賈 娟，吳觀斌， 慕世友，段博濤， 郭 銳，仲 亮， 雍 軍， 唐 賑，程養(yǎng)春

（1.山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟(jì)南250101；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250021；4.北京市高電壓與電磁兼容重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （華北電力大學(xué)），北京102206；5北京華電天能電力技術(shù)有限公司，北京102206）

一種絕緣子檢測(cè)機(jī)器人的電場(chǎng)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

賈 娟1，吳觀斌2， 慕世友3，段博濤4， 郭 銳3，仲 亮1， 雍 軍1， 唐 賑5，程養(yǎng)春4

（1.山東魯能智能技術(shù)有限公司，濟(jì)南250101；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南250001；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250021；4.北京市高電壓與電磁兼容重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （華北電力大學(xué)），北京102206；5北京華電天能電力技術(shù)有限公司，北京102206）

基于500 kV交流輸電線(xiàn)路上的雙串懸式瓷絕緣子串，對(duì)自主研制的一款超、特高壓絕緣子檢測(cè)機(jī)器人的典型部件周?chē)碾妶?chǎng)分布進(jìn)行了仿真計(jì)算，分析了部件形狀、尺寸以及所攜帶的電場(chǎng)測(cè)量探頭對(duì)局部最大電場(chǎng)強(qiáng)度的影響規(guī)律，進(jìn)而給出了機(jī)器人部件形狀、尺寸及電場(chǎng)測(cè)量探頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明：機(jī)器人導(dǎo)向機(jī)構(gòu)金屬支撐桿端部電場(chǎng)較大，非?？赡芤l(fā)放電，采用絕緣材料后，可大大降低其表面最大場(chǎng)強(qiáng)；控制箱進(jìn)行倒角處理或采用球形結(jié)構(gòu)可大大降低其表面最大場(chǎng)強(qiáng)；電場(chǎng)測(cè)量探頭直徑不宜超過(guò)10 cm，與絕緣子傘裙間隙應(yīng)大于1 cm。

輸電線(xiàn)路；絕緣子；檢測(cè)；機(jī)器人；電場(chǎng)

0 引言

絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人能夠運(yùn)行于超、特高壓輸電線(xiàn)路中懸垂和水平雙聯(lián)絕緣子串，開(kāi)展光檢測(cè)[1-2]、電阻測(cè)量[3]、電場(chǎng)測(cè)量[4-5]等帶電作業(yè)項(xiàng)目，綜合評(píng)價(jià)絕緣子的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于提高帶電作業(yè)自動(dòng)化水平、保障電網(wǎng)安全具有重要意義[6-7]。開(kāi)展絕緣子檢測(cè)機(jī)器人帶電檢測(cè)，高電壓等級(jí)下的電磁干擾是應(yīng)考慮的問(wèn)題[8]。

機(jī)器人在帶電檢測(cè)絕緣子串的過(guò)程中，主要遇到的電磁干擾將來(lái)自機(jī)器人上尖端部位的電暈放電、機(jī)器人金屬部件上的感應(yīng)電荷造成的部件之間的懸浮電位放電、機(jī)器人與高壓導(dǎo)線(xiàn)和均壓環(huán)之間的電弧放電等。其中，機(jī)器人與高壓導(dǎo)線(xiàn)之間的電弧放電造成的電磁干擾最為強(qiáng)烈。這些放電現(xiàn)象可以產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射。外界電磁輻射能夠直接降低機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)的有效性能和技術(shù)指標(biāo)，增大通信系統(tǒng)的誤碼率和降低信息的可靠性[9－10]。

特別是機(jī)器人移動(dòng)到絕緣子串的高壓端端部時(shí)，機(jī)器人與高壓金具之間可能會(huì)發(fā)生電弧放電。這種放電帶來(lái)的強(qiáng)大電磁場(chǎng)輻射和電流沖擊不但影響儀器和設(shè)備的正常工作，而且可能燒毀機(jī)器人部件[11－14]。

