一种支柱绝缘子带电清扫系统及方法与流程

本发明属于电力工程技术领域，尤其涉及一种支柱绝缘子带电清扫系统及方法。

背景技术

支柱绝缘子是变电站常用的外绝缘设备，其不仅要承受运行电压的作用、常常还要作为电气设备的机械支撑。因此，其安全稳定运行备受运行单位关注。目前我国绝大多数变电站仍采用的是户外变电站，所有外绝缘设备基本都是裸露在空气中，受大气沉降颗粒、飞沫及风等因素的作用，支柱绝缘子伞裙表面不可避免要积覆污秽物，在遭遇毛毛雨、大雾或凝露等潮湿天气，支柱绝缘子表面污秽物形成湿污层，电导率急剧增加，在运行电压下，其泄漏电流迅速增大，可能引发污闪，进而造成停电事故。特别是位于重工业区、矿区等重污染区域或附近的户外变电站，其支柱绝缘子表面积污速度和积污程度远超其他区域；另一方面，变电站的支柱绝缘子一旦投入运行，后期很难对其进行更换，而随着我国经济的发展，中重污区面积迅速增加，早期变电站的外绝缘设计已不能满足现有污区对设备外绝缘的要求。因此，在运行过程中，需要定期对变电站内支柱绝缘子进行清扫，以避免设备因积污过重引起污闪事故。然而，随着用户对供电可靠性要求的越来越高，变电站的停电间隔周期越来越长，带来的问题就是支柱绝缘子伞裙表面的污秽物无法及时进行清理，在遭遇不利天气时可能引发污闪；另一方面，即便停电清扫，也需要耗费大量人力资源进行逐支绝缘子逐片伞裙擦拭。

因此，有必要设计一种能提高供电可靠性，节省人力资源的支柱绝缘子带电清扫系统及其使用方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对已知技术存在的缺陷，提供一种支柱绝缘子带电清扫系统及方法，不仅可以减少停电时间，提高供电可靠性，节省人力资源，还可缩短清扫周期，保障设备正常运行。

本发明所提供的技术方案是：

一种支柱绝缘子带电清扫系统，包括清扫模块1、传动模块2和地面系统3；

所述清扫模块1包括识别单元12、控制单元13、通信单元14、清扫单元15和智能外壳16；所述智能外壳16为圆筒状并可沿筒壁一边开合；所述识别单元12、控制单元13、通信单元14和清扫单元15集成安装于智能外壳16的内部；所述识别单元12、通信单元14、清扫单元15和智能外壳16均与控制单元13电性连接；

所述传动模块2的上端固定连接清扫模块1智能外壳16开合的轴线侧中央位置，安装在中央位置一方面上下对称，另一方面左右平衡、不影响外壳开合；传动模块2的下端固定连接地面系统3；

所述地面系统3包括地面控制模块31、通信模块32和载体小车35；所述地面控制模块31和通信模块32均安装于载体小车35上；所述传动模块2和通信模块32均与地面控制模块31电性连接；

所述清扫模块1中的通信单元14与地面系统3中的通信模块32双向通信连接；用于控制单元13和地面控制模块31之间双向通信；

所述载体小车35用于将地面系统3移动至待清扫支柱绝缘子附近；

所述传动模块2用于带动清扫模块1上下左右移动；

所述识别单元12用于识别清扫模块1与待清扫支柱绝缘子的相对位置，并将信息反馈给控制单元13；

所述清扫单元15用于对待清扫支柱绝缘子进行清扫。

所述地面系统3还包括安装于载体小车35上的吸尘模块33；所述吸尘模块33与地面控制模块31电性连接；所述吸尘模块33用于在清扫模块1对待清扫支柱绝缘子进行清扫后，对智能外壳16内腔进行吸尘。

所述智能外壳16与传动模块2的上端连接处开有小孔供吸尘模块33的吸尘管道接入，吸尘模块33的吸尘管道沿传动模块2的手臂接入小孔。

所述识别单元12为激光扫描测距仪。识别单元12通过激光测距、瞄准和识别与清扫对象对准。

所述传动模块2为六自由度机械臂。

所述清扫单元包括多个呈层状排列于智能外壳内侧的清扫子单元；每个清扫子单元包括多个清扫臂，每个清扫臂上安装有一组压力传感器和电动毛刷，电动毛刷的末端通过转动轴承固定在压力传感器上，压力传感器与清扫臂的一端固定连接，清扫臂另一端固定在智能外壳上。

