摘 要： 研究了10 kV配电线路高压带电作业机器人作业平台多级绝缘防护系统。介绍了高压带电作业机器人依靠绝缘斗臂车进行相对地绝缘；操作人员站在绝缘斗内，通过光纤通信远程遥控机械臂，解决了高压线对人的绝缘；钢结构支架缠绕环氧玻璃布，平台底面粘合环氧玻璃板，机械臂绝缘子支承，机械臂外包绝缘护套，边相加遮蔽罩进行相间绝缘。此外，通过绝缘斗臂车绝缘臂、整车，绝缘机械臂之间、绝缘机械臂与平台之间，绝缘平台进行了交流耐压试验、交流泄露电流试验，进一步说明所设计的绝缘系统安全、可靠。
关键词： 高压带电作业机器人；对地绝缘；对人绝缘；相间绝缘
我国社会经济不断发展、人民生活质量不断提高，配电网络要实现不间断输电，就必须开展带电作业。人工带电作业有其困难与局限性，因此研制具有更强的安全性和适应性的高压带电作业机器人，克服人工带电作业的困难和局限性，代替人进行带电作业非常必要，而且符合时代的要求。从上世纪80年代起许多国家都先后开展了带电作业机器人的研究，如日本、西班牙、美国、加拿大、法国等国家[1]。山东电力研究院进行了两代的高压带电作业机器人研究：第一代高压带电作业机器人，采用两台MOTOMAN机械臂，操作人员进行作业时通过键盘控制机械臂运动；第二代高压带电作业机器人，采用两台自主研发的电机机械臂，控制系统采用主从控制方式。操作人员进行作业时通过主手和键盘控制机械臂运动，实现了机器人系统的主从/自主控制。
国外高压带电作业机器人大部分采用Kraft主从机械臂和绝缘斗臂车进行系统设计。绝缘方法主要包括以下几部分：（1）系统对地绝缘：依靠绝缘斗臂车实现。（2）操作人员与高压电场隔离：操作人员站在绝缘斗内操控主手作业，操作人员与机械臂之间仅通过光纤通信，操作人员完全与高压电场隔离。（3）相间短路防护：主要包括绝缘平台防护、边相遮蔽、机械臂绝缘防护。绝缘平台防护主要防止平台作业时接触导线造成相间短路，采用外包绝缘外壳。边相遮蔽依靠绝缘遮蔽罩。机械臂的绝缘防护主要防止机械臂搭接两相造成相间短路。机械臂绝缘设计主要有以下三种：（1）加装绝缘板。优点：工艺简单。缺点：需对机械臂构件加工，同时由于存在缝隙，爬电距离难以保证，绝缘效果受影响。（2）安装绝缘端子。优点：工艺最简单。缺点：需拆卸手爪、加长油管，同时如果机械臂搭接高压线两相，会发生相间短路。（3）外装绝缘板、绝缘护套。优点：爬电距离可以保证绝缘效果最好。缺点：工艺复杂，护套需开模具。
由于高压带电作业对人或设备的危害主要为流过的电流大小和电场的强弱，因此高压带电作业机器人的绝缘问题是研究的关键。本文主要研究了高压带电作业机器人系统对地绝缘、高压线对人绝缘、相间绝缘防护方法，满足了高压带电作业任务绝缘防护的要求[2]。
1 机器人绝缘防护要求
如图1所示，机器人绝缘主要包括以下问题：
（1）操作人员的绝缘安全，操作人员位于绝缘斗内穿着绝缘服，采用中间电位法作业，目前机器人可以保证作业人员的安全问题。
（2）机器人对地绝缘问题。机器人采用绝缘斗臂车进行作业，如机器人平台与地面没有电器连接，可以保证对地绝缘。
（3）线路相间绝缘。金属机械臂同时接触两相线路或从两相中穿过都有可能造成相间短路。机械臂绝缘或边相安装遮蔽罩可以防止相间短路。
2 长治高压带电作业机器人绝缘系统
2.1系统对地绝缘
方法：依靠绝缘斗臂车。绝缘斗臂车厂家选用北京三兴车辆有限公司；整车耐电压（工作斗与大地之间）：105 kV/1 min；泄露电流测试：70 kV/1 min（泄露电流≤0.5 mA）。
2.2 操作人员与高压电场绝缘
