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摘要：机巡作业是当前电力巡检的主要发展方向，但与直升机、无人机以及变电站机器人相比，我国输电线路机器人巡检尚未达到实用化水平。为此，对输电线路机器人实用化巡检关键技术开展了研究，建立了机器人典型作业模式，并完成了机器人全自主巡检系统的研制。机器人通过了多种复杂自然环境和电磁环境工况的试验考核，以及户外真型线路试验段的功能测试，异常情况下的紧急救援措施并成功开展带电救援作业。
关键词：架空输电线路；机器人；巡检系统；
引言
传统人工巡线存在工作量大、效率低、巡检准确度低且危险性高等缺点。随着我国电网规模增大，而相应运维资源、人力物力并未等比例提升，急切需要先进巡检手段提高电力线路巡检能力。目前较先进的巡检手段主要有：直升机巡检、大型无人机巡检、中小型无人机巡检和智能机器人巡检等。
1 输电线路机器人全自主巡检系统概述
机器人全自主巡检即机器人在巡检起始杆塔自动上线，在巡检终止杆塔自动下线，均无需人工登塔辅助，由自动上下线装置实现机器人自主上下线；在沿架空地线巡检过程中，只需事先设置机器人巡检所需的线路参数和任务规划，在无需人工干预、无需更换电池的条件下，机器人进行自主巡检和自主充电，整个巡检过程自动进行，全部巡检任务机器人自主完成。所设计的机器人全自主巡检系统应满足以下功能。
1）机器人在巡检过程中需具备自主过塔能力，通过对架空地线进行必要改造后，机器人可以自主穿越防振锤、悬垂线夹等异形障碍，具备自主过塔巡检能力。
2）机器人采用自动上下线装置进行上下线作业，无需人工登塔辅助吊装，只需少量人员在地面辅助操作即可完成机器人上下线。
3）巡检系统应具有多传感器融合功能，系统具备采集及处理高分辨率可见光影像、红外视频影像、高精度 3 维激光点云数据模块，能依据巡检任务选择相应模块配置数据采集方式。
4）巡检机器人应具有能耗监测与在线自动充电功能，通过在线充电和对能量进行有效管理，增强续航能力，增大巡检范围。
5）机器人应能进行自主巡检，具有导航定位能力，能获得精确定位信息；具有自动对准巡检目标能力，能克服行进中的振动干扰自动对焦，获得清晰影像数据。
6）巡检系统通讯模块应兼容多种通信策略，能够依据信号强度情况实时选择切换通信方式。为实现输电线路机器人全自主巡检系统功能需求，突破目前线路机器人巡检应用技术，研发了机器人全自主巡检系统。
2 机器人全自主巡检系统的设计研制
2.1 智能巡检机器人
2.1.1 机器人类型及作业方式
根据巡检需要，研制了 2 类沿地线巡检的机器人：穿越越障巡检机器人和跨越越障巡检机器人。前者在沿地线行走过程中，机器人行走末端执行器（行走轮）不脱离行走路径，且依次通过行走路径上的障碍物；后者在沿地线行走过程中，机器人行走末端执行器（行走轮）交替脱离行走路径，从行走路径上障碍物一端跨越障碍物到达另一端。根据实际线路机器人巡检需求，建立以下3种典型作业方式。
1）档距巡检。一般不改造行走路径，无需跨越档距内防振锤的，可采用穿越巡检机器人；需跨越档距内防振锤的，可采用跨越巡检机器人。档距巡检，一般适用于大跨越段或重要交叉跨越段巡检，或对存在安全风险的特殊区段巡检。
2）耐张段巡检。
一般不改造行走路径，可采用跨越巡检机器人；如采用穿越巡检机器人，则需对耐张段内地线防振锤及直线塔地线悬垂线夹进行改造。耐张段巡检，一般适用于对输电线路疑似故障区段或特殊区段进行故障巡检和特殊巡检。
