输电线路导地线修补机器人的研发与应用 CNR219-066

这个项目要解决什么背景问题？

输电线路导地线在长期运行中，受风振磨损、雷击烧伤、施工机械碰伤等因素影响，容易出现断股、散股等损伤。以往修补作业主要依靠检修人员登塔手工操作，一名熟练工人完成单处修补平均需要3至4小时，且高空作业风险大，遇到恶劣天气只能停工等待。随着线路规模持续扩大，检修任务量逐年增加，传统作业模式已难以适应快速复电和状态检修的实际需要。

项目团队自2021年起着手研发专用的导地线修补机器人，目标是让机器代替人工完成登塔、出线、检测、修补等一系列操作，将检修人员从高危环境中解放出来，同时把修补质量从"凭经验"转变为"靠数据"。

现场存在哪些具体问题？

• 人工登塔修补作业效率低，单处作业平均耗时3.5小时，遇到多损伤点连续作业时，人员体力下降明显，后期作业质量难以保证
• 损伤检测主要靠肉眼观察和游标卡尺测量，判断标准因人而异，缺乏量化数据记录，后续跟踪对比困难
• 强电磁环境对机载电子设备干扰严重，早期试验中传感器数据漂移明显，通信偶发中断
• 不同厂家生产的导线型号、直径差异较大，单一修补装置难以通用，现场需要频繁更换工装
• 机器人作业时缺乏主动防护机制，遇到突发大风或通信异常时，只能依靠人工遥控干预，存在溜线风险

本项目的创新目标是什么？

项目设定了明确的量化指标：单处修补作业时间从人工的3.5小时压缩至40分钟以内，效率提高5倍以上；损伤检测数据实现自动记录和云端同步，每次作业自动生成包含位置坐标、损伤类型、修补工艺参数的完整报告；异常识别从人工判断转变为算法辅助判别，发现时间从小时级缩短至分钟级。

在工程应用层面，目标是将机器人从单一修补工具升级为集检测、修补、数据记录于一体的系统化装备，使运维人员通过后台即可掌握现场作业全过程，减少重复性体力劳动。

技术方案如何实现？

机器人本体采用轻量化铝合金框架结构，总重控制在18公斤以内，便于现场搬运和塔上安装。行走机构配备三组独立驱动的尼龙滚轮，可自适应导线直径变化范围12至30毫米，爬坡能力不小于15度，行走速度0至0.5米每秒连续可调。夹紧机构采用弹簧预紧加电动调节的双重设计，确保在微风振动条件下仍能保持稳定附着力。

检测单元集成高精度激光测距模块和工业级视觉传感器，能够识别0.5毫米以上的断股缺陷，测量精度达±0.1毫米。修补执行机构配备专用压接钳和自动送丝装置，可完成单股至多股铝绞线的复位与绑扎修复。整机采用锂电池供电，单次充电可连续作业2小时以上，满足典型修补场景需求。

控制系统采用工业级主控芯片，内置运动控制算法和缺陷识别模型。操作人员通过手持遥控器即可完成行走、定位、检测、修补全流程操作，遥控距离不小于200米。设备具备断链保护功能，通信中断超过3秒自动触发制动锁紧，防止溜线。

创新亮点有哪些？

• 自适应行走机构：三组独立驱动滚轮配合弹簧预紧结构，无需更换工装即可适应多种导线规格，现场换线作业时间从30分钟缩短至5分钟
• 高精度缺陷识别：激光测距与视觉融合检测方案，可量化输出断股数量、损伤长度等参数，为修补工艺选择提供数据支撑
• 自动压接修补工艺：专用压接钳配合自动送丝装置，压接力误差控制在±5%以内，修补质量一致性远优于手工操作
• 多重安全防护：断链自动锁紧、风速超限自动停止、手动急停三重保护机制，确保极端工况下设备与线路安全
• 作业全程可追溯：每次作业自动生成包含时间、位置、检测数据、修补参数的电子工单，直接导入生产管理系统

落地应用效果如何？

机器人样机在浙江、江苏、山东等地多条220千伏及500千伏线路上开展了累计超过200次的现场试验和实际修补作业。以某500千伏线路断股修补为例，传统人工方式需要停电申请、搭设飞车、人员出线作业，全过程约需4小时；采用机器人后，从安装到完成修补仅用时35分钟，且全程无需人员登塔出线。

在2023年迎峰度夏期间，某供电公司利用机器人对辖区内3处疑似损伤点开展带电检测，其中1处经确认存在2股断股，随即安排机器人直接完成修补，避免了线路停电，减少经济损失约50万元。现场运维人员反馈，机器人作业不受夜间和轻度降雨影响，有效拓展了检修窗口期。

统计数据显示，机器人修补作业的一次成功率从初期的82%提高至目前的96%，单处作业平均耗时稳定在35至40分钟区间。检测数据自动归档功能使班组台账整理时间每周减少约3小时，数据可追溯性显著增强。

常见问题

问：机器人适用于哪些电压等级的线路？
答：目前已在220千伏和500千伏线路上完成验证，通过更换行走轮组件，可涵盖110千伏至800千伏线路常见导线型号。

问：机器人作业是否需要线路停电？
答：不需要。机器人采用绝缘材料与接地设计，可在带电状态下开展检测和修补作业，但需保持安全距离并由专人监护。

问：单台机器人价格和维护成本如何？
答：单台造价约25万元，日常维护主要是滚轮磨损更换和电池保养，年均维护费用约1.5万元，相比人工检修综合成本具有明显优势。

Q：该创新成果的适用场景有哪些？

A：本成果适用于电力系统各类相关作业场景，包括但不限于变电站运维、输电线路检修、配电作业等。

Q：与传统方案相比，主要优势是什么？

A：主要优势体现在作业效率提升、安全风险降低、操作便捷性增强等方面。

Q：后续是否有升级计划？

A：将根据现场应用反馈持续改进改进，进一步提升性能和适用性。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。