針對低空絕緣子的變電站水沖洗機器人用遠程控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種針對低空絕緣子的變電站水沖洗機器人用遠程控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著大氣環(huán)境污染日趨嚴重，電網(wǎng)設備污閃事故增加，嚴重影響電網(wǎng)設備安全運行。變電站絕緣子長時間暴露在外界環(huán)境中，表面易沉積污垢，這些污垢受惡劣天氣侵害容易發(fā)生污閃事故。據(jù)統(tǒng)計，由污穢引起的絕緣閃絡事故目前在電網(wǎng)事故總數(shù)中已占到第2位，僅1971-1994年全國35-500kV發(fā)、變電站就污閃1768座次。絕緣子帶電水沖洗作業(yè)可以提高供電的可靠性，減少停電損失，保證變電站及輸電線路的安全。在現(xiàn)階段的變電站絕緣子沖洗作業(yè)主要存在以下缺點:
[0003]1、沖洗方式大多是由清洗技術人員手持沖洗設備進入現(xiàn)場進行作業(yè)，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(guī)格的安全防護，以避免短路電流造成的安全事故，引發(fā)人員傷亡，這類作業(yè)方式存在安全隱患；
[0004]2、人工作業(yè)面臨著勞動強度大，效率低，自動化水平低等諸多問題；
[0005]3、無法對水阻率、水壓、水柱長度的實時在線監(jiān)測，無法實時修改機器人運行狀態(tài)，不能保證水沖洗過程中機器人本體及變電站帶電設備的絕緣性能；
[0006]4、無自動化的控制系統(tǒng)，保持供電的連續(xù)性和水沖洗機器人一直與絕緣子保持安全距離；
[0007]因此研發(fā)能夠實現(xiàn)用于水沖洗機器人的安全防護系統(tǒng)是非常有必要的，是符合時代發(fā)展要求的。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種針對低空絕緣子的變電站水沖洗機器人用遠程控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可代替操作人員，在不停電的情況下對變電站設備進行機器人帶電水沖洗作業(yè)，其可有效減輕人工清洗工作的繁重體力勞動，保證操作人員的人身安全，保證電網(wǎng)的安全運行。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0010]一種針對低空絕緣子的變電站水沖洗機器人用遠程控制系統(tǒng)，包括行走控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，行走控制系統(tǒng)包括無線接收模塊、遙控器、車載控制器和信息采集模塊，所述無線接收模塊與車載控制器之間通過無線方式連接，用于控制水洗機器人的垂直升降機構和履帶底盤；遙控器通過無線接收模塊控制車載控制器，所述信息采集模塊采集裝設于水沖洗機器人上的各個傳感器測得的信號，所述車載控制器用于控制車體行走機構；安全控制系統(tǒng)基于對絕緣安全造成影響的因素，控制機器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，安全控制系統(tǒng)包括超聲傳感器、激光測距儀、水電阻率傳感器、水壓傳感器及磁場測距傳感器，超聲傳感器和磁場測距傳感器安裝在垂直升降機構末端的四個面上，用于檢測垂直升降機構末端與帶電設備間的距離，激光測距儀與水槍沖洗機構平行安裝，實時檢測水沖洗過程中水柱的長度，水電阻率傳感器及水壓傳感器安裝在水槍沖洗機構上，用于實時檢測沖洗過程中水的壓力和水的導電性能；安全控制系統(tǒng)通過無線接收模塊連接遙控器。
[0011]所述車體行走機構采用輪式移動機構，輪式移動機構主要由輪式底盤、左行走馬達、右行走馬達、驅動輪、從動輪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輪式底盤支架上，驅動輪通過驅動軸與行走馬達聯(lián)接，從動輪通過旋轉軸與輪式底盤支架聯(lián)接，輪式底盤左邊為柴油箱，右邊為液壓油箱，液壓支腿鉸接在輪式底盤上。
[0012]所述垂直升降機構是5自由度液壓垂直升降機構，垂直升降機構上設有位置傳感器測量每個軸的角度或長度；所述垂直升降機構由液壓驅動，液壓源設有電磁閥用來啟動、停止發(fā)動機、控制油門的大小。
[0013]所述車載控制器布置在水沖洗機器人履帶底盤之上，電控開關是車載控制器的末端執(zhí)行機構，當電控開關位于中位，此時電控開關控制電動機停止運動；當輸入電壓大于中位電壓時，控制電動機正向旋轉，當輸入電壓小于中位電壓時，控制電動機反向旋轉，通過TR1控制器(為英國生產(chǎn)的翠歐運動控制器)1輸出口與垂直升降機構的電控開關輸入口連接，通過控制TR1控制器輸出口的輸出電壓，實現(xiàn)機器人電氣執(zhí)行機構的運動方向及運動速度的控制。