进一步地，所述清扫单元包括4个以上清扫子单元，以使清扫单元15可同时清扫4组以上伞裙；每个清扫子单元包括8个以上清扫臂。

所述电动毛刷的刷头呈圆台形且可拆换。

所述清扫单元15可根据清扫对象不同拆换为对应型号。

所述清扫模块1还包括供电单元11，供电单元11为清扫模块1的各个单元供电。供电单元11固定安装在智能外壳16的外部，供电单元11可拆卸替换。

所述地面系统3还包括安装在载体小车35上的供电模块34，供电模块34为传动模块2、地面控制模块31、通信模块32和吸尘模块33供电。

所述供电模块34具有蓄电池和外接普通照明电路双电源。供电模块34的蓄电池可拆卸替换。

本发明还提供了一种支柱绝缘子带电清扫方法，采用上述的支柱绝缘子带电清扫系统，包括以下步骤：

步骤1：载体小车35将地面系统3移动至待清扫支柱绝缘子附近；为确保人员安全，工作人员、地面系统3与带电设备保持足够的安全距离，此距离根据带电设备电压等级查询电力安全规程确定，地面系统3作临时接地，避免设备外壳漏电伤人；

步骤2：地面控制模块31控制传动模块2带动清扫模块1上下左右移动；识别单元12识别清扫模块1与待清扫支柱绝缘子的相对位置，并将识别信息通过控制单元13反馈给地面控制模块31；

步骤3：地面控制模块31根据反馈信息调整传动模块2的运动方向，直至清扫模块1到达至待清扫支柱绝缘子的设定位置，地面控制模块31控制传动模块2停止动作，并将停止动作的信号发送给控制单元13；

步骤4：控制单元13得到传动模块2停止动作的信号后，控制清扫单元15对待清扫支柱绝缘子进行清扫。

若从下往上清扫，则上面清扫的灰有可能落到下面已清扫的绝缘子表面，故所述步骤2中，地面控制模块31控制传动模块2将清扫模块1悬举至待清扫支柱绝缘子最上端附近，以实现从上往下清扫，避免二次污染。

还包括步骤5：待清扫支柱绝缘子清扫完成后，地面控制模块31控制吸尘模块33对智能外壳16内腔进行吸尘。

预先将待清扫支柱绝缘子编号，并将编号和相应的待清扫支柱绝缘子的相关参数(包括结构参数和安装参数)存储在地面控制模块31中；需要清扫支柱绝缘子时，选择与待清扫支柱绝缘子结构配套的清扫单元15安装在清扫模块1的智能外壳16内部接口；使智能外壳16和清扫单元15保持张开的状态。

所述步骤2和步骤3中，启动地面系统3的地面控制模块31，选择存储在地面控制模块31中的待清扫支柱绝缘子编号，通过地面控制模块31控制传动模块2带动清扫模块1上下左右移动，并向控制单元13下达识别指令；控制单元13控制识别单元12识别对准待清扫支柱绝缘子的伞裙组(识别单元12安装于智能外壳内轴线中央位置，所述对准是指智能外壳的开口对准待清扫支柱绝缘子的轴线)后将信息反馈给控制单元13，控制单元13将对准信息传送至地面控制模块31，地面控制模块31接到对准信息后自动操控传动模块2将清扫模块1前推，前推过程中识别单元12继续识别，识别到清扫模块1与待清扫支柱绝缘子之间的距离到达设定距离时，将到达信息反馈给控制单元13，控制单元13将到达信息传送至地面控制模块31，地面控制模块31接到到达信息后自动操控传动模块2停止动作，并将停止动作的信号发送给控制单元13。

所述步骤4具体为：控制单元13得到传动模块2停止动作的信号后，向智能外壳16下达闭合指令；智能外壳16收到闭合指令后进行闭合，将待清扫支柱绝缘子的伞裙组完全包覆在其腔内；控制单元13向清扫单元15下达清扫指令；清扫单元15收到指令后各清扫臂伸展、电动毛刷与对应层的绝缘子伞裙表面紧密闭合；

