10kV配电带电作业机器人绝缘防护设计

庄泽明

(福建省电力有限公司 泉州电业局，福建 泉州 362000)

10kV的高压带电线路或电器设备作为高压带电作业机器人的作业对象，带电带电作业机器人必须采取合理有效的绝缘配合，保证带电作业机器人必备的绝缘水平。

一 高压带电作业机器人总体设计

高压带电作业机器人利用机械臂末端加持收携带的相应专用工具，以主从遥控方式来完成10kV线路的带电接引、带电更换绝缘子、带电更换跌落开关等作业项目。高压带电作业机器人本体包括控制系统、自由度作业机械臂、主手控制装置、绝缘操作斗等。操作人员在机械人进行带电作业的时候，采用人机交互智能来控制机械臂，在绝缘斗内进行操作完成相应的带电作业工作。

二 机器人常见的绝缘防护措施

在高压带电工作中，采用主从遥控操作控制方式控制机械臂作业。操作人员站立在绝缘斗内，操作自由度机器人主手产生控制信号，经工控机处理后通过数传台无线通讯控制作业机械臂工作，产生相应的作业动作。机器人在工作时，可能受到暂时过电压、操作过电压、最高工作电压等电压的作用。制造厂根据设备的绝缘条件，保证其长期运行控制在最高过电压的有效值，产生最高工作电压。暂时过电压包括工频电压升高和谐振过电压两类。操作过电压具有幅值高、持续时间短、衰减快等特点，是指由系统内的正常操作，切除故障操作或因故障所造成的过电压。考虑绝缘配合有惯用法和统计法两种方法。惯用法是使电气设备绝缘的最小击穿电压值高于系统可鞥出现的最高过电压值的基础上，并留有一定的裕度。此方法在非自恢复绝缘和220kV及以下的电压等级的情况下适用。根据操作过电压与绝缘放电电压的统计分布规律，通过绝缘受到一次操作过电压时发生放电的概率限制达到接受的微小程度来选择绝缘的尺寸，此方法被称作统计法。参考人工带电作业的国家标准，结合惯用法考虑呆呆牛作业机器人的绝缘配合问题。在选择带电作业器具的绝缘配合是，一般选择安全裕度为1.1-1.5。绝缘斗分内外两层绝缘结构。外层采用FRP绝缘材料，起到固定和支撑的作用。内层采用聚乙烯绝缘材料，隔绝人体与带电体，起到主保护作用。在控制回路上加装无线转台和隔离主控制柜和从控制柜来防止机械臂绝缘防护失灵导致高压电经控制回路对人体产生的伤害达到后备保护的目的。

三 机器人绝缘与电气隔离设计

3.1 绝缘设计

在整个机器人绝缘系统中，机械作业手臂末端绝缘连接是吸纳机器人的一次降压。降压失效可能导致强大的电流有对机械人上操作人员和设备造成损害。在控制平台设计中，为了保证操作人员和控制平台的绝缘、设备之间的相互绝缘，必须设计出可靠的二级绝缘。二级电气绝缘采用全新设计的绝缘支撑。通过绝缘支撑把机器人的所有部件连接在控制平台上，保证操作人员的三级绝缘，达到中间电位作业的要求，可靠地保证操作人员和设备的安全，实现部件和控制平台钢结构之间的绝缘。采用运行频率220-240MHz、发送载波功率精度2dB或-dB、发送频率稳定性1.5*10-6或1.5*10-6、接收同信道抑制-12dB等技术参数的无线数传台，作业人员在操纵机器人时要保证人身安全。保证机器人电气系统的高压安全和机器人作业平台对地绝缘，通过安装升降系统升降臂上的动力线给机器人供电，车载柴油发电机为机器人系统提供动力源，采用10kV隔离变压器保证机器人作业平台对地绝缘。机器人末关节设计绝缘夹保证高压线与机械臂绝缘，机械臂涂绝缘涂料防止相间短路。

3.2 电气隔离设计

机械臂夹持手采用液压驱动，由一绝缘油管从安装作业平台上的液压泵浦供油，保证夹持手和泵浦之间的绝缘。为了保证作业中机械臂一次绝缘防护失败情况下，10kV线路不会经机械臂的供电回路对地放电，采用交流伺服电机驱动的作业机械臂的电源通过绝缘隔离变压供电，这样也保证了两臂操作两相时不会产生相间短路故障，避免供电回路对控制系统的冲击。主控模板、从控模板、液压模板、专用工具之间的信号传输均采用无线传输方式，避免了控制信号传输过程中的电气隔离现象。