因此，筆者基于有限元法，仿真分析機(jī)器人在500 kV雙串絕緣子串上運(yùn)動(dòng)時(shí)，典型結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分布情況，給出合適的結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議，降低局部強(qiáng)電場(chǎng)，避免電暈放電、懸浮電位放電、電弧放電等各種放電現(xiàn)象的發(fā)生，提高機(jī)器人工作的可靠性和準(zhǔn)確性。

1 絕緣子檢測(cè)機(jī)器人介紹

作者研制的一款絕緣子檢測(cè)機(jī)器人，可以用于架空輸電線(xiàn)路瓷絕緣子串的停（帶）電檢測(cè)，適用于水平和懸垂布置的瓷絕緣子串，具備電阻測(cè)量、電場(chǎng)測(cè)量和可見(jiàn)光檢測(cè)功能，綜合判斷劣化絕緣子。機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，包括控制箱、導(dǎo)向與抱緊機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)、檢測(cè)部件等。

圖1 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The mechanical structure of the robot

1.1 控制箱

控制箱內(nèi)部放置了控制電路、電源、電機(jī)等部件?？刂葡錇椴焕C鋼長(zhǎng)方體箱子，為控制電流和電子部件提供電磁屏蔽保護(hù)。

1.2 導(dǎo)向與抱緊機(jī)構(gòu)

導(dǎo)向與抱緊機(jī)構(gòu)采用4～5根雪橇狀導(dǎo)向桿導(dǎo)向，使機(jī)器人沿絕緣子串軸向移動(dòng)；導(dǎo)向桿之間有垂直的圓弧狀抱緊機(jī)構(gòu)相連，并且采取環(huán)抱的形式將導(dǎo)向桿壓緊在絕緣子串表面。

考慮到機(jī)械強(qiáng)度的要求，導(dǎo)向桿中存在鋁合金桿件和尼龍桿件，整體上與絕緣子串軸線(xiàn)平行；抱緊機(jī)構(gòu)中存在鋁合金桿件，整體上與絕緣子串軸線(xiàn)垂直。

1.3 移動(dòng)機(jī)構(gòu)

移動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和十字支架。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為鋼制外殼，位于控制箱內(nèi)部。十字支架為硬鋁合金材質(zhì)，可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。十字支架的末端安裝有尼龍滾輪，與絕緣子接觸。當(dāng)十字支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，尼龍滾輪壓迫絕緣子傘裙，反作用力使之間的軸相對(duì)于絕緣子發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)器人移動(dòng)。

1.4 檢測(cè)部件

檢測(cè)部件主要包括電場(chǎng)測(cè)量探頭、電阻測(cè)量探頭和圖像探頭等。其中電場(chǎng)探頭、圖像探頭等部件需要伸出控制箱之外，并另行設(shè)計(jì)金屬屏蔽殼為其提供電磁屏蔽保護(hù)。

2 仿真模型

基于有限元軟件ANSYS進(jìn)行仿真分析，以某500 kV線(xiàn)路所用的雙聯(lián)耐張型XWP－210雙傘瓷絕緣子串（2×30個(gè)，共計(jì)60個(gè)）為例，建立了絕緣子串仿真模型。其中絕緣子主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表1。在絕緣子串高壓端和均壓環(huán)上施加408 kV電壓，在絕緣子串接地端施加0 V電壓，對(duì)絕緣子串周?chē)妶?chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行仿真計(jì)算。

表1 絕緣子串主要結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 main parameters of the insulator strings