操作人员站在绝缘斗内操控主手作业，操作人员与机械臂之间仅通过光纤通信，操作人员完全与高压电场隔离。这是高压带电作业机器人作业最为突出的优点。
2.3 相间短路绝缘
在相-相之间，空气间隙和绝缘平台起主绝缘作用，绝缘遮蔽罩形成相间后备防护，因作业机械臂等电位作业，机械臂外包绝缘材料，形成最后一道防线，以防止机械臂偶然触及两相导线造成短路。
（1）机械臂绝缘
采用硅橡胶开模具，耐压20 kV，厚度3 mm，内外表面光滑，无毛刺，无气泡，密实程度好。由机械臂各构件尺寸建立模型，根据各关节活动的范围，设计绝缘外壳的形状，防止发生干涉。
（2）平台绝缘
绝缘斗尺寸为610 mm×610 mm×1 066 mm；两机械臂底座之间大于500 mm；为了防止高压线磁场对机械臂伺服系统电源、主手电源、逆变器、OCU电源干扰，都采用绝缘材料封装；两机械臂伺服系统电源、主手电源的开关、充电接头、低电压显示、亏电显示之间的安全距离为0.4 m；为了防止高压电场对人的干扰，人与机械臂底座之间安全距离为0.4 m[3]。
绝缘平台布置如图2所示，主要防止平台作业时接触导线造成相间短路。支架采用钢材，钢结构支架缠绕环氧玻璃布，平台底面粘合环氧玻璃板。为了防止相间短路，两机械臂都通过绝缘子与平台连接。绝缘子耐受电压为40 kV。
（3）边相遮蔽
无论采用何种方式，带电作业标准规定对中相作业时必须对边相遮蔽。绝缘遮蔽罩是软质导线遮蔽罩，特点是在寒冷气候下仍然能够保持良好的柔软性，并能抗紫外线及臭氧的损害[4]。
3 试验方法
3.1 绝缘斗臂车试验
（1）斗臂车绝缘臂试验
斗臂车绝缘臂交流耐压试验采用连续升压法升压，检测电极固定安装在主绝缘臂外表面，试验应在有效绝缘区内进行。斗臂车绝缘臂的电气绝缘性能的试验电压和持续时间如表1所示，试验过程中不应有击穿、闪络和严重过热现象发生。试验电极一般采用12.7 mm的导电胶带，施加的工频交流电压值、沿面距离及泄露值如表2所示。
（2）泄露电流试验
两机械臂在进行交流泄露试验时，其试验电极采用12.7 mm的导电胶带设置，施加的工频交流电压值及泄露值见表4。机械臂和绝缘平台之间进行交流泄露试验时，其试验电极采用12.7 mm的导电胶带设置，施加的工频交流电压值及泄露值见表4。
3.3 绝缘平台试验
绝缘平台交流耐压试验在绝缘平台的上下侧贴锡箔纸，锡箔纸与平台边沿距离h不大于150 mm。绝缘平台在进行交流泄露试验时，其试验电极采用12.7 mm的导电胶带设置，施加的工频交流电压值、沿面距离h及泄露值如表5所示。绝缘平台的表面应平整、光洁、无凹坑、无麻面现象和憎水。
4 试验结果
泄露电流试验要求如表6所示，交流耐压试验结果如表7所示。
为了适应高压带电作业机器人10 kV配电线路绝缘防护的要求，研究了机器人系统对地绝缘、高压线对人绝缘、相间绝缘方法，并进行了试验以验证所设计绝缘防护方法的可行性。在交流耐压试验过程中没有击穿、闪络和严重过热现象发生。交流泄露电流试验的泄漏电流都小于500 μA。整个绝缘防护方法设计合理，防护性能可靠，操作简单方便。具有很大的实用价值。
参考文献
[1] 戚晖.高压带电作业机器人绝缘防护技术研究[J].高电压技术，2003（5）.
[2] 孙迪生.机器人控制技术[M].北京：机械工业出版社，1997.
[3] 严璋.高电压绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2007.
[4] 上海市电力公司.10KV架空配电线路带电作业指导书[M].北京：中国电力出版社，2007.
[5] 邱昌容.电气绝缘测试技术.北京：机械工业出版社，2008.
