绝缘子清洗框、清洗机器人和系统的制作方法

本实用新型涉及绝缘子清洗技术领域，特别是涉及一种绝缘子清洗框、具有该绝缘子清洗框的绝缘子清洗机器人和系统。

背景技术：

电力传输系统的绝缘子在自然环境中，受到SO2、氮氧化物以及颗粒性尘埃等大气环境的影响，在其表面逐渐沉积了一层污秽物。在天气干燥的情况下，这些绝缘子可以保持着较高的绝缘水平，其放电电压和洁净、干燥状态时接近；当遇有雾、露、雨等潮湿天气，以及融冰、融雪时，绝缘子因表面污秽物吸收水分致使污秽层中的电解质溶解，造成绝缘子绝缘水平降低，泄漏电流增大，严重时发生闪络事故。进入21世纪以来，随着环境污染加剧，导致污闪事故频发。目前，由于污秽而引起的绝缘闪络事故，在电力系统总事故中，仅次于雷害居第二位，然而污闪事故所造成的损失却是雷害事故的10倍。全国各大电网几乎都发生过大面积污闪，造成了巨大的经济损失。

随着地区海拔数值的增加，大气的压力会逐渐降低，低气压时低空气密度使空气介电常数、空气冷却效应和弧隙空气介质强度都降低，因而引起电力设备空气绝缘耐压降低，故而空气的绝缘强度就越弱。另外随着海拔的升高，空气密度降低，散热条件变差，会使高压电器在运行中温升增加，但空气温度随海拔高度的增加而逐渐降低，导致在低气压空气中灭弧比较困难。此外太阳辐射强度较大引起电力设备的温升增高，在氧气和水存在的条件下，使有机绝缘材料和绝缘涂料等加速老化，缩短使用寿命。

由于配、变电设施是电网输送电能的关键设备，绝缘子是配、变电设施中最基础的部件，绝缘子出现污秽是发生闪络事故的根源，绝缘子的干净与否直接关系到输、供电的可靠性。故定期对配、变电设施上的绝缘子进行清污工作，是电力传输系统必不可少的基本工作，绝缘子及时彻底清污是确保电力传输系统正常运行的重要手段。

目前的清洗方式几乎完全是人工操作的方式清洗，有远距离的手持水枪清洗，近距离的手持水枪清洗，近距离的手持毛刷清洗等。

远距离的高压水冲洗由于靶距较远，高压水的冲击力极大削弱，造成能量的浪费，同时由于手工清洗都是单方向接近绝缘子，难以做到清洗无死角，同时由于高压水巨大的反冲作用力，操作者不易操作且劳动强度大。近距离的冲洗虽然清洗的效果会改进，但操作者须在绝缘子的近处操作，特别是那些近处无支撑的绝缘子，还存在安全隐患。且操作时，在高压水枪后边要拖着一个长长的供水管路，也会给操作带来不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有绝缘子清洗设备清洗不完全，可操作性差的问题，提供一种电力传输系统的清洗绝缘子的绝缘子清洗框、清洗机器人和系统，采用具有可开合结构的通以高压水的绝缘子清洗框对绝缘子进行清洗，安全、节能、方便，且清洗效果好。

为了实现上述目的，本实用新型的绝缘子清洗框包括第一框体、第二框体、开合机构、以及多个喷嘴，所述第一框体和第二框体的一端通过所述开合机构连接，所述第一框体和第二框体通过所述开合机构能够相对打开或闭合，多个喷嘴设置于所述第一框体和第二框体的内侧壁。

其中，清洗前，所述第一框体和所述第二框体相对打开并移动至将绝缘子置于其中后，所述第一框体和所述第二框体相对闭合，形成环绕绝缘子的封闭结构，所述喷嘴接通高压水并喷射高压射流以对绝缘子进行清洗。

