配电架空裸导线带电注涂绝缘层机器人

  完成单位：国网孝感供电公司

  主要完成人：张攀、笪峰、张尖兵、朱道敏、张茜、吴优、胡焕、徐康、卢正中、刘智

一、研发背景

架空输电线路是电能传输的主要方式，架空输电线路供电范围大、分布广，所处的地理环境复杂，农村地区配电架空输电线多为裸导线，极易受到树障、高空异物、施工机械的触碰造成线路跳闸频繁，同时，线下垂钓、其它作业易造成人员触电伤亡，带来用电安全的风险隐患。

配电架空线路裸导线绝缘化改造是国家电网系统解决输电安全问题的关键措施。此前，面对此类问题的解决办法就是依靠人工更换绝缘导线，然而由于受到电网线路所在的地理环境恶劣、停电时间限制等多种因素的影响，很多架空电线区域的导线绝缘化改造非常困难。

本发明专利所研制的配电架空裸导线带电注涂绝缘层机器人解决了目前国家电网系统中复杂环境的带电架空导线的绝缘化改造难题，不仅消除了施工人员的安全风险，还缩短了配电网改造时间，降低了电网改造的作业强度和改造成本，解决了电网一线的作业难题和共性问题。

在本专利申请日之前，现有技术多为停电人工登杆进行绝缘导线更换，或采用直升飞机带电作业，作业风险大，成本高，也有部分机械人进行架空裸导线进行绝缘化处理报道，如N.C.Ou等报道采用操作平台式支撑机械人排线，采用绝缘绞车和绳索协同进行带电裸线绝缘化处理；Ronghui Huang等人报道采用移动式绝缘升降平台辅助机械手辅助或替代人工完成一些特殊的变电站带电作业；Lu Shouyin等人报道采用机器人进行10KV以下的电力系统不停电检修。这些技术方案或为部分特殊工步进行带电机械作业、或为平台支撑式机器人作业，或为人工辅助作业，未能实现机器人全流程进行架空裸导线绝缘化作业。

1.专利的新颖性

本专利提供了一种配电架空裸导线带电注涂绝缘层机器人全流程自动作业方案，机器人自升降系统、自行走系统、自适应涂覆系统和智能控制系统，实现了绝缘层施工的全流程自动化。在作业过程中，机器人采用收放线轮和传感器位置识别实现自升降，消除了人工登杆安装设备作业的安全风险，解决了支撑平台在特殊位置环境不能作业的弊端。该方案的自升降系统实现上线下线的方式有别与人工辅助、车载平台等作业方式，具有新颖性。

2.专利的创造性

本专利采用直流驱动电机、行走轮、滑动模块实现机器人在架空带电导线上自行走，有别于支撑平台行走的方式，具有新颖性；采用丝杆结构，以齿轮减速电机为动力实现绝缘涂料的自动推料，并利用复合锥形腔体进行收缩和方法，实现对不同粗细导线的自适应，保证涂层厚度均匀，并配备了导线清扫装置，提高绝缘涂层的质量；同时还采用具有视屏传输，传感器识别、正常与故障提醒等功能的智能控制系统控制机器人，保证机器人绝缘层施工作业的安全可靠，具有创造性。

二、发明团队介绍

王刚工作室成立于2011年3月，是孝感公司首个以员工名字命名的创新工作室，也是湖北省首个电气试验专业绝缘技能创新工作室，获评全国能源化学系统劳模创新工作室、国网公司劳模创新工作室示范点，以孝感市五一劳动奖章、湖北省电力公司劳动模范王刚命名。

工作室成员所在QC小组多次在中电联、省质协、省公司组织的QC评比中获奖，已有17项实用新型专利获得国家认证，参与5项省市公司科技项目，汇编成册书籍13本，各级刊物发表技术、管理论文19篇。目前，王刚工作室通过招新活动，确立核心骨干有25人，其中8名硕士、12名学士。王刚工作室不断发挥人才优势同时的，逐渐壮大队伍，向企业向社会输出复合型人才。

三、成果(专利)简介

成果（专利）的提出源自电网架空线路运维遇到的难题，主要体现在以下几方面：

1.线下安全隐患造成线路跳闸

多年前，村村通工程造福了偏远区域的乡民，但同时增加了线路运维工作量，天气恶劣情况下线路跳闸频繁，主要是树障、相间短路、瓷瓶击穿等，临近鱼塘、房屋、街道线下不安全行为造成人员触电伤亡。

2.停电改造难

近几年，国网、南网加强了不停电作业及线路停电率的考核，这使得传统更换绝缘导线方式很难实施。

基于以上原因，发明团队提出采用机器人完成绝缘化的思路，通过查新发现，太原供电分公司《架空裸导线绝缘化喷涂装置 》专利，申请号CN201210114423.7,该发明实现了机电一体化，利用气动机构很好的把绝缘涂料均匀喷涂在架空裸导线上，解决了线树矛盾，避免了窃电现象的发生。通过对该专利创新点分析，发现该专利提出了对裸导线喷涂绝缘材料完成绝缘化，如果应用到380V低压线路应该可行，对高电压等级线路薄薄地喷涂一层绝缘漆无法达到绝缘效果。

通过借鉴，2016年，发明团队提出“配电架空裸导线带电注涂绝缘层机器人”思路，按照机器人、各模块申请了发明专利一项，实用新型专利四项，2017年五项专利获得授权。

2018年发明团队开始研制绝缘涂覆机器人，在研制过程中对各功能模块进行了多方案对比，剔除了专利中不实用的模块，如清扫、紫外固化模块，增加了自升降模块（一种自升降式带电绝缘涂层机器人及升降系统，ZL201920953932.6），优化了涂覆模块（一种高压带电绝缘胶自适应涂覆装置，ZL202110854232.3）和推料模块。

2019年发明团队完成了绝缘涂覆机器人研制工作，成果（专利）原型机在湖北孝感、广东云浮电网进行了试点应用，各项指标达到设计要求。2020-2021年发明团队完成了绝缘涂覆机器人产品化工作，研发的产品机通过了中国电力科学研究院的检测。2021年10月产品绝缘涂覆机器人开始市场化运作。

四、成果（专利）转化情况介绍

2021年8月成果完成产品化各项工作，开始市场化运作，10月专利授权许可武汉博睿谷伦科技公司生产销售，许可费2021年五万、2022年10万。2022年10月，专利授权许可孝感市光源电力集团有限公司生产销售，许可费6万元。

五、经济效益与社会效益介绍

1.经济效益

截止2022年9月成果已在国网、南网九各省级电网公司推广应用，实现销售、服务收入800余万元。

2.社会效益

相比传统的停电更换绝缘导线，新的解决方案可以不停电作业，可以对局部安全隐患地段进行绝缘化改造，不仅消除了安全风险，还缩短了配电网改造时间，解决了电网一线的作业难题和共性问题。