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电力设备巡检机器人与碳纤维机械臂的应用


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  最近国家电网常州供电公司配电部的一款变电站巡检机器人引起了诸多媒体的广泛关注,中央电视台十三套的“朝闻天下”节目也曾专门报道过这款自动巡检机器人的用途和各种优势。事实上,早在几年前这款机器人的设计就已经面世了,但是从功能设计到成品的投入使用,这中间的过程非常曲折,例如对该机器人的运转主体——机械臂的材质选择,就经历了反复的挑选与实验比较,最终选用碳纤维实现了理想的轻量化效果。


  智能机器人应用于配电设施中的意义非常深远,变电站设备巡检是有效保证变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作。例行的巡检每天至少需要2次,在高温天气、大负荷运行、新投入设备运行前以及极端天气后还要进行特殊巡检。每隔半个月,检修人员还需通过手持红外热像仪对变电站设备进行红外测温。在这些巡检过程中,检测人员都是以手工方式或手持掌上电脑记录,每次巡视时间在几个小时以上,工作负荷较大。如果变电站地处高海拔、酷热、极寒、大风、沙尘、多雨等恶劣环境下,更会加剧人工巡检工作的难度。在这种情况下,设备巡检机器人却能有效解决人工巡检的劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、管理成本高等问题,利用自主导航、精确定位、自动充电的室外全天候移动平台,将被检测设备的视频、声音和红外测温数据通过无线网络传输到监控室,巡检后台系统通过设备图像处理和模式识别等技术,结合设备图像红外专家库,实现对设备各种状态的实时监控。


  为了更好地实现智能化工作效果,巡检机器人制造过程中积极采用了很多新技术和新材料。例如,一个10千伏的普通变电站内一般有40多台开关柜体,平均每个柜体巡视时间约为3分钟,也就是说,一轮巡视至少要2个小时,该款机器人的运行设计采用的是自主充电的方式,充满一次可运行5-6小时,每充一次电至少要对设备进行两次全面巡检。因此,机器人的所蓄电能应尽量用于检测运行,如果自重过多,特别是机械臂的伸缩消耗过多的能量,势必将影响到机器人的实际运行效率。为保证机器人能耐受更长时间的高强度工作,传统的机械臂一般采用金属材料制成,如钢、铝合金等材料,如果按照惯例使用金属材料来制作这款机器人的7层套管,整体重量就会比较大,在伸缩以及轨道移动过程中消耗电能也会增多。


  多种方案比较后,最终,该款机器人采用了无锡威盛新材料科技有限公司的碳纤维机械臂,据该产品的开发负责人介绍,应用于这款机器人的碳纤维机械臂为可伸缩式套管,由从宽到窄7个不同型号的臂管组成,在未工作状态时,机器人身高约1米左右,当机器人移动到相应配电柜前开展巡检时,随着机械臂的自动拉伸,身高最高能达1.8米,方便机器人检测配电柜上不同高度的仪表。这7个碳纤维机械手臂的壁厚仅有0.5-2mm,7层套管的总重量仅有3KG,在强度保持在1700MPa以上的性能时,比钢材料的套管减重80%以上,比铝合金材料的套管也减少了30%的重量。作为整个机器人的主要部件,机械臂部分的减重直接影响到整个机器人的运行耗能,电量耗能的大幅度节约将有效延长机器人的工作时间,提高其工作效率。另外,碳纤维材料具有良好的抗腐蚀和耐疲劳性,在较大的温差下也能保持极小的蠕变性,因此,使用碳纤维材料制作机器手臂,完全可以在上述所提到的高海拔、酷热、极寒、大风、沙尘、多雨等恶劣环境下的配电站推广使用。


  据悉,常州地区科教城变电站、龙潜变电站等10座110千伏变电站内年底内将全部配置智能巡检机器人,全国范围内的智能巡检机器人落实工作将在明年陆续展开。碳纤维材料将随着越来越多的巡检机器人的投入使用,为智能化的供电服务贡献出更多的力量。


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