3）多耐张段或全线巡检。一般需对行走路径进行改造，如采用穿越巡检机器人，则需对地线防振锤、直线塔地线悬垂线夹进行改造，并搭建耐张塔地线过桥结构；如采用跨越巡检机器人，则仅需搭建耐张塔地线过桥结构。
3 巡检系统检验测试及巡检应用
3.1 机器人环境工况测试
为考核机器人巡检过程中抗风能力，在中国航天空气动力研究院流体动力检测中心进行了风载试验，机器人通过风力为 10 级、风速为 24.5 m/s、持续时间为 2 min 的风载试验；为考核机器人巡检过程中抗雨能力，在中国船舶工业机电产品环境与可靠性检测中心进行了淋雨试验，机器人通过了 IPX3（体积流量为 10 L/min、持续时间为 30 min）、IPX5（体积流量为 12.5 L/min、持续时间为 10 min）这 2个防水等级的淋雨试验；为考核机器人电磁兼容性能，在电力工业电气设备质量检验测试中心进行了C 级静电放电抗扰度和 A 级射频电磁场辐射抗扰度、脉冲磁场抗扰度、工频磁场抗扰度试验，试验通过；为考核机器人耐受机械振动及环境气候性能，在中航工业环境与可靠性实验室进行了运输振动、XYZ 这 3 个轴的整机振动及 60 ℃高温、25 ℃的低温试验，试验通过。
3.2 巡检系统功能测试
为检验机器人巡检系统功能性能，搭建了户外输电线路试验段，通过机器人越障试验和爬坡试验，测试机器人的路径通过性、适应性和爬坡能力，并测试地面监控基站、自动上下线装置、太阳能充电基站、巡检后台管理系统的功能。先后测试了机器人通过耐张塔过桥、悬垂线夹、防振锤等异形障碍，以及搭载激光扫描仪或红外热成像仪的爬坡性能。真型线路测试证明，机器人可以平稳通过耐张过桥、单联线夹、双联线夹、防振锤等障碍物，搭载激光扫描仪/红外热成像仪时爬坡能力可达 30°，巡检系统能够进行全自主巡检。
3.3 巡检系统示范应用
为检验机器人巡检系统在实际带电运行线路的巡检能力，在 500 kV 电压等级惠茅乙线进行了示范应用。该次巡检选择巡检区段为 N91 塔至 N105塔，巡检区段全长为 5.4 km，共 15 基杆塔。人行走的地线型号为 LGJ 95/55前期已对地线进行了适应改造，可供穿越式巡检机器人高效行走。巡检方案：选择 N105 耐张塔为机器人上下线杆塔，搭建机器人自动上下线装置，在 N92 直线塔安装太阳能充电基站，机器人从 N105 耐张塔自主上线，往小号侧巡检至 N91 耐张塔，折返巡检至N92 杆塔进行自主充电，充电完成继续向大号侧巡检，巡检至 N105 塔自主下线。整个往返巡检过程中，来回要穿越2基耐张塔、2 级双联悬垂直线塔、24 基单联悬垂直线塔，总巡检里程为 10.8 km。利用机器人搭载的可见光摄像机和红外热成像仪，对 500 kV 电压等级惠茅乙线巡检区段内导线、绝缘子及金具进行可见光和红外检测，为绝缘子、金具和导线的红外检测图像。与直升机、无人机巡检相比，沿地线行走机器人与线路设备距离更近，采集的可见光、红外图像更清晰、效果更好，巡检目标可以涵盖线路导地线、绝缘子、金具以及其他线路设备和通道状况。巡检过程中，可以对目标进行长时间、多角度观测，可以在通过杆塔前后对同一设备进行前后观测，可以根据输电线路正常巡检、故障巡检及特殊巡检需求，确定合适的巡检方式。
结语：针对我国电网输电线路智能高效巡检和实用化巡检需求，机器人全自主巡检系统应具备的功能和系统组成，该系统包括智能巡检机器人巡检机器人通过了多种复杂自然、电磁环境工况试验考核和户外真型线路试验段功能测试，运行线路开展示范应用，巡检应用取得良好效果。
参考文献：
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