由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的仿真分析，故本文不對(duì)機(jī)器人整體建模，僅將控制箱簡(jiǎn)化成長(zhǎng)方形金屬殼體，將導(dǎo)向與抱緊機(jī)構(gòu)和移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的金屬部件和絕緣部件分別簡(jiǎn)化成金屬桿和絕緣桿，將檢測(cè)部件簡(jiǎn)化成球形金屬殼體，并且單獨(dú)與絕緣子串模型結(jié)合，依次進(jìn)行仿真分析。將機(jī)器人的部件單獨(dú)仿真，排除了各部件之間的相互屏蔽，因而仿真結(jié)果偏于嚴(yán)酷，有利于發(fā)現(xiàn)最嚴(yán)重的局部電場(chǎng)增強(qiáng)現(xiàn)象。由于高壓端導(dǎo)線(xiàn)對(duì)機(jī)器人各部分結(jié)構(gòu)電場(chǎng)分析影響很小，故沒(méi)有建立高壓端導(dǎo)線(xiàn)的模型。這種簡(jiǎn)化使得該處電場(chǎng)大于均壓環(huán)電場(chǎng)。仿真模型見(jiàn)圖2。

圖2 仿真模型Fig.2 The simulation model

仿真結(jié)果顯示，在沒(méi)有機(jī)器人的情況下，高壓導(dǎo)線(xiàn)和均壓環(huán)附近電場(chǎng)強(qiáng)度較大，其中均壓環(huán)上表面最大電場(chǎng)達(dá)到3 kV/mm左右。電場(chǎng)分布云圖見(jiàn)圖3。從圖3（a）可知，高壓側(cè)第3片絕緣子離均壓環(huán)導(dǎo)體較近，導(dǎo)致第3片絕緣子與均壓環(huán)之間的空間電場(chǎng)稍微強(qiáng)于其他絕緣子周?chē)目臻g電場(chǎng)。此外，高壓側(cè)第1片絕緣子離高壓端導(dǎo)體較近，周?chē)臻g電場(chǎng)也比較強(qiáng)。因此，本文研究機(jī)器人周?chē)妶?chǎng)時(shí)，假設(shè)機(jī)器人的典型部件位于第3片絕緣子和第一片絕緣子附近。

圖3 絕緣子串電場(chǎng)分布云圖Fig.3 The electric field cloud graph of the insulator strings

3 仿真結(jié)果與優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 控制箱

控制箱為長(zhǎng)方體金屬外殼，存在棱邊和尖角，是局部電場(chǎng)較為集中的一個(gè)部件。常用的改善其周?chē)妶?chǎng)的措施是對(duì)棱邊加圓弧倒角，并將尖角處理成圓角。最理想的情況是整個(gè)控制箱顯球形。因此，對(duì)控制箱建立了3種模型進(jìn)行仿真對(duì)比：1）長(zhǎng)200 mm、寬200 mm、厚50 mm的長(zhǎng)方體；2）經(jīng)倒角處理的長(zhǎng)方體（倒角半徑為10 mm）；3）直徑為200 mm的球體。

圖4顯示了長(zhǎng)方體控制箱處于高壓側(cè)第3片絕緣子附近時(shí)，控制箱及其鄰近絕緣子表面的3維電場(chǎng)分布矢量圖。其中顏色和箭頭長(zhǎng)度均表示電場(chǎng)大小。圖4中為了突出顯示控制箱表面的電場(chǎng)，除了控制箱和絕緣子表面區(qū)域外，其他區(qū)域的電場(chǎng)未做顯示?？刂葡涞淖畲箅妶?chǎng)出現(xiàn)在箱子的右下棱角處。上述3種形狀的控制箱處于不同位置時(shí)的表面最大場(chǎng)強(qiáng)見(jiàn)圖5。

圖4 長(zhǎng)方體控制箱電場(chǎng)分布矢量圖Fig.4 The electric field vector graph of the cubic control box

圖5 不同形狀控制箱表面最大電場(chǎng)Fig.5 The maxim electric field on the surface of control box with different shape and position

結(jié)果顯示，不同形狀的控制箱的電場(chǎng)從大到小依次為長(zhǎng)方體、長(zhǎng)方體帶倒角、球形。相同形狀的控制箱，位于第3片絕緣子時(shí)最大場(chǎng)強(qiáng)大于位于第1片絕緣子時(shí)。位于第3片絕緣時(shí)，長(zhǎng)方體控制箱表面場(chǎng)強(qiáng)最大，達(dá)到1.38 kV/mm。鑒于有限元刨分單元尺寸的限制，長(zhǎng)方體的尖角可能沒(méi)有完全反映出來(lái)，因此該數(shù)值比較保守。因此，在該部位，非常有可能發(fā)生電暈或者電弧放電現(xiàn)象。

