围绕变电设备带电检修过程中存在的人工检修效率低、停电检修代价高的问题,针对变电站内典型作业工况,我研究所设计了全国首台人工智能型变电设备带电检修自动化等电位作业平台,采用双臂协作的作业方式,能够以等电位作业的方式实现110kV及以下变电设备引流线夹自动化安装/拆卸、接头螺栓锁紧/更换、绝缘子清扫等任务,具有广阔极高的应用前景,在电磁屏蔽、室外复杂环境高精度视觉定位、双机械臂协作平台设计等方面取得了重要成果,主要包括:
(1)基于现场高强度电磁干扰和作业任务对高精度视觉定位的需求,提出了一种双臂协作式多次定位等电位作业工艺。该工艺将作业过程前后分为四部分,即粗定位、等电位、精定位、作业,其中粗定位的目的是确定等电位目标点;等电位操作能够保证作业过程的安全性,同时也保证了精定位的可行性;精定位进一步提升了作业精度,最终实现了保证作业工器具安全的前提下的高精度作业。
(a) 粗定位 |
(b) 等电位 |
(c) 精定位 |
(d) 锁/卸螺栓作业 |
图1等电位带电作业工艺 |
(2)基于现场狭小空间、强电磁干扰和高精度、高强度作业需求,针对上述作业工艺,设计了一种轻量化双机械臂协作平台。该平台主要包括机械臂子系统、作业工装子系统、视觉子系统、电源子系统、控制子系统等,其中机械臂子系统主要用于带动工装和视觉子系统实现定点作业;作业工装子系统用于实现具体的作业任务;视觉子系统主要用于实现现场三维重构、目标识别与定位;电源子系统主要为平台提供电能供应;控制子系统用于实现整个平台的决策与控制。该平台重量低于325kg,室外作业工装定位精度可达±3mm,满足作业需求,作业平台架构图和三维模型效果图如图2和图3所示。
图2 作业平台架构图
图3 作业平台设计效果图
此外,为了保证上平台在强电磁干扰下的等电位作业,采用了一种多层包覆的屏蔽技术,结果表明该技术能够保证所设计平台在110kV电压下的正常运行。
(3)为验证所设计平台及工艺的可行性,先后在武汉高压研究所、山东泰开汽车制造有限公司及黄石余坊110kV变电站等地完成了电磁屏蔽测试、室内不带电/带电功能测试、现场不带电/带电功能测试等。结果表明,该平台在电磁兼容测试项目中所有测试指标均达到A级,且能够在现场带电环境下基本实现全自动化作业,主要指标达到了行业领先水平。
(a)测试姿态 |
(b) 测试过程 |
图4 电磁兼容性能试验 |
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(a) 绝缘子清扫作业 |
(b) 引流板拆卸作业 |
图5 室内带电测试 |
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(a) 绝缘子清扫作业 |
(b) 螺栓紧固作业 |
图6 室外带电测试 |
(a)绝缘载体收缩状态 |
(b)绝缘载体伸展状态 |
图7 实际平台效果图 |