上述的绝缘子清洗框的一实施例中，所述第一框体和第二框体相对闭合时，所述清洗框整体呈圆环形。

上述的绝缘子清洗框的一实施例中，高压水通过所述第一框体和第二框体与所述喷嘴连通。

上述的绝缘子清洗框的一实施例中，所述喷嘴相对所述清洗框所在的平面倾斜一角度设置。

上述的绝缘子清洗框的一实施例中，所述角度与绝缘子的伞盖的倾斜角度相适应。

上述的绝缘子清洗框的一实施例中，各所述喷嘴均匀设置于所述第一框体以及第二框体的内侧壁。

本实用新型的绝缘子清洗机器人包括机器人动臂、上述的绝缘子清洗框以及升降机构，所述清洗框连接在所述机器人动臂的前端，所述升降机构带动所述机器人动臂上下升降运动。

上述的绝缘子清洗机器人的一实施例中，所述升降机构包括升降柱、立柱和升降链条，所述机器人动臂连接在所述升降柱上，所述升降柱通过所述升降链条连接在所述立柱上。

本实用新型的绝缘子清洗系统包括上述的绝缘子清洗机器人、与所述喷嘴相连的射流供水设备以及运载小车，所述绝缘子清洗机器人以及射流供水设备均设置在所述运载小车上。

本实用新型的有益功效在于，本实用新型与现有技术相比具有以下明显优势：

1、喷嘴喷射的高压射流可以同时对绝缘子的四周进行清洗，其清洗效率极大提高。

2、喷嘴与绝缘子的清洗表面的距离远小于人工清洗时的距离，射流对清洗表面的冲击力有极大的提高，提高了清洗质量。

3、高压射流更能够深入到绝缘子的伞盖内部等各表面，清洗效果好。

4、高压射流的能量能够得到更充分的利用，具有节能的效果。

5、高压射流的反力处于自身平衡的状态，因此可以减少反力在操作装置上产生的力矩，为操作装置的配置提供了方便。

6、把清洗运动分解定位和运行两种状态，大大简化了运动对构造的要求，操作更加可靠。

7、和毛刷清洗工艺相比，本系统的容错能力好，更能够有效的确保清洗的效果。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型的绝缘子清洗框清洗状态图；

图2a至图2g为本实用新型的绝缘子清洗框工作过程图；

图3为本实用新型的绝缘子清洗机器人的一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的绝缘子清洗系统的一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型的绝缘子清洗系统的运用于一变电站的运行状态图；

图6为本实用新型的清洗绝缘子的方法的步骤图。

其中，附图标记

100 绝缘子清洗框

110 第一框体

120 第二框体

130 开合机构

140 喷嘴

200 绝缘子清洗机器人

210 机器人动臂

220 升降机构

221 升降柱

222 立柱

223 升降链条

300 射流供水设备

400 绝缘子清洗系统

410 运载小车

10 瓷瓶

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本实用新型的目的、方案及功效，但并非作为本实用新型所附权利要求保护范围的限制。

本实用新型采用高压水形成高压射流的清洗手段，能够较好的实现绝缘子的清洗要求，在清洗过程中，允许清洗设备的定位精度有一定的偏差，具有一定的容错能力，实现智能化，自动化操作的难度也相对较低，配套的装置能够较好的适应清洗操作的恶劣环境。

如图1以及图2a至图2g所示，本实用新型的绝缘子清洗框100包括第一框体110、第二框体120、开合机构130和多个喷嘴140。第一框体110和第二框体120的一端通过开合机构130连接，使得第一框体110和第二框体120通过开合机构130能够相对打开或闭合。多个喷嘴140设置于第一框体110和第二框体120的内侧壁上。清洗时，可在第一框体110和第二框体120中通以高压水，通过连接在第一框体110和第二框体120上的多个喷嘴140喷射出射向绝缘子的高压射流。

本实施例中，第一框体110和第二框体120相对闭合时，绝缘子清洗框100整体呈圆环形，在环绕绝缘子进行清洗时，各喷嘴140与绝缘子的距离相对平均，清洗效果更好。另，此时高压射流的反力处于自身平衡的状态，因此可以减少反力在操作装置上产生的力矩，为操作装置的配置提供了方便。

由于绝缘子的直径有较大的差别，为此可以事先准备几种不同直径的环形的清洗框，根据所需要清洗的绝缘子的直径大小进行配选。由于水高压射流的有效工作范围较大，因此，环形清洗框的直径配置是有限的。

一般情况下，喷嘴140可均匀设置于第一框体110以及第二框体120的内侧壁的同一高度处，即设置成一排。为了形成喷射绝缘子的无死角高压射流，喷嘴140还可分成多排设置，每一排位于第一框体110以及第二框体120的不同高度处，确保各喷嘴140所喷射的高压射流能够对绝缘子形成全覆盖，提高清洗的清洁度。

