架空输电线路巡检机器人发展研究

苗俊，尤志鹏，袁齐坤，刘立文，王璋

（云南电网有限责任公司曲靖供电局，云南 曲靖 655000）

架空输电与其他输电方式相比，投资较小，建设的速度比较快，在实际的施工中也可以尽快完工，操作方便，但不可忽视的是，在遇到输送量比较大的时候，随着输送距离的增加，对于线路的电压要求也就越高，这个时候的输电线路抗阻能力又相对较小，因此，就会暴露出较多的缺陷，例如：更易受到风雪以及雷击等自然灾害的影响，也会导致较多的安全事故。输电线路的安全性从发展以来就受到人们的重视，尤其是超高压输电线路的安全性能，所以，对线路进行巡检就显得尤为重要。当前情况下，我国架空电力线路的巡检主要分为三大类，分别是人工的巡检、智能机器人的巡检以及飞行器的巡检，伴随着时代的进步，机器人技术的发展，在线路巡检中采用智能化的机器人受到越来越多的关注。

1 架空输电线路巡检机器人的概况

1.1 架空输电线路巡检机器人的发展

架空输电线路在很早就出现了，早期线路巡检主要采用人工巡检，还会使用到直升机巡检，这两种巡检方式使得线路巡检的安全性得到相应的保障。20 世纪80 年代末，美国、日本等国家逐渐出现了线路巡检机器人，这是电力行业发展中的里程碑，极大提高了线路巡检的效率和质量，也在很大程度上促进了电力系统的发展。但早期的线路巡检机器人由于受到技术的限制，在实际应用方面还存在一定的漏洞，在某些方面还达不到相应的标准，2005 年以后，随着发展和需求，线路巡检机器人逐渐突破了结构检测、越障模式以及导航等方面的缺陷，不断改进技术，逐渐取得新的进展，推动线路巡检机器人的可持续发展。随着全球经济的飞速发展，社会的全面进步，大众对于能源的需求也在不断加大，电力资源作为能源的主要组成部分，在人们的生活和工作中占有举足轻重的地位。超高压大容量电力线路在不断扩建，能源的覆盖面积也在不断加大，对于架空输电线路来说，实现远距离供电已经成为大势所趋，导线对地面和建筑物保持一定的距离，输电线路通过绝缘子架设在杆塔上进行工作，远距离输电具有一定的优势，这种优势使得现代大多数线路输电都采用这种方式。

1.2 架空输电线路巡检机器人系统介绍

线路巡检机器人是一种在高新技术基础上发展的系统，是一套复杂而又系统的机电一体化系统，主要是由控制系统、电源与屏蔽系统、导航与定位、机械结构以及通信系统等几个部分构成的，在线路巡检机器人的发展过程中，相关人员针对这些组成部分不断改进。

在机械结构方面，由于这种巡检机器人最早出现在国外，因此最早研制也发生在国外，这种机器人结构的工作原理主要是从驱动方式入手，经历了无跨越机器人到有跨越障碍物的功能，最终发展成为复合式的机器人，与传统的仿生手臂机器人，这种复合式的机器人效率更高，功能更全面。

首先，轮式机器人在实际使用的时候具有一定的缺陷，主要是在移动体的两端安装滑动轮，中间保留沟槽，这样可以在电缆上行走。但这种结构的机器人具有一定的限制，它只能在一档线上工作，缺乏越障功能，但在实际中，机器人在巡检的过程中会遇到各种各样的障碍物，一旦障碍物出现，还需要人为进行搬运，不利于工作效率的提高，而且也会给清除障碍物的工作人员带来一定的安全隐患。

关节机器人，就是利用电磁铁，将其关节与连接棒进行连接，电磁铁设置在电线的左右两端，机器人夹着进行移动，这种结构的机器人在遇到障碍物的时候，会在遇到障碍物的最前端寻找节点，并将电源开关切掉，以此穿过障碍物，当障碍物顺利越过的时候，再将开关闭合，然后继续通过电磁铁吸引力夹紧电线前进。在这样的情况下，巡检机器人可以独立处理较小，难度不大的障碍物，在遇到杆塔的时候，同样需要人为的支持，所以，其处理障碍物的能力还是具有一定的限制性，没有完全实现对障碍物的解决。

轮臂复合式的驱动巡检机器人，就是在移动体的两侧设置长条形的臂膀，在正常情况下，这两个臂膀不会工作，在障碍物出现的时候，臂膀就会用顶端的夹爪机构处理障碍物，并与驱动轮进行配合，使得移动体在脱离电缆的情况下实现对障碍物的跨越。这种结构的巡检机器人克服了其他结构巡检机器人的缺陷，它将轮式机器人与仿生手臂机器人的优点结合起来，在实际的工作中既能发挥仿生手臂机器人的灵活爬行优势，又可以实现轮式巡检机器人的蠕动行走功能，具有极大的实用价值，因此，在工程线路巡检中得到广泛的应用。

2 架空输电线路巡检机器人的电源使用技术

在对线路进行巡检的过程中，电源是必不可少的，也是机器人不可或缺的一部分。只有电源充足，巡检机器人才可以在野外进行长时间的工作。考虑到架空输电线路巡检机器人工作的实际状况，工作环境比较复杂，因此，机器人除了使用蓄电池外，还需要依靠自身的充电功能。充电装置也随着科学技术的改进而不断优化，现在通用的供电装置主要包括蓄电池、燃油机发电以及太阳能充电。

蓄电池供电在实际的工作中具有一定的劣势，在使用蓄电池充电的时候，必须考虑其重量和体积，对于长时间供电具有一定的局限性。当电池电力出现问题的时候，可以选择更换电池，也可以选择新的蓄电池进行充电，但这种方式并不能完全彻底解决电力不足的状况。使用燃油机进行充电，也面临着重量大、可靠性不强等缺点，并且其受到工作环境的影响，油箱的携带具有一定的危险性。太阳能充电是一种新型的充电方式，随着社会的进步，太阳能能源逐渐被人们发现使用，太阳能充电也成为电力行业新的供电装置，巡线机器人的太阳能供电也得到一定的发展。

3 架空输电线路巡检机器人的检测技术

一般来说，线路巡检机器人在巡检的时候，主要观察线路是否存在损坏以及线路问题进行检测，检测方式主要有两种，一种是接触式的检测，另一种是非接触式的检测。

线路检测的传统方式主要检查线路的断线问题，这种问题一般是通过望远镜或者检测人员的人工检测实现的，这种方式的效率比较低，还会带来相应的安全隐患。随着社会的发展，检测方式不断更新，巡检机器人可以利用声音来判断线路的故障，在麦克风发出声音后，与原有的设置声音进行比较，如果存在差距就说明该线路有问题。另一种就是通过红外技术进行检测，这种利用红外光成像传感器进行检测的方式具有巨大的优势，它可以将采集到的信息传送到相关系统，由系统做出判断，并采取有针对性的措施进行解决。

4 结语

综上所述，架空输电线路巡检机器人与传统的巡检方式相比，具有极大的优势，可以充分保证检测的安全性和准确性，巡检机器人在发展中不断更新，在电源设置、检测技术以及充电模式上都尽量完善，巡检机器人可以在电缆上进行自由行走、独立完成检测工作，并可以与地面监测站进行有效的联系，在促进检测工作方面发挥了极大的作用，未来的架空输电线路巡检机器人将会得到更快的发展，变得越来越智能化和专业化，从而促进我国线路检测的长远发展。