2017毕设说明书9

陕西理工大学毕业设计

1绪 论

1.1 课题研究的内容和意义

高压输电线路是目前运用广泛的远距离输电方法，由于电路在工作时悬挂在较高的地方，特别是偏远山区，线与线之间距离大，检修困难。结冰后很容易造成导线断裂，导线杆倒塌，造成大面积地区停电停产，停电时间长了可能会严重影响医院等特殊单位，可能会造成生命危险。目前主要是人为检修，虽然除冰效果好，不容易损伤导线，但是安全系数低，而且工作强度大效率低等问题非常突出。为了减少高压输电线结冰后对人们造成的利益损失，设计出方便电路检修人员使用一款高压输电线上具有自动除冰功能的机器尤为重要。

?8? 目前虽然已经有可以除冰的机器，但大多都是机器人，不能广泛的运用于实际生产中。在制造和使用时的费用都比较昂贵，而且大多处于理论或者技术不太成熟的阶段，因此创造出一种原理简单、自身重量轻、具有自动越障和除冰功能的机器，用来提高高压输电线路除冰时的工作效率、价格便宜，制造容易并保证工作人员安全的机器就显得非常必要了。 1.2 输电线的常见规格

经过询问我国有关输电部门，能够明白目前我国的输电情况，能够分为长距离和短距

2离输电，长距离主要有这几种类型: 110KV,输电导线横截面积240mm ; 220KV,输电导线

22横截面积为500mm ,一相两线,就是2×500mm ,每相两线之间用架子隔开,间距约为

2100mm; 500KV,导线横截面积为400mm2 ,一相四线,就是4 ×400 mm,每相四线之间使用

2方形架子相对固定,间距约为100mm。近距离是市区和城镇，市区为10KV，横截面积50mm222到120mm，城区为35KV，横截面积为120mm和150mm。可是两根导线杆之间的真实距离是根据当地的实际情况确定的，并没有固定的值。 1.3输电线覆冰的危害

输电导线结冰具有很大危害，特别严重的时候是2008年南方雪灾的时候，导致了很多线塔的倒塌，并且导线结冰后每段距离的结冰厚度也可能不一样，在冰块脱落导线时有可能导致导线发生跳跃，导致输电线断裂；并且线路各档距内的覆冰厚度不均匀时，导线弧垂将会发生很大变化，造成悬垂的绝缘子倾斜，金具承受的水平方向作用力比较大，在覆冰过厚的电

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线杆之间，会造成导线严重下垂而发生接地事故。架空地线因没有电流通过，温度低于导线的温度，其覆冰厚度可能大于导线，而使其弧垂值变大，从而缩小了与导线的距离，到一定程度时与导线之间会发生短路,在导线覆冰后容易发生导线晃动，相近的导线接触容易造

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成短路从而发生烧毁保险，从而导致停电。具资料显示，1986年忻州分公司，由于导线覆冰10天内断电四次，共损失人民币3628.9739万元，给国家和人民造成了巨大的损失。绝缘子覆冰后，会大大降低绝缘性能，当冰块融化时容易形成冰柱，使绝缘子串短路，容易

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造成接地事故。在今天这个智能时代，当没电时人们就已经无法正常生活，给人们造成了巨大不便，而且也会给国家或企业造成巨大的经济损失。因此研制一种实用的简单的除冰机对解决这个问题具有很现实的意义。

图1.1 冰雪灾害造成的影响

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1.4 除冰机器及其技术特点、发展趋向

（1）2011年哈尔滨工业大学的学生发明创造出了一台高压线除冰巡检机器人，并且自已设计制造了随动越障扇轮、人字定心机构、碟形链传动等机构，使得该机器人在塔桥悬挂式电线上能够跨越障碍物而且速度不受影响，还能爬上30度左右的斜坡，可承受8级风力,这部除冰机器人上装有远程遥控模块，操作者可在室内控制机器人，具有无线视频功能可帮助工

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作人员在室内通过视频随时观察除冰机的工作状态及电线有无破损情况。机器人上部还装有可以夜视的灯头，可以在黑夜和重度污染的天气下工作，但目前还处于实验阶段，并未投入实际使用。

