输电线路带电作业机器人的电磁分析与防护设计

摘要

架空输电线路长期处在恶劣的自然环境下，容易出现导线损伤、螺栓松动、绝缘金具破裂等安全隐患。为保证供电的可靠性，人工带电作业的频率越来越高，但是人工带电作业不仅效率低，还威胁着作业人员的人身安全，在此背景下，输电线路带电作业机器人成为目前的研究热点。在输电线路复杂的电磁环境下，带电作业机器人的控制系统中大量的电磁敏感元件无法稳定可靠工作。因此本文针对上述问题以110kV输电线路带电作业机器人为研究对象，对其进行电磁分析与防护设计。论文具体工作如下: 根据电磁干扰产生的三要素提出解决输电线路带电作业机器人电磁防护的方案。为了实现机器人的带电作业，选择等电位方式为机器人的作业方式，并通过实验验证等电位方式的可行性。在机器人等电位作业方式的前提下，计算出110kV输电线路上电位转移的最小距离，并提出了以机器人行走机构立柱代替电位转移棒的方案;依据工程上常用的输电线路电磁场计算公式编写Matlab程序，得到110kV输电线路表面电磁场的数值。介绍了电晕放电和火花放电产生的原因及幅频特性，对电力系统的过电压类型进行分析并确定机器人电磁防护中需要考虑的过电压类型。 根据输电线路上具有强工频电磁场的特殊情况提出控制机箱采用双层屏蔽的方式;利用等效电路的方法得到影响电磁场屏蔽效能的因素;依据高磁导率的材料容易饱和的问题选择了以铁为外层屏蔽材料、坡莫合金为内层屏蔽材料的机箱结构;分析了孔缝对屏蔽效能的影响并采取相应措施减少其影响。基于Ansoft Maxwell软件建立机箱模型对其在上线过程、正常工作、系统过电压三种情况的电磁防护能力进行仿真验证。最后从硬件和软件两个方面对控制系统的电磁防护进行设计。 在湖南省带电作业中心进行的机器人抗干扰性实验，在东莞供电局进行了实际线路带电作业实验，验证了所设计的输电线路带电作业机器人能够在强电磁场环境下可靠作业。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1课题研究的背景和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1输电线路带电作业机器人国内外研究现状

1．2．2带电作业工具的电磁防护现状

1．3电磁干扰的抑制方法

1．4论文的主要研究内容

第二章机器人进出电场分析

2．1机器人作业方式的选择

2．2机器人进出电场过程分析

2．3机器人电位转移最小距离计算

2．4本章小结

第三章输电线路电磁干扰源分析

3．1工频电场计算

3．2工频磁场计算

3．3．1电晕放电

3．3．2火花放电

3．4．电力系统过电压

3．5本章小结

第四章机箱的电磁防护设计

4．1电磁场防护标准

4．2机箱的屏蔽

4．2．1机箱的电场屏蔽

4．2．2机箱的磁场屏蔽

4．2．3屏蔽材料的选择

4．3孔缝对机箱屏蔽效能的影响

4．4基于Ansoft Maxwell软件的机箱屏蔽效果仿真

4．5本章小结

第五章控制系统的电磁防护设计

5．1控制系统的构成

5．2硬件电磁防护

5．2．1控制器防护设计

5．2．2供电电源设计

5．2．3通信模块设计

5．3软件设计

5．4本章小结

第六章输电线路带电作业机器人实验研究

6．1实验内容

6．2实验过程

6．2．1机器人的抗干扰实验

6．2．2实际线路带电作业实验

6．3实验结果及评价

6．4本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录