換流站帶電水沖洗機器人系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種換流站帶電水沖洗機器人系統。
【背景技術】
[0002]換流站是指在高壓直流輸電系統中，為了完成將交流電變換為直流電或者將直流電變換為交流電的轉換，并達到電力系統對于安全穩定及電能質量的要求而建立的站點。
[0003]換流站絕緣子長時間暴露在外界環境中，表面易沉積污垢，這些污垢受惡劣天氣侵害容易發生污閃事故。絕緣子帶電水沖洗作業可以提高供電的可靠性，減少停電損失，保證換流站及輸電線路的安全。在現階段的換流站絕緣子沖洗作業主要存在以下缺點:
[0004]1、換流站的干擾來自開關場的電暈及運行中的換流閥，當換流站內交流開關場和直流開關場的母線、絕緣子、配件和其他設備的帶電導體表面電場強度超過臨界值后，周圍空氣分子將被電離，形成電暈放電，所以，換流站的絕緣子人工清洗存在這極大的安全隱串
■/Q1、O
[0005]2、沖洗方式大多是由清洗技術人員手持沖洗設備進入現場進行作業，人工沖洗不僅依賴于天氣情況，還需要清洗人員具備較高技術水平及熟練的操作流程，對絕緣子進行帶電水沖洗時需要高規格的安全防護，以避免短路電流造成的安全事故，引發人員傷亡，這類作業方式存在安全隱患。
[0006]3、人工作業面臨著勞動強度大，效率低，自動化水平低等諸多問題；另外，考慮著帶電水沖洗技術要求較高，受環境、積污情況、設備爬距、設備布置方式等多種因素影響，人工沖洗時容易發生設備閃絡。
[0007]4、考慮到帶電水沖洗作業受到沖洗角度、水壓等多方面的影響，人工作業有時不能把設備外絕緣表面的污穢物完全沖走。
[0008]因此利用更安全和效率更高的機器人代替人工對換流站絕緣子進行水沖洗作業是非常有必要的，是符合時代發展要求的。
【發明內容】
[0009]為解決現有技術存在的不足，本發明公開了換流站帶電水沖洗機器人系統及方法，該裝置利用機器人代替人工完成換流站絕緣子沖洗作業，使操作人員位于安全區域內，保障了操作人員的安全，降低的勞動強度，提高沖洗效率和自動化水平。
[0010]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0011]換流站帶電水沖洗機器人系統，包括用于高空沖洗的主沖機器人及用于低空沖洗的輔沖機器人，所述主沖機器人及輔沖機器人相互配合共同完成換流站絕緣子的沖洗；主沖機器人及輔沖機器人均包括車體移動機構及電氣控制系統；
[0012]所述輔沖機器人的垂直升降機構連接在車體移動機構前端，垂直升降機構安裝有多級伸縮臂，多級伸縮臂與水槍沖洗機構的工作云臺相連；所述主沖機器人的述車體移動機構通過回轉支承與升降機構的回轉平臺相連，升降機構的回轉平臺上還安裝有多節多級伸縮臂，多節多級伸縮臂與水槍沖洗機構的工作臺相連；電氣控制系統通過有線方式完成對機器人伸縮臂、及水槍沖洗機構的控制。
[0013]所述車體移動機構為履帶式移動底盤結構或輪式移動底盤結構或輪履切換式結構。
[0014]所述車體移動機構為履帶式移動底盤結構，主要由履帶底盤、左行走馬達、右行走馬達、驅動輪、從動輪、承重輪、履帶、張緊緩沖裝置以及兩側的四個液壓支腿組成，左行走馬達和右行走馬達通過螺栓連接在履帶底盤支架上，驅動輪通過驅動軸與行走馬達聯接，從動輪、承重輪與張緊緩沖裝置分別通過旋轉軸與履帶底盤支架聯接，履帶套在驅動輪、從動輪、承重輪與張緊緩沖裝置的外側，底盤左邊為柴油箱，右邊為液壓油箱，液壓支腿鉸接在履帶底盤上。
[0015]所述升降機構包括回轉平臺及調平機構，回轉平臺通過回轉支承與車體移動機構連接，回轉平臺上鉸接有多節多級伸縮臂，回轉平臺及多節多級伸縮臂的大臂與變幅油缸鉸接連接，多節多級伸縮臂的大臂及連接臂與伸縮油缸鉸接連接，調平機構包括調平油缸I和調平油缸II，調平油缸I安裝在回轉平臺和大臂間，與回轉平臺、大臂鉸接連接，調平油缸II安裝在工作臺與小臂之間，與工作臺、小臂鉸接連接。