当清扫单元15通过其电动毛刷末端的压力传感器感应到所有的电动毛刷都与待清扫伞裙表面完全贴合并带有一定压力(10-30n的压力)后自动开始转动清扫；

在清扫单元15完成当前位置预定时间的清扫后，地面控制模块31驱动传动模块2带动清扫模块1在当前位置同一水平面内以清扫对象轴心为轴线，相对当前位置先后向左右转动一定角度，并各完成一次清扫。转动清扫的目的是让刷头全覆盖，避免因刷头覆盖面不够可能造成清扫死角，在有限刷头个数的情况下使清扫更为彻底；可以是先左转动θ角度、再右转动θ/2角度或先左转动θ/2角度、再右转动θ角度，其中θ的取值由电动毛刷刷头个数决定，刷头为8个时，θ取30°，若刷头个数多，则θ可以小一些。

在清扫模块1完成3次清扫后，各清扫臂收缩，使其末端的电动毛刷与绝缘子表面分离，清扫单元15将清扫完成信息反馈给控制单元13；控制单元13接到清扫完成信息后将信息传送给地面控制模块31；地面控制模块31接到信息后启动吸尘模块33；吸尘模块33完成预定时间吸尘后自动停止工作。

所述的支柱绝缘子带电清扫方法，还包括步骤6：地面控制模块31向控制单元13下达智能外壳16张开指令；智能外壳16张开后，地面控制模块31根据预存储的待清扫支柱绝缘子相关参数，自动操控清扫模块1、传动模块2和吸尘模块33完成该支柱绝缘子的后续清扫工作(即受包覆空间限制，每一轮清扫只清扫支柱绝缘子的部分伞裙组，后续清扫是指部分伞裙组清扫完成后，再清扫其它的伞裙组)。

地面工作人员在系统清扫过程中如发现问题，可随时通过地面控制模块31停止系统清扫工作。供电单元11和供电模块34的蓄电池可根据需要随时停机更换。

清扫过程中如出现停机，再次启动系统后，地面系统3操控传动模块2将清扫模块1悬举至待清扫支柱绝缘子的伞裙组附近，重复上述步骤完成后续清扫。

本发明的有益效果是：

1)、可减少停电时间，提高供电可靠性，；

2)、可节约大量人力资源，降低工作人员劳动强度；

3)、可缩短清扫周期。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构图；

图2为本发明结构框图

图3为本发明中清扫单元局部结构图；

图4为本发明中清扫单元结构图，图4(a)为闭合状态，图4(b)为张开状态；

图5为本发明工作状态图；

图中标示为：

1—清扫模块

11—供电单元

12—识别单元

13—控制单元

14—通信单元

15—清扫单元

151—清扫臂

152—电动毛刷

153—压力传感器

16—智能外壳

2—传动模块

3—地面系统

31—地面控制模块

32—通信模块

33—吸尘模块

34—供电模块

35—载体小车

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步具体说明。

参见图1～5，本发明公开了一种支柱绝缘子带电清扫系统，包括清扫模块1、传动模块2和地面系统3；

所述清扫模块1包括识别单元12、控制单元13、通信单元14、清扫单元15和智能外壳16；所述智能外壳16为圆筒状并可沿筒壁一边开合；所述识别单元12、控制单元13、通信单元14和清扫单元15集成安装于智能外壳16的内部；所述识别单元12、通信单元14、清扫单元15和智能外壳16均与控制单元13电性连接；

所述传动模块2的上端固定连接清扫模块1智能外壳16开合的轴线侧中央位置，安装在中央位置一方面上下对称，另一方面左右平衡、不影响外壳开合；传动模块2的下端固定连接地面系统3；

所述地面系统3包括地面控制模块31、通信模块32和载体小车35；所述地面控制模块31和通信模块32均安装于载体小车35上；所述传动模块2和通信模块32均与地面控制模块31电性连接；

