【什么是带电维修】带电作业维修高压线这种“超级电力”找到了正确巧妙的方法

全自主配电网带电作业机器人将进行带电作业国网天津海岸电力公司供应图。

全配网电气工作机器人及成套设备已在天津、北京、山西、山东、上海、江苏等18个省(区、市)开展规模化推广应用，累计安装电气连接引线、断指引线、接地环等实际工作12000余次。

很多人可能见过这样的场面。电力工人背着工具箱，爬上高压电线杆，吊在空中，争分夺秒地完成了一系列复杂的工作。带电作业被称为电力行业最危险的专业，电力工人随时面临触电、高空坠落等危险。但是现在可以放心地把这件危险的事情交给机器人。不仅可以轻松地完成剥、修补、修理等“细致的工作”，还可以在完全断电的时候完成工作。

这款“超级电动”是由国网天津电力公司开发的世界上第一款全自主配电网带电作业机器人，该机器人还配备了自动朴善基等13种末端工具，形成了系列化的装备。该产品拥有39项专利，发表了15篇SCI/EI/核心论文，领导着该领域第一个IEEE国际标准的建立，最近“配电网带电机器人核心技术、成套设备和工程应用”项目也获得了2021年天津市科技进步奖一等奖。

现场工作是配电网的“微创手术”

电气设备在长期运行中要经常测试、检查和维修。以前技术设备不发达的时代，经常需要停电检查。不仅会影响生产、生活，尤其是医院等重要场所，如果停电，后果不堪设想。

因此，电力工作逐渐发展了停电维护、不测试的技术，即电力工作。电力工作可以在不停电的情况下实现容量增加、不足等，是防止停电、提高电力供应可靠性的有效措施。

因此，目前我国带电作业需求巨大。近5年来，国家电网累计开展配给网下电工作达400多万件，以年均14.9%的速度持续增长。

但是，由于电力工作处于室外高空、高压环境，从事电力分配工作的电力工人必须面临很高的安全风险。为了保护他们的安全，电力工人在操作过程中必须全副武装，保证全身上下360度无死角，这些厚重、密不透风的绝缘服大大增加了工作强度。而且带电作业对理论知识、操作技术等要求比较高，所以手动操作很难实现作业质量的统一。另外，遇到雷电、暴雨、雪、雾等恶劣天气，还不能进行带电作业。

“早在2016年河田工作现场，看到师傅们脱下绝缘服和绝缘甲，全身湿透，就有了开发这种机器人的想法。”本项目R & ampD组负责人、国网天津海岸公司运营维护部配电维修班班长张黎明回忆说：“完全自主配电网下田作业机器人不仅可以在配电网上进行‘微创手术’，还可以大大提高作业效率，最大限度地降低风险。”

从20世纪90年代开始，美国、日本、加拿大等国家主要采用液压岩主从工作方式，体积大、重量大、精密、智能性不高，在野外复杂环境下无法实现自主定位、规划、控制等功能，适用性受到一定限制。(威廉莎士比亚、坦普林、《科学》)国内配电网电气工作机器人起步较晚，技术还不成熟，成本高，推广困难，未能实现产业化应用。

“我们开发的配电网电气工作机器人需要从根本上解决这些问题，但与普通室内工作机器人相比，面临着很多技术挑战。”张黎明介绍说，机器人在野外进行带电作业主要受强光、狭小空间、平台抖动、运动特性约束、干扰源复杂性等因素的影响。因此，只有解决机器人精确定位、自主规划、智能控制、安全保护设计等四大难题，才能实现机器人的自主工作。

机器人用四次迭代解决四大难题

2017年底，利用检测、识别、认知等人工智能技术，成功开发了第一代机器人。

“这一代机器人基本上可以在室内理想的环境中完成作业基本动作。但是存在电磁兼容性和绝缘、智能度低、工作范围有限、灵活性低、效率低的问题，无法完全实现自主工作。”项目技术负责人，

