机械手臂高压瓷瓶智能清洁装置 CNR220-011

项目背景

高压瓷瓶是变电站户外设备外绝缘的关键部件，长期暴露于工业粉尘、盐雾和鸟粪污染环境中，表面污秽积聚到一定程度后，在潮湿天气下极易引发污闪放电，严重时造成设备跳闸。某省检修公司所辖220kV变电站每年春检前需对数百支瓷瓶进行清洁检查，传统方式依赖检修人员登高手持长柄刷逐支擦拭，单支作业耗时约40分钟，且高空作业安全风险高。2023年迎峰度夏期间，该地区两座变电站因瓷瓶污闪引发线路跳闸，暴露出人工清洁频次不足、质量不均的短板。为此，项目组研发了机械手臂高压瓷瓶智能清洁装置，将机械臂准确定位与高压水射流清洗技术结合，替代人工登高作业。

存在问题

• 人工登高擦拭单支瓷瓶平均耗时40分钟，一座220kV变电站百余支瓷瓶需连续作业一周，效率远低于检修窗口期要求
• 人工擦拭效果依赖个人经验和体力，瓷瓶裙边内侧、上下表面等死角难以触及，清洁不彻底
• 变电站运行期间设备带电，人工清洁必须申请停电，影响供电可用率；停电窗口协调难度大
• 清洁质量缺乏量化验收手段，仅靠目测判断，返工率高
• 高空作业人员坠落、触电风险始终存在，安全管控压力大

创新目标

项目设定三项硬性指标：单支瓷瓶清洁时间由40分钟压缩至8分钟以内，工效提高5倍；清洁后瓷瓶表面盐密残留值低于0.01mg/cm²，达到国网反事故措施要求；实现带电清洁作业，装置与带电体保持足够安全距离，无需设备停电。同时要求装置具备现场实时视频监控功能，操作人员在地面通过屏幕观察清洁效果，避免反复登高查验。

技术方案

装置由履带式移动底盘、五自由度机械手臂、高压水射流系统、视觉定位模块和地面控制终端五部分组成。作业时，操作人员将装置遥控至待清洁瓷瓶下方，机械臂末端搭载的视觉传感器识别瓷瓶位置与倾角，自动规划清洗路径。高压水泵输出压力8~12MPa可调，水流经特制喷嘴形成扇形射流，有效剥离瓷瓶表面板结污垢。

机械臂最大工作半径1.8米，可涵盖常见220kV及以下电压等级瓷瓶支柱高度。控制终端采用工业级平板电脑，实时显示机械臂关节角度、水压、水箱液位等运行参数，并支持手动/自动双模式切换。自动模式下，机械臂沿预设轨迹自上而下螺旋清洗，单支瓷瓶清洗用时约6分钟；手动模式用于处理局部顽固污渍。

安全防护方面，机械臂各关节配备限位传感器和碰撞检测功能，接近带电设备安全距离时自动停机并发出声光报警。水箱容积80升，满载可连续清洗15支瓷瓶，现场可通过消防水带补水。整机采用锂电池供电，一次充电可适应一个工作日作业需求。

创新亮点

• 机械臂仿形轨迹控制：根据瓷瓶伞裙间距自动生成波浪形清洗路径，确保每片伞裙上下表面均被水流涵盖，死角残留率低于5%
• 高压水射流参数自适应：根据视觉识别的污秽等级自动调节水压与流量，轻度粉尘污染时采用8MPa低压冲洗，重度板结污垢时自动升至12MPa强力剥离
• 地面遥控带电作业：操作人员与带电设备保持10米以上安全距离，彻底规避高空坠落与触电风险，清洁过程无需设备停电
• 清洗效果即时反馈：机械臂末端搭载微型摄像头，清洗前后影像自动对比存档，作为质量验收依据

落地应用效果

装置在华东某地市供电公司220kV变电站完成试点应用，累计清洁瓷瓶支柱46支。现场实测数据显示：单支瓷瓶平均清洁时间7分20秒，较人工登高作业的40分钟缩短81.7%；清洁后盐密测试值均低于0.008mg/cm²，优于预定指标。整个清洁过程变电站保持正常运行，未申请一次停电操作。

2024年迎峰度夏期间，试点变电站未发生一起因瓷瓶污闪导致的跳闸事件，而周边采用人工清洁方式的同类变电站同期发生2起污闪告警。检修班组反馈，原先需要6人配合、耗时一周的瓷瓶清洁工作，现在仅需2人操作装置、1天即可完成，释放的人力可投入其他检修项目。装置在雨天、大风等恶劣天气下自动停止作业，保障了设备与人员安全。

常见问题

Q1：该装置是否适用于所有电压等级的瓷瓶清洁？
目前装置机械臂最大工作半径1.8米，适用于220kV及以下变电站的支柱瓷瓶和避雷器瓷瓶。对于500kV及以上超高型瓷瓶，需加装升降平台配合使用，项目组正在研发加长臂版本。

Q2：高压水射流是否会对瓷瓶表面釉层造成损伤？
不会。装置水压上限设定为12MPa，经喷嘴雾化后作用于瓷瓶表面的冲击力远低于瓷釉的机械强度。试点应用前后对瓷瓶表面进行超声波探伤对比，未发现微裂纹或釉层剥落现象。

Q3：装置在北方冬季低温环境下能否正常作业？
水箱和管路均配置电伴热保温层，环境温度低于0℃时自动启动加热，防止水路结冰。液压系统选用低温抗磨液压油，可在-15℃环境下正常工作。目前该装置已在东北某省公司完成冬季实地验证。

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。