为了确保高压射流能够尽可能的射入绝缘子的各表面，各喷嘴140相对绝缘子清洗框100所在的平面可倾斜一角度设置，例如，喷嘴140的轴线相对绝缘子清洗框100所在平面的倾斜角度与绝缘子的伞盖的倾斜角度相适应，以使高压射流射入瓷瓶绝缘子的伞盖内部。

开合机构130可采用机械结构中经常采用的各种能够达到开合效果的机构，例如齿轮转动开合、液压推动开合等，本实用新型不做限定，本领域技术人员根据公知常识即可获得。本实施例中，开合机构130可采用结构简单、成本低廉的铰链构造，在动力驱动下，即能够实现打开和闭合。

由于绝缘子、电缆和屋面形成了一个封闭的空间，对喷嘴的进入形成阻碍，为此本实用新型提出可开合的清洗框，现以瓷瓶的清洗作为代表，说明本实用新型的绝缘子清洗框100的工作过程。

如图2a所示，清洗前，绝缘子清洗框100的第一框体110和第二框体120相对打开，并向瓷瓶10移动，直至将瓷瓶10置于其中后(如图2b所示)，第一框体110和第二框体120相对闭合，形成环绕瓷瓶10的封闭结构(如图2c所示)，使各个喷嘴140围绕在瓷瓶10的周围。

就位后，如图2d所示，喷嘴140接通高压水并喷射高压射流以对瓷瓶10进行清洗，清洗过程中，绝缘子清洗框100沿瓷瓶10的轴线方线做上下往返运动，从而对清洗面做到全覆盖。

如图2e所示，当对该位置的瓷瓶10清洗完成后，绝缘子清洗框100停止运动，且高压水停止供给。如图2f所示，第一框体110和第二框体120通过开合机构130打开，绝缘子清洗框100离开已经清洗完成的瓷瓶10，并为下一次清洗做好准备(如图2g所示)。

考虑到清洗操作劳动强度较大，环境恶劣，因此尽可能减少人力在清洗过程中的介入，凡是可以由机器完成的工作，均由机器承担，采用操作人员远程监控，机器自动完成清洗操作的运行模式。

如图3所示，本实用新型的绝缘子清洗机器人200包括机器人动臂210、升降机构220以及绝缘子清洗框100，通过机器人动臂210和升降机构220调整驱动绝缘子清洗框100运动，完成清洗操作。具体地，绝缘子清洗框100连接在机器人动臂210的前端，升降机构220与机器人动臂210相连，升降机构220带动机器人动臂210上下升降运动，以实现上述的图2d中的绝缘子清洗框100沿瓷瓶10的轴线方线做上下往返运动。本实用新型通过升降机构220实现绝缘子清洗框100的上下运动，易于控制。

本实施例中，升降机构220包括升降柱221、立柱222和升降链条223，机器人动臂210连接在升降柱221上，升降柱221通过升降链条223连接在立柱222上，升降柱221通过升降链条223可以相对立柱222进行升降。升降机构亦可通过其他机械结构予以实现，例如滑轨机构，本实用新型不以此为限。

由于清洗是在室外完成的，因此在机器人动臂210上安有视频探头，以判定在动臂的移动范围内是否有运行障碍。

本实用新型既可用于带电作业，也可用于非带电作业。

当用于带电作业时，由于对清洗用水的构成有一定的限制，因此清洗液的构成按规范限定的品种，以保证清洗过程不会出现意外伤害。由于本系统的清洗液是无法回收的，因此应尽可能的减少清洗液的用量，为此可适当提高高压射流的压力，例如大于10Mpa。

此前采用人工清洗时，压力太高，射流的反作用力太大，操作人员把持起来有困难，无法提高射流的压力，采用机器操作就打破了这个限制。射流压力高，射流的靶距减少，极大的提高了清洗效果。本实用新型采用高压水的射流供水设备300(见图4)，射流供水设备300为绝缘子清洗框100的喷嘴140提供高压水。

将绝缘子清洗机器人200、射流供水设备300和运载小车结合起来即可构成一个完整的智能清洗系统，如图4所示，本实用新型的绝缘子清洗系统400包括绝缘子清洗机器人200、射流供水设备300以及运载小车410，绝缘子清洗机器人200以及射流供水设备300均设置在运载小车410上。

