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“防振錘安裝完畢，機器人準備脫離等電位。”10月21日，在浙江省金華市110千伏云龔線23號塔，金華供電公司輸電線路檢修人員使用帶電檢修機器人安裝防振錘，在無人登塔的情況下消除該鐵塔防振錘脫落缺陷。
防振錘帶電檢修機器人完成防振錘安裝。李德奎 攝
“該鐵塔為緊湊型鐵塔，相間距離較小，安全距離不足，過去依靠人工消除缺陷只能采用停電檢修的方式開展。我們使用自主研發的防振錘帶電檢修機器人消除缺陷，既避免了停電，又降低了人員作業的安全風險。”金華供電公司輸電運檢中心帶電作業班技術員、本次作業的無人機飛手李德奎介紹。
為了進一步提高輸電線路帶電作業效率，降低人員作業安全風險，2019年，來自金華供電公司輸電運檢中心、國網浙江省電力有限公司雙創中心、中國電力科學研究院有限公司武漢分院高電壓研究所帶電作業室、國網智能電網研究院有限公司電工新材料研究所的15名技術骨干組成了項目組，開展帶電檢修機器人研發及應用工作。
立足實際需求，研發防振錘帶電檢修機器人
防振錘是輸電線路上最常見的金具之一，防振錘滑移、脫落等缺陷是檢修人員常要處理的缺陷。然而，部分110千伏、220千伏輸電線路鐵塔電氣間隙安全距離小，檢修人員若采用常規進出強電場的方法作業存在安全風險，需停電檢修。項目組針對這一問題，決定研發防振錘帶電檢修機器人。
在研發過程中，項目組以解決現場實際問題為目標開展頭腦風暴，從設計機器人的主體結構到各部件組裝、功能測試，再到試驗環境模擬作業，進行了多次試驗。2020年6月，第一代防振錘帶電檢修機器人誕生。
為了驗證現場應用可行性，項目組成員首先在停電線路上試用該機器人。“第一次試用時，我們發現機器人自重較大，接近50千克，搬運到檢修現場和上下導線不方便。此外，機器人適用的防振錘型號也比較單一。”金華供電公司輸電運檢中心技術室主任祝強說。項目組針對現場使用中發現的問題改進機器人，完成3次迭代升級。最新一代防振錘帶電檢修機器人的重量由50千克降至22.6千克，適用范圍更廣泛，包括110千伏、220千伏輸電線路上各系列型號防振錘。
克服強電場影響，機器人穩定性再升級
機器人在強電場環境下能否保持遠程操控的靈敏度與準確性?強電場環境是否會對機器人造成不可逆的損壞?帶著這些問題，2021年9月8日，項目組在國網浙江電力高壓輸變電帶電作業實驗室對防振錘帶電檢修機器人開展模擬工況下的試驗，為該機器人投入實際生產收集可靠的試驗數據支撐。
“為了讓防振錘帶電檢修機器人更安全、更可靠地進出強電場，保障作業順利完成，我們在超高壓試驗大廳內利用現有設備自主搭設了模擬導線試驗平臺，通過工頻高壓發生器施加電壓，模擬真實帶電線路環境，并操作機器人多次在帶電導線上開展防振錘安裝工作。”該實驗室管理人員吳尊東說。多次試驗中，機器人均在模擬導線上成功安裝了防振錘。
但是，項目組成員發現了一個問題——機器人開啟后，進入等電位時有極大的電流通過整個裝置。在一次試驗中，機器人因此自動關閉。針對該問題，項目組成員決定調整機器人開啟方式，使用更加穩定的機械定時裝置讓機器人在高空中自動打開電源。他們用機械定時裝置給機器人施加一個啟動定時，確保機器人在進入等電位時處于關閉狀態，定時結束時機器人再啟動，避免了在進入等電位時的強電流對機器人控制電路造成不可逆的損壞。
改裝完成后，項目組成員又開展了多次模擬作業。在機械定時裝置的幫助下，機器人穩定地完成了作業任務。
無人機助力，作業人員無須登塔輔助作業
如何在無人登塔的情況下讓機器人“爬上”數十米高的導線，是項目組要解決的另一個難題。項目組成員提出用無人機輔助作業。雖然機器人自重已降至22.6千克，但仍遠遠超出無人機的載重范圍。金華供電公司輸電運檢中心帶電作業班的一種用于傳遞帶電作業工器具的方法幫助項目組找到了破局之法。
首先，無人機飛手控制無人機懸吊特制絕緣滑車落在作業相導線上方的地線上，作業人員利用掛在特制絕緣滑車上的絕緣傳遞繩將機器人拉至作業相導線。這樣，作業人員無須登塔即可實現機器人進入等電位。隨后，作業人員在地面控制機器人“行走”至缺陷位置安裝防振錘。完成作業后，作業人員控制機器人返回起掛位置，地面人員通過提拉絕緣繩使機器人脫離等電位并降落至地面。飛手操控無人機拆除掛在地線上的特制絕緣滑車。項目組成員多次進行現場試驗，驗證了該方法的可行性。
2021年10月26日，防振錘帶電檢修機器人在實際檢修作業中首次亮相。金華供電公司輸電運檢中心帶電作業班班員與項目組成員一同來到110千伏云梅線防振錘帶電檢修現場，在無人機的輔助下用防振錘帶電檢修機器人完成了作業，實現了全流程無人登塔。
“有了這套裝置和作業方法，我們就不用登塔消除防振錘相關缺陷了，只需在地面遙控無人機和機器人即可快速完成作業。”金華供電公司輸電運檢中心帶電作業班班長李炯說。
目前，無人機輔助防振錘帶電檢修等機器人上下線的作業方法已在國網浙江電力范圍內廣泛應用，多次協助各類帶電作業機器人完成檢修作業，相關帶電作業時間平均縮短了50%以上，作業人員的勞動強度與安全風險也降低了。
今年5月30日，項目組向國網浙江電力雙創中心遞交成果轉化申請，明確了推廣方向。10月11日，雙方敲定成果轉化方案，完成無形資產評估工作，為防振錘帶電檢修機器人大范圍推廣及應用做好準備。
下一步，項目組將推進壓接管X光帶電檢測機器人、導線帶電修補機器人等項目落地，進一步提升帶電作業智能化水平。