图1.2 高压线除冰巡检机器人

（2）中国科院沈阳自动化所在2006年研制成功了一台除冰机器人样机，该机器人采用

双臂悬挂结构，通过机器本身配备的摄像机识别障碍物。通过机械臂的交替移动，对于高压

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线路一般障碍物都可以顺利跨越。通过摄像设备该机器人对于线路设备损伤可以进行实时监测，但此机器对于间隔棒等难以跨越。

（3）长春理工大学研究的攀爬除冰机器人,涉及除冰机器人领域,解决了现有除冰机器人

存在的靠人工送到铁塔高处、只能实现单一除冰功能的问题。包括传动机构、两个结构相同的第一除冰机构和第二除冰机构、两个结构相同的第一攀爬机构和第二攀爬机构、两个结构相同的第一机械手机构和第二机械手机构,第一除冰机构和第二除冰机构分别安装在传动机构左右两侧,第一攀爬机构和第二攀爬机构分别安装在传动机构前后两端,第一机械手机构

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安装在第一攀爬机构上端,第二机械手机构安装在第二攀爬机构上端。本实用新型采用滑轮与机械臂相配的方式实现越障,结构简单,可靠性高,实现了机械臂攀爬、除冰、越障、检测等灵活多用的目的。 （4）哈尔滨工程大学发明了一种适用于输电线路巡检机器人的行走越障机械臂行进轮在自身重力的作用下实现对高压线的上夹持,并在遇到障碍物时能够克服压缩弹簧的弹力在竖直方向上发生偏移,以实现自主越障。但此设计只能用于具有成熟技术的除冰机的改进。 （5）美国魁北克水电研究所在90年代研究出了了一套面向120～315kV线路的融冰优化的思路，通过实验模拟线路覆冰以后的情况，调整线路中的电流观察除冰效果。该仿真工具能够分析出不同网络结构下线路的除冰情况，通过最优控制方法以达到线路覆冰最小化的效[18]果。工作人员可以根据实际情况控制这种基于动态规划的除冰线路优化方法，并为实际的融冰方法的制定提供依据，以方便科学选择停运除冰线路。正常工作情况下通过控制转移电流很不放便，这有可能会引起系统的不稳定，虽然应用的输电网络PACTS设备范围越来越使得电网在电流控制方面更加灵活，但对于电网大面积结冰后，采用该除冰方法作用有限，而且耗费能源。

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（6）美国TRC公司在90年代研制了悬臂自治巡线机器人,具有架空线长距离爬行、执行电晕损耗、绝缘子、结合点、压接头灯检查任务，并将数据处理后传送给工作人员。当机器人遇到杆塔时，使用仿人攀爬的方法从侧面越过，但是该机器人的体积较大，不适合挂线和

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下线操作。

图1.3 悬线自治巡线机器人

由目前的研究成果看，由于工作环境特殊，各方面条件的限制，国内外还没有较为结构以及控制简单的具有跨越间隔棒或防振锤的成熟的越障除冰出现，目前除冰机正在向着结构简单、智能、小型化的方向发展。

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2总体原理方案设计

2.1越障方案比较

（1）靠机械臂实现越障：这种方法一般对机器整体的控制系统要求较高，需要很复杂的

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控制系统，重量很难控制，并且没有除冰功能，但可以越过较大障碍物。

（2）主动式越障机构：它由齿轮减速机构、支撑盖、转动圆盘、方位滚轮、方位滚珠和距离传感器组成。自锁电机可以实现除冰机在正常的直线除冰过程中的自锁,保证除冰机在线上的稳定性。在越障过程中,除冰机整机的前行和越障机构转动圆盘的转动以一定速度运动,使转动圆盘相对于障碍物转动,保证其顺利通过障碍物方位滚轮和方位滚珠沿转动圆盘

的周向均匀分布于左右支撑盖内,也对转动圆盘起到了定位作用。这种机构虽然理论上可以实现越障，但机构本身体积受转动圆盘的限制，再加上除冰机整个机器体积就显得比较大了，

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重量也得不到控制，不合适高空作业的需求。

图2.1 越障机械臂简图 图2.2 主动式越障机构简图

（3）压轮夹持的越障机构：行走时靠压轮夹持和高压线间的摩擦力带动除冰机前进，遇到障碍时夹紧轮由于受到间隔棒等障碍物的压力迫使弹簧发生形变，从而实现越障。遇到电

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线杆时靠连接夹紧轮的四杆机构偏转一定角度从而靠机械手使机器转到下一个电线杆。

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