输电线路绝缘子检测机器人设计

段军鹏，艾上美

(云南电网公司楚雄供电局，云南 楚雄 675000)

0 前言

由于受到各种环境因素的影响，绝缘子易出现老化或劣化现象［1］。长期运行会出现绝缘电阻降低、表面污秽、开裂甚至击穿等故障;为了保障输电线路的安全运行，需要定期对线路的绝缘子进行检测，确定绝缘子是否需要更换。目前国内绝缘子检测方法仍为人工检测，人工检测方式工作环境差，人员投入大，检测效率低，而且易造成漏检及误检［2］。为线路绝缘子设计绝缘子检测机器人对安全运行具有重要意义。

1 机器人概况

绝缘子检测机器人是由机器人本体结构、机器人控制系统、检测系统及无线传输系统组成的一个复杂系统，机器人融合多项技术如电磁屏蔽技术、信息无线传输技术、多传感器应用技术。绝缘子检测机器人可以在实际的架空输电线路中代替线路检修人员完成对绝缘子串的检测工作，当绝缘子检测机器人检测发现劣化绝缘子片时，机器人将向监控后台发送警示，预警绝缘子片的绝缘状态。绝缘子检测机器人能够完成在绝缘子串上的上、下行运动，且能够准确的在检测位置定位，完成绝缘子片的检测工作。

绝缘子检测机器人本体可作为一个移动平台，可以通过搭载不同的检测仪器或设备完成以下的几个功能:

1.1 自动检测

将机器人放置于绝缘子串上，机器人可以沿着绝缘子串上、下自动行走，通过检测仪完成对绝缘子片的绝缘特性检测，检测结果为分布电压或者绝缘电阻，从而确定劣质绝缘子，机器人将检测结果实时传输至监控设备，给予检测人员警告。

1.2 外观识别

通过搭载微型摄像机，绝缘子检测机器人可以监控绝缘子片的外观，如钢帽、瓷片裂纹等缺陷进行识别，检测表面污秽，通过天线将机器人监控的图像实时传送至显示仪器。

1.3 智能操控

绝缘子检测机器人可以按照预先设计的程序进行绝缘子串的检测，也可根据现场环境更改机器人运动逻辑及运动速度，使机器人的控制更加机动灵活，更加符合现场的实际场合。

2 绝缘子检测机器人设计

2.1 绝缘子检测机器人本体系统设计

图1 绝缘子串检测机器人产品图

检测机器人主要由爬行部分、伸缩部分组成，爬行部分的主要功能是实现机器人在绝缘子串上的前后爬行动作，爬行部分为两组对称安装方式，此结构保证机器人的受力更加均衡，整机中心分配更加合理。机器人的转动件应该尽量靠近绝缘子片的边缘;可保证机器人可顺利通过均压环;从而保证了机器人能够完成对整串绝缘子的检测工作。

2.2 检测机器人控制系统设计

绝缘子检测机器人控制系统总体分为:机器人本体部分和无线监控设备部分见图2，本体部分完成机器人位置信息的采集及判定，输出控制攀爬指令完成机器人智能前后爬行动作，机器人上运用多个位置传感器，电路采用PID 闭环控制系统，向绝缘子电阻检测模块输出控制命令完成检测并读取检测信息，将绝缘子检测信息通过无线模块传输给无线监控设备，完成机器人与地面操作人员的人机信息交互。

绝缘子检测机器人本体系统软件采用C 语言编程，软件平台应用ICCAVR 编译平台和KEIL MDK 软件编译平台，调试平台应用ATMEL 的AVR Studio 4.02。软件采用模块化设计，易于维护和扩充，可移植性强。监控终端基于Windows操作系统，采用Visual C++进行终端软件测编写。

图2 绝缘子机器人控制系统示意图

2.3 样机实验及零值检测

由于绝缘子与输电线、杆塔之间存在杂散电容，导致绝缘子串上的电压并非均匀分布，局部场强较高，从而容易产生电晕、劣化、闪络甚至击穿。.为防止运行中的绝缘子被击穿，必须要使绝缘子串上分压最小的绝缘子其压降小于击穿电压，并留有一定裕度。由于分布电压能反映绝缘子的一些电气特性，如污秽分布状况，绝缘子绝缘状况等。

对绝缘子检测机器人在进行高压带电试验，通过采用“绝缘子电压分布测量仪”来判劣质绝缘子片，其中的第5 片绝缘子为在搭建试验环境时人为放置的劣质绝缘子，在线路端依次施加220 kV、330 kV、500 kV 线路电压，由机器人分别三次进行带电检测。

通过在高压试验室对绝缘子串的带电测试，试验结果如下:

图3 绝缘子检测机器人检测的电压分布图

1)绝缘子检测机器人成功的完成第5 片裂化绝缘子的检出工作，检测结果与实际结果相同，机器人的的检测精度可靠，绝缘子检测机器人将检测结果传输至监控终端，结果直观。

2)绝缘子检测机器人的爬行速度在实际环境下可以按照需要设置，检测时间短，移动速度快。

3 结束语

绝缘子检测机器人基于输电线路绝缘子串分布电压的特点，结合线路的高场强环境特点，采用电磁屏蔽技术、数据采集及无线传输技术，完成了绝缘子检测机器人在高压试验室的带电试验，成功的检出其中的裂化绝缘子片。该机器人结构紧凑，移动速度快，提高了绝缘子片检修工作的效率，为实际架空输电线路大量的绝缘子片检修工作提供了新的解决思路，为保证架空输电线路的可靠、安全运行提供了新的技术保障。

［1］Q/GDW 515.1－2010 交流架空输电线路用绝缘子使用导则第一部分:瓷、玻璃绝缘子［S］.中国电力出版社:国家电网公司，2010 年10 月.

［2］朱虎，李卫国，林冶.绝缘子检测方法的现状与发展［J］.电瓷避雷器，2006，(6):13－17.