缘子串上有劣质绝缘子的部位 并用操作杆扣好遥控 液压机械臂的上下卡 6 2 号电工用遥控器发出提升导线 让收紧装置装上 上 下卡具同时向中部收紧一个规定的距离 使劣质绝缘子及两侧的绝 缘子 共三片绝缘子 从拉紧状态变为松弛状态 7 1 号电工配合 2 号电工利用操作杆头部装上取销器取出绝 缘子上 R 销 然后操作杆头部换成取瓷器 把劣质绝缘子取出 8 按相反程序换入新绝缘子 复位上 下 R 销 9 地电位 2 号电工用遥控器远距离控制卡具 让上 下卡具 慢慢放松到起始位置 使卡具内的三片绝缘子恢复为受力状态 检 查新绝缘子安装无误后 拆除工具 10 由地面电工和塔上 1 2 号电工配合用绝缘绳和绝缘操作 杆将遥控卡具按逆顺序拆除吊上塔的全部工具 图 4 利用操作杆上的取销器勾取绝缘子的 R 销 10 4 结语 通过自动机械臂在500kV 泉莆 II 路 125 杆塔更换直线悬垂 绝缘子的实际应用 并进行总结 得出以下结论 1 作业人员处于地电位作业 无需进入强电场 安全性更高 2 利用自动机械臂可在 500kV 超高压输电线路的强电磁场下 带电作业 满足四分裂 LGJ 400 导线 垂直档距 500 米 地电位更 换直线悬垂绝缘子串中间单片绝缘子 作业方式 在带电作业人员 操作下采用 短四取一 的作业方式 3 带有凸轮闭锁装置的上下卡具能有效的卡住悬垂绝缘子串 上 下绝缘子的铁帽 4 遥控装置在杆塔实际环境中遥控液压系统正常工作 液压 臂提升 或下降 平稳 出力平衡 能够提