當(dāng)控制箱帶半徑10 mm的倒角時(shí)，最大場(chǎng)強(qiáng)為為1.09 kV/mm。當(dāng)控制箱直徑等于200 mm球形時(shí)，電場(chǎng)最大值為0.524 kV/mm，與長(zhǎng)方體箱體相比最大電場(chǎng)下降約60%，已遠(yuǎn)離空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)3 kV/mm，不太可能發(fā)生電暈放電。因此，控制箱的棱邊和棱角至少要有半徑10 mm的圓弧倒角，最好為球形。

3.2 導(dǎo)向抱緊機(jī)構(gòu)仿真與優(yōu)化

導(dǎo)向抱緊機(jī)構(gòu)包含的支撐桿存在明顯的棱邊和尖端，這些突出部位電場(chǎng)比較集中，是另一個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的結(jié)構(gòu)。本文仿真了當(dāng)支撐桿分別位于第1片絕緣子和第3片絕緣子時(shí)，橫截面分別為矩形和圓形的兩種支撐桿的電場(chǎng)分布情況。矩形截面的支撐桿長(zhǎng)度為400 mm，截面矩形的邊長(zhǎng)為10 mm；圓形截面的支撐桿長(zhǎng)度為400 mm，截面半徑為10 mm，端部有半徑為10 mm的半球。

圖6顯示了圓截面金屬桿位于第3片絕緣，并且與絕緣子串軸線(xiàn)平行放置時(shí)，金屬桿表面的3維電場(chǎng)分布矢量圖（為了突出顯示金屬桿表面的電場(chǎng)，除了金屬桿和絕緣子表面區(qū)域外，其他區(qū)域的電場(chǎng)未做顯示）。支撐桿端部電場(chǎng)較大，與直觀認(rèn)識(shí)相符。

圖6 圓截面金屬桿表面電場(chǎng)矢量圖Fig.6 The electric field vector graph on the surface of metal rod with circle cross section

不同結(jié)構(gòu)和材料的支撐桿，以及平行放置（與絕緣子串軸線(xiàn)平行）和垂直放置（與絕緣子串軸線(xiàn)垂直）情況下，支撐桿表面最大場(chǎng)強(qiáng)見(jiàn)表2。當(dāng)支撐桿為金屬桿時(shí)，無(wú)論是位于第3片絕緣子還是第1片絕緣子，平行放置的支撐桿表面最大場(chǎng)強(qiáng)較大，接近或者超過(guò)起暈場(chǎng)強(qiáng)3 kV/mm，很可能發(fā)生放電；垂直放置的支撐桿最大場(chǎng)強(qiáng)較小，不足1 kV/mm。支撐桿位于第1片絕緣子時(shí)的最大電場(chǎng)稍小于位于第3片絕緣的最大電場(chǎng)，這是因?yàn)榫鶋涵h(huán)的屏蔽作用。

綜上，軸向排列的支撐桿表面電場(chǎng)較大，需要重點(diǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用絕緣材料，表面光滑，不能有尖角結(jié)構(gòu)。其截面應(yīng)選用圓形，端部加半球圓弧。

3.3 電場(chǎng)探頭結(jié)構(gòu)仿真與優(yōu)化

以往用于絕緣子串零值檢測(cè)的電場(chǎng)測(cè)量探頭外形為長(zhǎng)方體[4－5]，類(lèi)似前文對(duì)長(zhǎng)方體控制箱的分析，這種外形的電場(chǎng)探頭可能在尖角部位發(fā)生放電。球形三維電場(chǎng)探頭不但外形上無(wú)尖角，不會(huì)形成局部強(qiáng)電場(chǎng)，而且能夠測(cè)量非均勻電場(chǎng)的幅值，因此非常適合檢測(cè)線(xiàn)路絕緣子串周?chē)目臻g電場(chǎng)。筆者重點(diǎn)分析了球形電場(chǎng)探頭周?chē)碾妶?chǎng)分布情況，用以?xún)?yōu)化探頭的直徑。