3.3 带电作业工作中易忽视的危险点

重合闸的停用，配网线路中性点属非接地系统，作业过程中有可能引起相间短路，作业负责人作业前应与调度值班员联系，履行许可手续并停用所在工作线路的重合闸。当进行引流线的断、接操作过程中，主线与引流线间的电容电流随着被断、接线路长度的增加而增加。当线路长度超过一定值时，主线与引线间既有可能产生电容电弧，影响操作者对电容电流估计不足造成心理恐慌从而引发二次事故，同时电弧可能击穿、灼烧绝缘手套造成危险。带电作业过程中，作业区域带电导线、绝缘子等采取相间、相对的绝缘隔离措施，确保带电安全距离。绝缘隔离措施的范围比作业人员活动范围增加0.4米以上，作业人员与接地体的最小安全距离不得小于0.4米，最小相间的安全距离不得小于0.6米。

四 提高机器人绝缘防护措施

4.1 提高配电设备装备技术水平

采用真空断路器、SF6断路器、柱上真空开关、金属氧化物避雷器、硅橡胶绝缘子、交联电缆等新技术、新设备，减少设备质量问题、实验周期短等引起的不必要停电。在新建变电站中采用保护配置全面的微机保护。微机保护具备低压闭锁、时限速断等功能，在具备电流速断、过电流跳闸的基础上适应线路和负荷变化对保护方式的不同要求。通过在线监测、严密指导清扫、带电测温等先进的测试手段和科学的分析评估方法，掌握设备的性能，指导设备的检修，输变电设备涂刷RTV，延长清扫周期。在符合安全条件的前提下，能够实行带电作业，尽量实行带电作业，有效地减少线路停电时间。

4.2 提高配电人员的专业水平

带电作业是一个技术性较强、操作安全水平要求较高的特殊工种。带电作业要求作业人员有较高的素质和良好的身体条件。加强带电作业电工的日常培训，通过开展带电作业培训来提高作业人员的专业技能，每月保证带电作业工有不少于8小时的培训时间。带电作业工器具的保管和存放有严格的要求。按照要求派专人进行带电作业工器具的管理的同时建立带电作业工器具的保管库房，避免因不按要求保管和存放影响带电作业工器具的使用寿命，甚至威胁带电作业人员人身安全等现象的发生。对带电工作中使用的绝缘衣、绝缘手套、绝缘靴等绝缘防护用具进行保养。在绝缘手套的外面套上一层防磨损手套，提高使用寿命。按照安全预防性实验周期进行防护用具的试验。在每一次作业前，利用吹气法认真检查绝缘手套是否漏气，观察绝缘上衣、绝缘手套外观上有无针眼、裂纹等的同时，保证专人管理、定点存放。带电作业的技术管理侧重点在具体带电作业项目施工方案和安全措施的编制上，有别于其他施工项目技术管理。为了减轻作业人员的劳动强度、节省作业时间的同时提高了带电作业的安全性，施工方案中必须详细写明带电作业的基本步骤和保证作业人员的人身安全所采用的技术措施的同时采用先进的作业工机具，给带电作业班组配备先进的施工作业工机具，确保带电作业更好地开展并且取得好的经济效益，保障带电作业人员的人身安全。带电作业人员应加强自我保护意识，注意个人休息时间、调整心态，注重作业前的绝缘防护衣的穿戴、外观检查，作业过程中严谨摘下绝缘防护用具。

4.3 为了确保电力生产过程中人身、设备安全，电力企业制定有关安全生产的各项规程、规定和规章制度必不可少。通过带电作业技术管理制度、带电作业的工器具和人身防护用具专人管理制度、带电作业作业的工器具和人身防护用具预防性试验管理制度、带电作业奖罚制度、带电作业项目现场操作规程、带电作业资料管理制度等操作规程开展10kV配电线路带电作业工作。

4.4 加强机器人专用绝缘工具的开发及应用

为了解决现有手动工具劳动强度大，作业风险高，自动化水平低的情况，研制出高压带电自动剥皮器、电动扳手、断线钳、破螺母工具、并股线夹、导线遮蔽罩等六种作业工具，具有统一的机械连接和电气控制接口，并进行了电磁兼容设计，采用差分式无线接收模块实现可靠通讯，应用积分分离PID算法进行电流闭环控制，实现过载保护，在高压大电流环境下保证工具的可靠运行。由机械手或人工遥操作完成常规的带电作业任务，作业风险低、效率高，为配电网可靠运行提供了技术保障。

五 总结

在高压带电工作中，综合考虑机器人承受到的各种电压，保护装置的特性和机器人绝缘对各种作用电压的耐受特性，协调带电作业机器人的设备造价、维护费用和因绝缘故障引起的损失等，合理地确定机器人必要的绝缘水平，加强带电工作的安全性和可靠性。

［1］王树宾等，山东省电力安全事故年鉴1990——1998，山东省电力公司，2000

［2］蔡自兴，智能机器人研究的进展，1996