所述清扫模块1中的通信单元14与地面系统3中的通信模块32双向通信连接；用于控制单元13和地面控制模块31之间双向通信。

所述地面系统3还包括安装于载体小车35上的吸尘模块33；所述吸尘模块33与地面控制模块31电性连接；所述吸尘模块33用于在清扫模块1对待清扫支柱绝缘子进行清扫后，对智能外壳16内腔进行吸尘。

所述智能外壳16与传动模块2的上端连接处开有小孔供吸尘模块33的吸尘管道接入，吸尘模块33的吸尘管道沿传动模块2的手臂接入小孔。

所述识别单元12为激光扫描测距仪。识别单元12通过激光测距、瞄准和识别与清扫对象对准。

所述传动模块2为六自由度机械臂。

所述清扫单元包括多个呈层状排列于智能外壳内侧的清扫子单元；每个清扫子单元包括多个清扫臂，每个清扫臂上安装有一组压力传感器和电动毛刷，电动毛刷的末端通过转动轴承固定在压力传感器上，压力传感器与清扫臂的一端固定连接，清扫臂另一端固定在智能外壳上。

进一步地，所述清扫单元包括4个以上清扫子单元，以使清扫单元15可同时清扫4组以上伞裙；每个清扫子单元包括8个以上清扫臂。

所述电动毛刷的刷头呈圆台形且可拆换。

所述清扫单元15可根据清扫对象不同拆换为对应型号。

所述清扫模块1还包括供电单元11，供电单元11为清扫模块1的各个单元供电。供电单元11固定安装在智能外壳16的外部，供电单元11可拆卸替换。

所述地面系统3还包括安装在载体小车35上的供电模块34，供电模块34为传动模块2、地面控制模块31、通信模块32和吸尘模块33供电。

所述供电模块34具有蓄电池和外接普通照明电路双电源。供电模块34的蓄电池可拆卸替换。

本发明还公开了一种支柱绝缘子带电清扫方法，采用上述的支柱绝缘子带电清扫系统，包括以下步骤：

步骤1：载体小车35将地面系统3移动至待清扫支柱绝缘子附近；为确保人员安全，工作人员、地面系统3与带电设备保持足够的安全距离，此距离根据带电设备电压等级查询电力安全规程确定，地面系统3作临时接地，避免设备外壳漏电伤人；

步骤2：地面控制模块31控制传动模块2带动清扫模块1上下左右移动；识别单元12识别清扫模块1与待清扫支柱绝缘子的相对位置，并将识别信息通过控制单元13反馈给地面控制模块31；

步骤3：地面控制模块31根据反馈信息调整传动模块2的运动方向，直至清扫模块1到达至待清扫支柱绝缘子的设定位置，地面控制模块31控制传动模块2停止动作，并将停止动作的信号发送给控制单元13；

步骤4：控制单元13得到传动模块2停止动作的信号后，控制清扫单元15对待清扫支柱绝缘子进行清扫。

若从下往上清扫，则上面清扫的灰有可能落到下面已清扫的绝缘子表面，故所述步骤2中，地面控制模块31控制传动模块2将清扫模块1悬举至待清扫支柱绝缘子最上端附近，以实现从上往下清扫，避免二次污染。

还包括步骤5：待清扫支柱绝缘子清扫完成后，地面控制模块31控制吸尘模块33对智能外壳16内腔进行吸尘。

预先将待清扫支柱绝缘子编号，并将编号和相应的待清扫支柱绝缘子的相关参数(包括结构参数和安装参数)存储在地面控制模块31中；需要清扫支柱绝缘子时，选择与待清扫支柱绝缘子结构配套的清扫单元15安装在清扫模块1的智能外壳16内部接口；使智能外壳16和清扫单元15保持张开的状态。

所述步骤2和步骤3中，启动地面系统3的地面控制模块31，选择存储在地面控制模块31中的待清扫支柱绝缘子编号，通过地面控制模块31控制传动模块2带动清扫模块1上下左右移动，并向控制单元13下达识别指令；控制单元13控制识别单元12识别对准待清扫支柱绝缘子的伞裙组(识别单元12安装于智能外壳内轴线中央位置，所述对准是指智能外壳的开口对准待清扫支柱绝缘子的轴线)后将信息反馈给控制单元13，控制单元13将对准信息传送至地面控制模块31，地面控制模块31接到对准信息后自动操控传动模块2将清扫模块1前推，前推过程中识别单元12继续识别，识别到清扫模块1与待清扫支柱绝缘子之间的距离到达设定距离时，将到达信息反馈给控制单元13，控制单元13将到达信息传送至地面控制模块31，地面控制模块31接到到达信息后自动操控传动模块2停止动作，并将停止动作的信号发送给控制单元13。