表2 不同支撐桿的表面電場(chǎng)對(duì)比Table 2 The comparison of the electric field on the surface of different rod

筆者仿真計(jì)算金屬球體分別位于第1片絕緣子和第3片絕緣子附近，并且距傘裙邊沿高5 cm時(shí)，不同大小球形探頭周?chē)碾妶?chǎng)分布。探頭表面電場(chǎng)矢量圖如圖7所示。探頭表面電場(chǎng)最大值隨探頭直徑的變化規(guī)律見(jiàn)圖8。

圖7 金屬球體表面電場(chǎng)矢量圖Fig.7 The electric field vector graph on the surface of metal sphere

圖8 探頭表面最大電場(chǎng)隨直徑的變化Fig.8 The maxim electric field on the surface of the metal sphere with different diameter

可見(jiàn)，直徑在5～20 cm探頭的最大電場(chǎng)較小，均小于0.7 kV/mm，不會(huì)發(fā)生電暈放電。其中球形探頭位于第3片絕緣子附近時(shí)，隨著探頭直徑的增大，最大電場(chǎng)有增大的趨勢(shì)，這種變化特點(diǎn)可能是因?yàn)樘筋^直徑較大時(shí)，探頭表面距離均壓環(huán)邊緣較近，電場(chǎng)集中程度較大；位于第1片絕緣子時(shí)，電場(chǎng)基本不變，這可能與均壓環(huán)的屏蔽作用有關(guān)。綜合考慮，球形電場(chǎng)探頭應(yīng)做的小一點(diǎn)，直徑小于10 cm為宜。

3.4 電場(chǎng)探頭與絕緣子間隙的優(yōu)化

理論上，電場(chǎng)探頭越靠近絕緣子串，檢測(cè)零值絕緣子的靈敏度越高。但是，當(dāng)探頭的金屬電極與絕緣子傘裙邊沿之間形成小間隙時(shí)，有可能出現(xiàn)懸浮電位放電現(xiàn)象，小間隙被擊穿。為此，仿真研究了直徑10 cm的金屬球形電場(chǎng)探頭與絕緣子傘裙邊沿距離下的電場(chǎng)分布情況。

圖9給出了間隙為2 cm時(shí)的電場(chǎng)分布云圖，在靠近絕緣子的球體表面和絕緣子傘裙邊沿電場(chǎng)都比較大。圖10給出了最大電場(chǎng)隨間隙距離的變化情況。隨著間隙的減小，最大場(chǎng)強(qiáng)具有逐漸增大的趨勢(shì)。實(shí)際情況下，金屬球表面可能不夠光滑，有微小凸起，電場(chǎng)強(qiáng)度可能會(huì)超過(guò)仿真計(jì)算結(jié)果。

圖9 球形探頭與絕緣子間電場(chǎng)分布云圖Fig.9 The electric field distribution between the insulator and the spherical probe

圖10 最大電場(chǎng)與間隙距離的關(guān)系Fig.10 The relationship between the maxim electric field and the distance of the gap

當(dāng)間隙＞1 cm時(shí)，其間最大電場(chǎng)小于0.8 kV/mm，數(shù)值較小，在實(shí)際中產(chǎn)生放電的可能性很小。當(dāng)間隙為1 mm時(shí)，間隙間最大電場(chǎng)在1.4 kV/mm左右，在實(shí)際中有可能發(fā)生放電。因此，為了保證不會(huì)發(fā)生小間隙放電，電場(chǎng)探頭與絕緣子傘裙間隙不宜小于1 cm。

