输电线路绝缘子串检测机器人设计与应用

赵德利，胡川，王星超，刘继承

（1.山东鲁能智能技术有限公司，济南250101；2.国网湖北省电力公司检修公司，武汉430064）

输电线路绝缘子串检测机器人设计与应用

赵德利1，胡川2，王星超2，刘继承2

（1.山东鲁能智能技术有限公司，济南250101；2.国网湖北省电力公司检修公司，武汉430064）

设计一种绝缘子串带电检测机器人。该机器人可以沿着绝缘子串自由攀爬，集绝缘检测、外观检测于一体，可以有效判别绝缘子低、零值和表面裂纹等缺陷。详细介绍绝缘子串检测机器人的整体结构、工作原理及现场应用，该机器人的应用能够减轻人工检测的劳动强度，降低输电线路运行维护成本。

检测机器人；绝缘子串；零值绝缘子

0 引言

绝缘子是用来支持导线的绝缘体，可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘［1］。绝缘子安装在高场强场合，承受机械负载，还经受日晒、雨淋等气候变化及化学物质的腐蚀，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。当线路中有一定数量的劣化绝缘子存在时，会引起闪络，导致绝缘子掉串，严重影响输电线路整体安全［1］。为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，绝缘子检测主要依靠人工检测，人工检测方式投入人员数量较大，且容易造成漏检、误检，环境非常恶劣时无法保证精度。绝缘子串检测机器人可以在停电或者带电的情况下，完成对架空输电线路绝缘子的检测，通过绝缘子串检测机器人可以缩短绝缘子串的检测周期，及时有效地发现缺陷，消除潜在故障，确保电力线路更加稳定、可靠的运行［2-3］。

1 绝缘子串检测机器人原理

绝缘子串检测机器人是由机器人本体结构、运行系统、检测装置等组成，是集合多传感器融合技术、EMC技术、视觉识别技术、无线传输技术于一体的复杂系统。该机器人可在架空输电线路中代替人工完成对绝缘子的检测，在检测过程中如发现零值或低值绝缘子时，可以向后台发送信号，提醒工作人员及时更换故障绝缘子。该机器人可以自动完成在绝缘子串上攀爬，能够克服重力、摩擦力等外力的作用，实现绝缘子串上的准确定点，机器人能够自动检测绝缘子串的两端极限位置及防止松脱。绝缘子串检测机器人作为一个自由移动平台，可以通过搭载不同的检测仪器及设备完成以下功能。

智能检测。通过机器人搭载绝缘子检测仪器，机器人在绝缘子串上行、下行过程中对绝缘子片电阻值进行检测，确定低值或者零值的绝缘子，将检测结果及时报警并反馈检测人员。

图像识别。绝缘子检测机器人承载可见光摄像机，对输电线路设备进行外观识别，对检测绝缘子片的钢脚、铁帽、瓷片裂纹进行检测识别，确定绝缘子表面的污垢程度，并将图像信息实时传输至显示设备。

人机交互。绝缘子检测机器人检测过程中，安装GPRS通信系统，将现场检测数据实时传输至变电站工作站中，实现异地的数据共享，提高检测效率。

2 绝缘子检测机器人设计

2.1 绝缘子串检测机器人本体结构设计

绝缘子串检测机器人本体结构如图1所示，主要由左、右攀爬组件和链接组件组成。左、右攀爬组件能使机器人克服重力、摩擦力的作用，在绝缘子串上自主攀爬及准确定位；链接组件的作用是链接左、右攀爬组件，均匀分布整机的重量；链接组件上安装有电源、检测仪、驱动控制器、视频传输等模块，可以通过机器人在绝缘子串上的攀爬，由检测仪器完成对绝缘子片的绝缘检测，通过无线传输将机器人检测的结果返回。