所述步骤4具体为：控制单元13得到传动模块2停止动作的信号后，向智能外壳16下达闭合指令；智能外壳16收到闭合指令后进行闭合，将待清扫支柱绝缘子的伞裙组完全包覆在其腔内；控制单元13向清扫单元15下达清扫指令；清扫单元15收到指令后各清扫臂伸展、电动毛刷与对应层的绝缘子伞裙表面紧密闭合；

当清扫单元15通过其电动毛刷末端的压力传感器感应到所有的电动毛刷都与待清扫伞裙表面完全贴合并带有一定压力(10-30n的压力)后自动开始转动清扫；

在清扫单元15完成当前位置预定时间的清扫后，地面控制模块31驱动传动模块2带动清扫模块1在当前位置同一水平面内以清扫对象轴心为轴线，相对当前位置先后向左右转动一定角度，并各完成一次清扫。转动清扫的目的是让刷头全覆盖，避免因刷头覆盖面不够可能造成清扫死角，在有限刷头个数的情况下使清扫更为彻底；可以是先左转动θ角度、再右转动θ/2角度或先左转动θ/2角度、再右转动θ角度，其中θ的取值由电动毛刷刷头个数决定，刷头为8个时，θ取30°，若刷头个数多，则θ可以小一些。

在清扫模块1完成3次清扫后，各清扫臂收缩，使其末端的电动毛刷与绝缘子表面分离，清扫单元15将清扫完成信息反馈给控制单元13；控制单元13接到清扫完成信息后将信息传送给地面控制模块31；地面控制模块31接到信息后启动吸尘模块33；吸尘模块33完成预定时间吸尘后自动停止工作。

所述的支柱绝缘子带电清扫方法，还包括步骤6：地面控制模块31向控制单元13下达智能外壳16张开指令；智能外壳16张开后，地面控制模块31根据预存储的待清扫支柱绝缘子相关参数，自动操控清扫模块1、传动模块2和吸尘模块33完成该支柱绝缘子的后续清扫工作(即受包覆空间限制，每一轮清扫只清扫支柱绝缘子的部分伞裙组，后续清扫是指部分伞裙组清扫完成后，再清扫其它的伞裙组)。

地面工作人员在系统清扫过程中如发现问题，可随时通过地面控制模块31停止系统清扫工作。供电单元11和供电模块34的蓄电池可根据需要随时停机更换。

清扫过程中如出现停机，再次启动系统后，地面系统3操控传动模块2将清扫模块1悬举至待清扫支柱绝缘子的伞裙组附近，重复上述步骤完成后续清扫。

该实施例的供电单元11采用4个市售浩源30ah高能锂电池串联组装，识别单元12采用市售hokuyo激光扫描测距仪，控制单元13采用市售秉火stm32f429编程，通信单元14采用秉火stm32f429板载wifi，清扫单元15采用技术成熟的二自由度机械臂作为清扫臂，电动毛刷采用根据清扫对象外形定做的电动猪鬃毛刷头尾部安装微型电机，压力传感器采用市售0-10kg称重传感器，，智能外壳16采用高分子材料开模定做；传动模块2采用技术成熟的六自由度机械臂，其伸长高度、活动范围可根据变电站电压等级定制，其下端固定在载体小车35上；地面控制模块31采用朗歌斯1037u型工控机，通信模块32采用intel5100wifi模块，吸尘模块33采用博尔pi10型工业级吸尘器，供电模块34的蓄电池采用市售风帆12v电池组装并变压，供电模块34留有220v照明电路接口，在照明电路能够接电的地方，优先采用照明电路供电，载体小车35采用304不锈钢定做。

上述结构的一种支柱绝缘子带电清扫系统及使用方法经试制试用，被证明效果良好，安全可靠，完全达到设计要求。