[0014]所述信息采集模塊及車載控制器的角度傳感器采集垂直升降機構的升降高度及云臺的角度信息，通過串口服務器將RS485協(xié)議數(shù)據(jù)轉換為TCP協(xié)議數(shù)據(jù)，并通過HUB將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線AP模塊，進而實現(xiàn)與遙控端工控機的實時通訊。
[0015]所述水槍沖洗機構包括云臺、電控箱和可調式水槍支架；電控箱安裝于垂直升降機構上，提供云臺所需電源，云臺實現(xiàn)水槍水平及俯仰兩個方向運動，可調式水槍支架連接在云臺上方，水槍架上連接有水槍。
[0016]所述信息采集模塊布置在水沖洗機器人水槍沖洗機構云臺之上，信息采集模塊通過無線CLIENT與主控模塊中的無線AP模塊建立WIFI通訊連接，信息采集模塊通過串口服務器采集絕對值角度編碼器獲取的云臺俯仰、云臺傾角數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡上傳至無線接收模塊的工控機中，實現(xiàn)從而水槍沖洗機構云臺上傳感器信息的實時采集。
[0017]所述信息采集模塊通過串口服務器采集絕對值角度編碼器獲取的云臺俯仰及云臺傾角數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡上傳至無線接收模塊的工控機中；
[0018]所述無線接收模塊包括工控機，工控機收集信息采集模塊采集的傳感器信息，通過TR1控制器實現(xiàn)垂直升降機構及車體的控制。
[0019]所述無線方式為采用無線AP模塊和無線CLIENT設備。
[0020]所述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，垂直伸縮臂鉸接與車體行走機構固定板上，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。
[0021 ] 所述超聲傳感器、磁場測距傳感器及激光測距儀均通過HUB及無線AP模塊將數(shù)據(jù)上傳至工控機。
[0022]所述垂直升降機構與帶電設備間的距離大于變電站規(guī)定的安全工作距離。
[0023]所述激光測距儀采用紅色激光，其光源光斑為測量距離1.5m至Sm，測量時間為I至5毫秒。
[0024]一種基于上述安全防護系統(tǒng)的工作方法，具體為:
[0025]遙控系統(tǒng)控制工控機，使動力總成驅動車體行走機構運動，安全控制系統(tǒng)基于對絕緣安全造成影響的因素，控制機器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，當水槍沖洗機構架上的激光測距儀，檢測到水槍沖洗機構與需要沖洗的絕緣子的水平距離滿足安全距離后，車載控制器控制垂直升降機構進行豎直方向上的伸縮運動，以使水槍沖洗機構與絕緣子之間的距離滿足沖洗距離，進行沖洗；跟蹤攝像機實時觀察水槍沖洗機構的狀態(tài)，遙控系統(tǒng)控制云臺的旋轉，使水槍沖洗機構進行水平和俯仰運動，不斷調整水槍沖洗機構的噴射角度，以使沖洗效果達到最好；水電阻率及水壓傳感器安裝在高壓純水制備設備之上，用于實時檢測沖洗過程中水的壓力和水的導電性能；通過改變水柱的長度來改變絕緣水柱的絕緣性能。
[0026]所述對絕緣安全造成影響的因素包括水的電阻率、水柱的長度和垂直升降機構與帶電設備間的距離，其中水電阻率應大于500千歐每厘米；水柱長度應不小于2米，垂直升降機構與帶電設備間的距離應大于變電站規(guī)定的安全工作距離。
[0027]所述水柱的電阻與水柱的橫截面積成反比，與水柱長度成正比，絕緣水柱的電阻的計算公式如下:
[0028]R = rXL/A
[0029]其中r為水的電阻率，其含義為截面面積為一平方厘米，長度為一厘米的水柱的電阻值，L為水柱的長度，A為水柱的截面面積，R為水柱的電阻值；
[0030]在噴槍噴嘴口徑一定的情況下，水柱的截面面積為一常數(shù)，在水的電阻率r變化時，可以通過改變水沖洗機器人噴嘴與設備間的距離，改變絕緣水柱的長度L，從而實現(xiàn)水柱絕緣性能的調節(jié)。
[0031]所述水柱的長度的自動控制算法為一雙閉環(huán)控制算法，內(nèi)環(huán)為作業(yè)距離和壓力環(huán)，外環(huán)為水阻率環(huán)，當高純水水阻率發(fā)生變化時，在線式水阻率傳感器檢測到該變化，通過事先通過實驗建立好的水阻率與作業(yè)距離、噴水壓力的專家系統(tǒng)得到與之對應的理想作業(yè)距離和噴水壓力信息，由此進入內(nèi)環(huán)系統(tǒng)，一方面通過激光測距儀的實時反饋信息，實現(xiàn)