国网天津滨海供电公司科技环保技术专职胡益菲介绍。

因此，为了解决第二代机器人开发中的精确定位问题，团队使用激光雷达和多传感器融合的导航定位系统，使机器人能够自动识别主导线和引流线。

“配电网上电线的种类很多，有时超过几十种。机器人需要区分每根电线不同的景深。(大卫亚设，Northern Exposure(美国电视剧)，配电网名言)同时，由于在野外工作，所以暴露问题也需要解决，曝光过度的话，机器人可以“失明”。此外，桶臂存在振动问题。”胡一飞介绍说，通过三维建模、语义识别和目标定位技术，机器人可以看到和识别这些复杂的场景。

机器人解决了“能看到”的问题后，下一步是“能找到”的问题。配电网的电线纵横交错，寻找需要操作的电线，就像配电网上穿针引线的“刺绣”。第二代机器人通过应用基于强化学习的智能路径规划系统和双臂共同规划工作路径的技术，解决了这个问题。

如果不能只找到需要工作的位置，还要操作的话，就要解决“能做到”的问题。"我们创新了一套末端工作工具来实现自动穿刺实验室功能."胡一飞说，第二代机器人基本上完成了自主作业，但是像早期学徒一样，所有的工作都不出色，需要进一步提高其能力。

因此，第三代机器人的重点是优化这些重要功能。首先优化多传感器融合算法，提高双目视觉匹配，提高识别精度，野外工作位置误差小。

于1厘米，使机器人“看得准”；基于人工智能技术，优化机器人路径规划算法，使其路径规划更科学、更高效，让机器人“找得巧”；创新研制全自主剥线工具及绝缘型并沟线夹，提高适用范围，让机器人“做得好”。

在安全性能上，机器人采用绝缘配合与多级防护技术，特别是在机器人关节部分创新性研发了“体—臂—腕”绝缘设计，软硬结合进行双保险。同时通过电磁干扰预测与防护技术，很好地解决了机器人在复杂电磁环境中被干扰影响接受指令的难题。

为了能更好地进行产业化规模化生产，2020年7月，第四代人工智能配网带电作业机器人采用了模块化设计，体积缩小三分之二，重量减轻三分之一，充分满足复杂地形和狭小空间带电作业需求，同时研发了双臂和单臂机器人以及13种系列化末端，形成了配网带电作业的成套装备，进一步扩大配网带电作业机器人的使用范围。

未来产业规模可达300亿

2019年8月23日，配网带电作业机器人在全国第十届残运会暨第七届特奥会期间首次正式亮相，为残运会供电提供了重要保障。此后这些“超级电工”开始正式“上岗”，在全国很多地方都能看到它们的身影。

目前配网带电作业机器人及成套装备已经在天津、北京、山西、山东、上海、江苏、浙江、福建、重庆、陕西、青海、宁夏、西藏等18个省（区、市）进行规模化推广应用，累计开展带电接引线、断引线、加装接地环等实际作业12000余次。

2019 年11月21日，国家电网公司还打造了以人工智能技术为核心的配网带电作业机器人产业平台。建立了电力作业机器人高端制造基地，建设了生产中心、试验中心和实训中心，年产量达200台以上，具备研发、制造、检测、应用和技术服务能力。“随着配电网规模扩大和带电作业需求增加，全国市场需求预计达0.5万—1万台，产业规模达300亿元。”张黎明介绍。

目前，为了促进带电作业标准化、规范化，提高带电作业质量及效率，减少停电时间，支撑智能化运检规划实施，项目团队又牵头立项了首个IEEE国际标准《配网带电作业机器人导则》。

“由于项目突破的技术涵盖复杂环境三维建模、目标精准感知与定位、狭小空间机器人运动规划和智能控制等领域，因此该技术还可以应用到消防、输电、用电等智能电力机器人装备上。”张黎明介绍，目

记者 陈 曦

前智能充电巡检机器人应用于天津市津门湖综合充电服务中心与中新天津生态城泰八路公交充电站。未来，还可进一步推广至救援、勘探、矿山等其他行业。

来源： 科技日报