4 結(jié)論

針對(duì)自主研制的一款超、特高壓絕緣子檢測(cè)機(jī)器人的典型部件結(jié)構(gòu)，基于500 kV雙串絕緣子串，仿真計(jì)算了長(zhǎng)方體、桿件和球體部件周?chē)妶?chǎng)分布情況，對(duì)部件的形狀提出了優(yōu)化建議。結(jié)論如下：

1）機(jī)器人上的長(zhǎng)方體控制箱的棱角部位電場(chǎng)較大，邊緣應(yīng)倒角處理 （倒角圓弧半徑宜大于10 mm）甚至可以考慮采用球形結(jié)構(gòu)。

2）金屬桿件端部電場(chǎng)很大，極有可能發(fā)生放電。桿件采用絕緣材料可以大大降低其表面最大場(chǎng)強(qiáng)，并且盡量采用圓形截面和半球形端部結(jié)構(gòu)。

3）直徑在5～20 cm的球形電場(chǎng)測(cè)量探頭表面最大電場(chǎng)均小于0.7 kV/mm。考慮到測(cè)量精度，球形探頭應(yīng)當(dāng)做的盡量小，以直徑小于10 cm為宜。

4）電場(chǎng)探頭金屬部件與絕緣子傘裙間隙可能發(fā)生放電現(xiàn)象，不宜小于1 cm。

[1]汪金剛，何為，陳濤，等.絕緣子表面電場(chǎng)與紫外脈沖關(guān)系以及在劣化絕緣子檢測(cè)中的應(yīng)用 [J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2008,23（6）：137－142.WANG Jingang,HE Wei,CHEN Tao,et al.Relationship between the electric field on the surface of insulators and ultra－violet pulse intensity and its application in detecting faulty insulators[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2008,23（6）:137－142.

[2]張運(yùn)楚，梁自澤，譚民.架空電力線(xiàn)路巡線(xiàn)機(jī)器人的研究綜述[J].機(jī)器人，2004,26（5）：467－473.ZHANG Yunchu,LIANG Zize,TAN Min.Mobile robot for overhead powerline inspection－a review[J].Robot,2004,26（5）:467－473.

[3]楊興波.新型智能絕緣子檢測(cè)儀廣元投運(yùn)[N].北京：國(guó)家電網(wǎng)報(bào).2010年9月14日/第002版.

[4]程養(yǎng)春，李成榕，馬曉華.電場(chǎng)法帶電檢測(cè)零值絕緣子的研究[J].高電壓技術(shù)，2002,28（z1）：8,63.CHENG Yangchun,LI Chengrong,MA Xiaohua.Study on online detection of faulty composite insulators by electric field method[J].High Voltage Engineering,2002,28(z1):8,63.

[5]CHENG Yangchun,LI Chengrong,NIU Chunjie,et al.Porcelain insulatorsdetection bytwodimensions electric field on high voltage transmission lines[C].XV InternationalSymposium on High VoltageEngineering,2007:194.

[6]汪曉，陳垚，單軍，等.新型高壓輸電線(xiàn)路絕緣子檢測(cè)機(jī)器人研發(fā)方案[J].電力建設(shè)，2015,36（6）：77－83.WANG Xiao,CHEN Yao,SHAN Jun,et al.A novel design of insulator detecting robot for HV transmission lines[J].Electric Power Construction,2015,36（6）:77－83.

[7]曹濤，孫大慶，趙德利，等.盤(pán)形瓷絕緣子檢測(cè)機(jī)器人在架空輸電線(xiàn)路中的應(yīng)用研究[J].電瓷避雷器，2013（2）：11－16.CAO Tao，SUN Daqing，ZHAO Deli，et al.Research on the application of disc type porcelain insulators detection robot in overhead transmission lines[J].Insulators and Surge Arresters，2013（2）:11-16.

