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论文之二十一：自动机械臂带电更换悬垂绝缘子 倪孟华 厦门超高压局生技部 摘要：本文主要介绍自动机械臂的工作原理、结构、性能以及通过机械臂、绝缘操作杆，地电位作业人员采用 “短四取一”的作业方式带电更换悬垂绝缘子的作业方法。 关键词： 自动机械臂；带电作业；地电位；绝缘子 0引言 我国带电作业技术的发展经历了绝缘防护、绝缘工具、绝缘斗臂车、带电作业机器人四个阶段。前三个阶段的带电作业人员在作业时都时刻处于高电压、强电场中。带电作业机器人则是改进带电作业的工器具，避免人员进入等电位电场作业，从而提高带电作业的安全性及输电可靠性。我局经过广泛调研，引进消化、应用自动机械臂，作业人员在地电位成功带电更换悬垂绝缘子。 1 自动机械臂的工作原理 1.1常用的带电更换悬垂绝缘子的方法 220kV及 500kV输电线路瓷绝缘子串的中间部分发现有低值、零值瓷绝缘子时，人工是无法进行单片更换的等电位作业，必须整串带电作业更换或停电作业。目前国内所使用的带电作业卡具由带有剪刀式开/闭门的上卡、下卡以及螺杆式收紧器构成，相应的行业标准为《DL/488 带电作业用盘型悬式绝缘子卡具》。此类卡具的主要缺点是： （1）为将上卡和下卡收紧，需人力进行操作，费时费力。 （2）属接触式操作，工人需冒高压触电和高空跌落的风险。 1.2自动机械臂开发利用需考虑的因素 1.2.1安全性因素 自动机械臂更换不良绝缘子在带电作业过程中要确保两个安全：一方面是作业过程中的人身安全，另一方面是作业时的设备安全。 （1）由于操作人员处于地电位位置，故采用自动机械臂更换时人身安全能得到充分的保障。仅需保证操作杆、绝缘绳的绝缘电气安全即可。 （2）设备安全的重点是要确保在作业过程中不发生导线脱落以及绝缘子串脱落的情况。针对设备安全的两个重点，通过对施工作业工器具的机械强度的仔细计算、反复试验，决定在设备的机械强度上考虑2.5倍的安全系数。每件工具的试验项目和试验指标均按安全要求制定。另外还采取适当的闭锁机构以防止液压机构发生泄压情况下的机械臂失去稳定。 1.2.2实用先进性因素 带电作业技术的先进性很大程度取决于所使用工器具的实用和先进程度。要提高安全性能、降低劳动强度及提高工作效率，除了提高操作人员的操作技能外，最主要的措施是提高工器具的性能。 （1）在进行工器具的制作和选型上进行了充分的考虑，在整体结构布置选型时考虑到安装运输、机械强度、绝缘性能等多方面的要求，将两个液压缸分别在两侧，电池的重量和液压油路的大小在满足要求的前提下进行最小优化。 （2）考虑到机械强度以及安装操作方便采用高强度的铝合金材料制作卡具，既保证了机械强度又大大的降低了卡具的自重，方便了带电作业人员的安装等。 （3）遥控装置的遥控距离在10米以上，要求稳定性、准确性、安全性、灵敏性和抗干扰能力优良。 1.3自动机械臂的工作原理 超高压输电线路的的悬垂绝缘子串由多片盘型绝缘子首（球头）尾（带球窝的钢帽）串接而成，当经过多年运行之后，个别绝缘子会发生劣化而失效，需立即进行更换。在进行带电作业时，为把一片劣化绝缘子从一串绝缘子中取出来，必须使用带有收紧装置的专用卡具，目的是使劣化绝缘子及两侧的绝缘子（共四片绝缘子）从拉紧状态（因所悬挂导线的若干吨的重量而使绝缘子串处于绷紧状态）变为松弛状态。 利用自动机械臂进行带电更换作业时，通过传递绳将机械臂升至绝缘子串的高度，移动绳索和利用机械臂识别卡具，将机械臂固定在绝缘子串不良绝缘子的上下两片绝缘子上位置。操作人员在杆塔上使用非接触式遥控装置，开动伺服传动装置提升绝缘子串。将被更换绝缘子的荷载转移到机械臂上，操作人员使用操作杆取出不良绝缘子，装入新绝缘子。伺服传动装置下行，下绝缘子下降，新绝缘子承受荷载。打开机械臂的卡具，机械臂离开绝缘子。整个作业中操作人员始终处于杆塔地电位，工作量为利用操作杆取换绝缘子。高压电场内的工作完全由机械臂来完成。机械臂的具备绝缘子高度和绝缘子铁帽的识别能力，能够调整机械臂的连接长度适应实际绝缘子长度，卡具具有易更换性，可根据不同类型绝缘子，使用不同卡具满足实际需要。见图1。 图1自动机械臂更换绝缘子图例 图2 机械臂结构原理图 自动机械臂的构成及性能 2.1自动机械臂的系统构成 自动机械臂主要由液压系统和遥控系统组成，自重35Kg左右。 2.1.1液压系统 液压系统由泵源集成块、控制阀块、液压缸和液压管路四部分组成，由十几种液压元件集成，结构较复杂，总重不超过17Kg。液压系统含左、右液压缸各一根，每根缸输出拉力1800kg，合计3600kg，两缸活塞杆通过丝杠、螺母机构连接到下夹具上。考虑高空作业的安全性，设计特殊的液压闭锁机构。在工作中，液压系统的任何部位出现负压（液压油泄