将包括机器人操作系统的绝缘子清洗机器人200以及射流供水设备300安装在可移动的运载小车410上，当运载小车410停在某一事先确定的操作位置时，机器人动臂210和待清洗绝缘子之间的相对位置就是确定的了。通过事先确定的待清洗绝缘子的坐标，机器人动臂210就可以带动绝缘子清洗框100到达待清洗清洗绝缘子的坐标，绝缘子清洗框100根据事先设定的清洗程序完成清洗操作。之后机器人动臂210带动绝缘子清洗框100至本操作位置的清洗下一待清洗绝缘子的坐标，直至本操作位置的待清洗绝缘子全部清洗完成后，运载小车410将带着绝缘子清洗机器人200以及射流供水设备300进入下一个操作位置，继续进行清洗，直至完成全部待清洗绝缘子的清洗。

本实用新型通过使用运载小车410，把绝缘子清洗机器人200以及射流供水设备300放在一个移动平台上，省去了高压管路的拖曳，减少了控制系统的数量和相邻控制单元的协调，可以有效的提高系统运行的可靠性。为此，要求运载小车410运行可靠，定为精度高，导航性能好，调整偏差容易，以便为后续的操作建立基础。

运载小车目前已是成熟产品，在选用时，要针对本实用新型的使用特点进行配置，导航方法要适应环特点，注意克服强光，强磁的影响。运载小车410的车轴都是刚性支撑，因此一旦路面出现意外障碍，不应强行通过，需等待人工进行操作，以避免可能出现的意外事故。

本实用新型的绝缘子清洗系统在用于变电站时的运行状态如图5所示，清洗时，整个绝缘子清洗系统400按设定的路线，在导航系统的控制下，在专用通道上自动运行，具有P1、P2、P3三个操作位置。首先，运载小车410带动绝缘子清洗机器人200以及射流供水设备300停留在P1操作位置，此时通过机器人动臂210，绝缘子清洗框100对该操作位置的各个待清洗绝缘子进行清洗，之后运载小车410依次停留P2操作位置、P3操作位置，并重复上述清洗过程。

如果在运行中发现意外障碍，会向远处的控制人员发出报警信号，并停止运行，直到障碍清除，现场和总调度系统进行沟通后，再次启动运行。本实用新型中，绝缘子清洗系统400的运行状态在总调度室能够实时视频监测，实时监测和自动运行相结合，可以有效的消除系统偏差，保证清洗过程的可靠运行。

绝缘子清洗系统400停在事先设定的操作位置，根据机器人动臂210的覆盖范围，确定在各个操作位置上的清洗目标，在预置程序的控制下，逐一对待清洗绝缘子进行清洗。

本系统的机器人动臂210只完成定位操作，射流对清洗面的全覆盖由升降机构220和运载小车410运动的组合来完成，运动形态的分解，可以简化运动对构造的要求。

以上所述采用运载小车的绝缘子清洗系统为本实用新型全自动化程度较高的一种应用的形式，需要提前铺设运载小车的运行轨道，以便设置运载小车的定位位置。在某些场合，例如高铁线路沿线、城市路边线路，不具备为运载小车铺设运行轨道的条件，此时可采用通过其他运载工具，例如火车、运载汽车，运载绝缘子清洗机器人200以及射流供水设备300至某一操作位置，通过目视定位的方式，对该操作位置上的各待清洗绝缘子进行逐一清洗。

综上，如图6所示，本实用新型的清洗绝缘子的方法包括如下步骤：

S100，第一框体和第二框体相对打开，并移动至将待清洗绝缘子置于其中后，第一框体和第二框体相对闭合以使各喷嘴环绕在待清洗绝缘子的周围；

S200，各喷嘴连通高压水，喷射高压射流以对待清洗绝缘子进行清洗；

S300，清洗完毕后关闭高压水，第一框体和第二框体相对打开并离开已清洗绝缘子；

S400，清洗框移动至下一待清洗绝缘子，并重复以上步骤S100、S200、S300。

所述步骤S400中还包括如下步骤：通过一机器人动臂驱动清洗框至下一待清洗绝缘子。

所述步骤S200中还包括如下步骤：通过一升降机构带动清洗框沿着待清洗绝缘子的轴线上下往返移动清洗待清洗绝缘子。

另，本方法通过一运载小车运载清洗框、清洗机器人、升降机构以及给喷嘴供给高压水的射流供水设备至指定操作位置，机器人动臂带动清洗框至该操作位置的各待清洗绝缘子。

本方法设置第一框体和第二框体相对闭合时的清洗框整体呈圆环形。

本方法使喷嘴相对清洗框所在的平面倾斜设置，以使高压射流喷射至绝缘子各表面。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。