图1 绝缘子串检测机器人本体结构

2.2 绝缘子串检测机器人运行系统设计

绝缘子串检测机器人的运动爬行原理为双臂交替联动式攀爬方式，攀爬组件结构如图2所示。绝缘子串检测机器人初始位置时两个攀爬臂成90°夹角，驱动电机将动力经过齿轮组传递至攀爬臂，由攀爬臂的旋转运动完成机器人在绝缘子串上的移动，机器人本体以Atmega128作为中控CPU，通过设定驱动电机的旋转角度控制机器人在绝缘子串上爬行的距离。当机器人到达设定限位位置时，检测装置进行检测动作，检测完成通过串口读取检测数据，将绝缘子片检测的结果无线传输至监控设备，通过显示屏显示电池电量、检测结果、机器人的运行状态等。这种交替联动运动方式，可以保证绝缘子串检测机器人在运转过程中安全可靠的固定在绝缘子串上，克服由于绝缘子片本身制造而成的差异，保证绝缘子串检测机器人行走流畅，针对不同规格的绝缘子可以通过修改机器人在爬行过程中的运动角度来适应，增强机器人的应用范围。

2.3 绝缘子串检测机器人样机试验

瓷绝缘子主要由瓷件、钢脚、铁帽组成，如图3所示。铁帽的材质为可锻铸铁，钢脚部分为低碳钢，在瓷件和钢脚及铁帽之间由胶合剂固定。

图2 攀爬组件结构

图3 绝缘子片结构示意

绝缘子串中每片的绝缘子正如一个电容，绝缘子串与铁塔和导线组成的等值电路如图4所示。由于绝缘子片的金属和铁塔横担以及导线之间存在大量的杂散电容，悬垂绝缘子串的分布电压呈现出“U”型曲线，靠近导线侧电压最高，随着距离变大电压逐渐降低，到达杆塔端电压又逐渐升高。绝缘子串检测机器人进行高压带电试验如图5所示，在线路端加载500 kV线电压，绝缘子串检测机器人依次对每片绝缘子进行检测，试验结果如图6所示。

图4 绝缘子串的等值电路

图5 绝缘子串检测机器人带电试验

当绝缘子串检测机器人攀爬至指定位置时，由检测机构触发检测探针接触绝缘子片两端的钢帽，通过对单片的绝缘子施加高电压，测量脉冲电流值，计算得出绝缘子片的绝缘电阻。试验前人为短接［右4］、［右8］绝缘子片，机器人可以准确的判别绝缘子串中的劣质绝缘子片的位置及阻值，如图6显示［右4］、［右8］绝缘阻值明显偏低。通过无线通信将检测数据传输至手持终端，可以实现检测人员对检测结果的实时掌握。绝缘子串检测机器人与传统的检测方式相比，检测效率高，检测精度可靠，机器人可将检测的数据及时发送于后台软件，也可将数据及时发送至其它地面的接收设备。

图6 绝缘子串机器人检测数据图

3 结语

研制一种输电线路绝缘子串检测机器人，采用多传感器融合技术、无线传输技术及电磁兼容技术，完成了绝缘子检测机器人的整机设计及实际带电试验。该机器人可以流畅的完成在绝缘子串上的上、下爬行过程，并配合完成绝缘子片的绝缘性能检测。该绝缘子串检测机器人运行高效，整机结构紧凑，操作方便，并将检测的绝缘子片的结果实时传送至后台监控软件，让检修人员更加直观地监控绝缘子片的绝缘性能。绝缘子串检测机器人不仅大大降低了输电线路检修人员劳动强度，直观显示绝缘子片的电气绝缘性能，提高检测效率，而且提高了输电线路绝缘子的管理水平、电网的智能化和信息化水平，具有良好的经济和社会效益。

［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］.

［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.

［3］卢明，姚德贵，张国民，等.劣化绝缘子检测方法的对比分析［J］.电瓷避雷器，2006（5）：9-13.

Design and Application of Inspection Robot on Transmission Line Insulator String

A kind of insulator string charged inspection robot is designed.The robot can climb along insulator strings，detect insulation fault and surface fault.Defects and flaws such as low insulator and surface crack and so on can be detected effectively.Overall structure，working principles and field applications of the insulator string inspection robot are introduced.The robot can reduce labor intensity of manual detection and maintenance cost of transmission lines.

inspect robot；insulator string；zero resistance insulator

TM726

：A

：1007－9904（2014）06－0005－03

2014-09-20

赵德利（1986），男，工程师，从事电力特种机器人研究工作；

胡川（1985），男，助理工程师，主要从事超特高压输电线路运行、带电检修工作；

王星超（1985），男，助理工程师，主要从事超特高压输电线路运行、检修工作；

刘继承（1985），男，助理工程师，主要从事超特高压输电线路运行、检修工作。