[8]田忠超，楊蔚，趙德利，等.高壓帶電絕緣子檢測(cè)機(jī)器人的電磁防護(hù)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（9）：207-209.TIAN Zhongchao,YANG Wei,ZHAO Deli,et al.Electromagnetic protection of high voltage charged insulator detection robot[J].Automation&Instrumentation,2015（9）:207-209.

[9]杜雪嬌.強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2010.

[10]劉尚合，劉衛(wèi)東.電磁兼容與電磁防護(hù)相關(guān)研究進(jìn)展[J].高電壓技術(shù)，2014,40（6）：1605-1613.LIU Shangge,LIU Weidong.Progress of relevant research on electromagnetic compatibility and electromagnetic protection[J].High Voltage Engineering,2014,40（6）:1605-1613.

[11]司榮仁，石立華，陳銳，等.球形光纖傳輸三維電場(chǎng)傳感器[J].強(qiáng)激光與粒子束，2012,24（12）：2930-2934.SI Rongren,DAN Lihua,CHEN Rui,et al.Three-dimensional electric-field sensor for spherical fiber transmission[J].High Power Laser and Particle Beams,2012,24（12）:2930-2934.

[12]袁超，唐夢(mèng)穎，趙凱強(qiáng)，等.可溶物成分對(duì)XWP2-70絕緣子串污閃特性的影響 [J].高壓電器，2016,52（3）：118-119.YUAN Chao,TANG Mengying,ZHAO Kaiqiang,et al.Effect of contamination composition on AC flashover performance of XWP2-70 insulator string[J].High Voltage Apparatus,2016,52(3):118-119.

[13]張冠軍，趙林，周潤(rùn)東，等.硅橡膠復(fù)合絕緣子老化表征評(píng)估研究的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].高壓電器，2016,52（4）：1-2.ZHANG Guanjun,ZHAO Lin,ZHOU Rundong,et al.Review on aging characterization and evaluation of Silicon rubber composite insulator[J].High Voltage Apparatus,2016， 52（4）:1-2.

[14]馬徑坦，趙軍平，游浩洋，等.GIS支撐絕緣子表面狀況對(duì)其雷電沖擊閃絡(luò)特性的影響[J].高壓電器，2016,52（4）：63-64.MA Jingtan， ZHAO Junping， YOU Haoyang， et al.Influence of surface conditions on flashover characteristics of supporting insulators in GIS under lightning impulse[J].High Voltage Apparatus， 2016， 52（4）:63-64.

The Electric Field Analysis and Optimal design on a Robot for Insulator Detection

JIA Juan1,WU Guanbin2,MU Shiyou3,DUAN Botao4,GUO Rui3,ZHONG Liang1,YONG Jun1,TANG Zhen5，CHENG Yangchun4
（1.Shandong Luneng Intelligence Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China;2.Stat Grid Shandong Province Electric Power Company,Jinan 250001,China;3.Electric Power Research Institute of Stat Grid Shandong Province Electric Power Company,Jinan 250021,China;4.Beijing key Laboratory of High Voltage and EMC (North China Electric Power University),Beijing 102206,China;5.Beijing Huadian Tianneng Electric Power Technology Co.,Ltd.,Beijing 102206,China）

In this paper,based on the double-string suspension porcelain insulator on a 500 kV transmission line,the electric fields around the typical structures of a self-designed robot are simulated.The influence rules of the formation and the scale of the typical structures on the maxim electric field,and the rule of the electric field probe on the maxim electric field are analyzed.Furthermore,the optimal design of the typical structures is suggested.The results show that the electric field at the terminal of the metal guide rod is very high,even could lead to flashover.The guide rod should be made of insulating material,so that the electric field around it will fall down greatly.The metal control box with smooth edge or spherical structure can greatly reduce the amplitude of the electric field around it.At the same time,the diameter of the electric field probe should not exceed 10 cm,and the gap between the probe and the shed of the insulator should be larger than 1 cm.

transmission line;insulators;detection;Robot;electric field

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.02.033

2016-01-23

賈娟 (1987—)，女，工程師，研究方向?yàn)殡娏C(jī)器人。