[0016]所述多節多級伸縮臂包括大臂、連接臂及小臂，大臂鉸接到回轉平臺上，連接臂前、后端均設置有滑塊，滑塊與連接臂螺栓連接，連接臂通過滑塊與大臂、小臂滑動連接，連接臂的頭部安裝有鏈輪，通過鏈傳動實現連接臂與小臂的同步伸縮。
[0017]所述多節多級伸縮臂的大臂、小臂上通過螺栓連接有變幅鏈條，大臂前端繞過鏈輪與伸縮鏈條的前端鉸接，伸縮鏈條的末端與小臂末端鉸接。多節多級伸縮臂為三節兩級伸縮臂。
[0018]所述水槍沖洗機構包括俯仰油缸及擺動油缸，俯仰油缸通過螺栓連接在擺動油缸上，擺動油缸通過螺栓連接在工作臺上，俯仰油缸上鉸接有第一水槍架，第一水槍架上連接有第一水槍。
[0019]所述第一水槍架上通過螺栓安裝有第一跟蹤攝像機，用于實時觀察絕緣子水沖洗作業情況，第一跟蹤攝像機正下方裝有第一激光測距儀，用于實時測量水槍與水沖洗作業絕緣子的距離。
[0020]所述回轉平臺上還連接有液壓控制系統的比例控制閥組；此處的比例控制閥組為上裝控制閥組B。
[0021]所述液壓系統包括下部控制閥組A、上裝控制閥組B及中央回轉接頭，共有七個比例換向閥和四個手動換向閥。
[0022]所述下部控制閥組A通過分配閥與液壓泵連接，由四個手動換向閥控制水沖洗機器人四個支腿油缸來完成伸縮運動，兩個比例換向閥控制左右兩個馬達，進行機器人行走運動；
[0023]所述上裝控制閥組B依次經中央回轉接頭、上裝控制切換按鈕、分配閥、與液壓泵連接，由一個比例換向閥控制回轉馬達，完成上裝回轉平臺旋轉運動，兩個比例換向閥控制大臂俯仰和小臂伸縮運動，另兩個比例換向閥通過水平擺動油缸和垂直擺動油缸實現水槍的水平運動和俯仰運動。
[0024]所述中央回轉接頭是連接回轉平臺與底盤油路的液壓元件，用于使回轉平臺旋轉任意角度后，液壓油路還能正常配油。
[0025]電氣控制系統包括車載子系統和遙控子系統，車載子系統包括工控機，工控機通過485總線采集各類傳感器上傳的數據，并對從遠程遙控器接收到的指令下發給有線接收機，有線接收機接收到遠程遙控器的數據后在工控機中進行處理然后再下發給有線收發機，通過對電壓值的調節控制比例閥的開合及流量大小，實現對移動底盤左右輪運動、小臂伸縮、大臂俯仰及回轉平臺旋轉的控制。
[0026]所述各類傳感器包括拉線傳感器、角度傳感器、傾角傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、電壓傳感器與電流傳感器，拉線傳感器安裝在大臂與小臂之間，用于測量小臂的伸縮長度，大臂和工作臺均裝有一個角度傳感器和一個傾角傳感器，采集大臂和工作臺水平和垂直方向的角度數據并傳遞給工控機，其中工作臺上的角度傳感器與傾角傳感器數據通過ZIGBEE有線傳送，以實現頂端平臺的完全絕緣，溫度傳感器和壓力傳感器安裝在液壓油箱上，采集液壓油箱中的油溫以及液壓油箱中液壓油的壓力數據，采集到的數據為模擬量，經過A/D轉換成數字信號經過485傳遞給工控機，電壓傳感器與電流傳感器采集電路中的電壓值及電流值，檢測電路中的電壓及電流是否穩定，采集到的模擬信號經過A/D轉換模塊轉換為數字信號經過485總線傳遞給工控機。
[0027]所述輔沖機器人的垂直升降機構包括兩級垂直伸縮臂、風琴箱護罩、絕緣支柱及車載控制器，垂直伸縮臂鉸連接與車體移動機構固定板上，絕緣支柱安裝于垂直伸縮臂上端，車載控制器固定在垂直伸縮臂固定板上，風琴箱護罩將兩級垂直伸縮臂、絕緣支柱及車載控制器包圍其中。
[0028]所述輔沖機器人的水槍沖洗機構包括云臺、電控箱、第二水槍架；電控箱安裝于絕緣支柱上，提供云臺、第二跟蹤攝像機所需電源；云臺實現第二水槍水平及俯仰兩個方向運動；第二水槍架鉸連接在云臺上方，第二水槍架上連接有第二水槍、第二跟蹤攝像機、第二激光測距儀。第二水槍架上通過螺栓安裝有第二跟蹤攝像機，用于實時觀察絕緣子水沖洗作業情況，第二跟蹤攝像機正下方裝有第二激光測距儀，用于實時測量水槍與水沖洗作業絕緣子的距離。
[0029]輔沖機器人的第二履帶底盤左邊為液壓油箱，右邊為柴油箱。動力總成采用自帶動力源，柴油機提供動力，可以進入密集設備區內作業，解決了現場的電源配置問題。
[0030]換流站帶電水沖洗機器