高压输电线路巡线机器人在线供电系统研制
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机器 人在 常规 运 作 时 ， 般 采 用 小 型 蓄 电池定 一
时更 换 方式 。但是 ， 巡线 机 器人 由于重量 的 限制 ， 不 能携 带 太多 的 电池 ； 压输 电线 路分 布在 野外 ， 越 高 跨 山川 湖 泊 ， 线机 器人 作业 时 ， 巡 频繁 地更 换蓄 电池 会 造成 诸 多不 便 ’ 这 不 仅 极 大地 增 加 了 仪 器 设 备 ，
的主要 方式 。电力 线 及 杆塔 附件 长 期 暴 露 在 野 外 ， 因受 到持 续 的机 械张力 、 电气 闪络 、 材料 老化 的影 响
而产 生 断股 、 损 、 磨 腐蚀 等损 伤 ， 如不 及时修 复 更换 ，
原本 微小 的破 损 和缺 陷就 可 能 扩 大 ， 终 导 致 严 重 最 事故 ， 成 巨大 的经 济 损 失… 。 电力 巡 线 机 器人 具 造 备பைடு நூலகம்距 离 巡检 ， 度 高 、 存 在 巡 检 盲 区 、 用 合理 精 不 费 等优 点 ， 一个 理 想 的选 择 。 是
达数 千 安 ， 考虑 到巡 线机 器人 工程 需求 ， 线供 电系 在
统需 要 较强 的适 应性 和 良好 的绝缘 设计 。
的非 工作 时 间 ， 增 加 了带 电作 业 工 作 量 及 其 潜 在 也
的人 身安 全 隐患 。 为 了提 高 机 器 人 的续 航 能力 ， 本
文设 计 了可 以从 输 电线 上 获得 能量 并为 机器 人充 电
第３ ０卷 第 ４期
２１年 ｌ ０１ ０月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎｅ ｇ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｒｙ
Ｖｏ ． ０． ＮＯ ４ １３ ． Ｏｃ ． ２ １ ｔ ０１
为 解决 上述 问题 ， 内外 学者 相继 开展 研 究 ， 国 取
得 了长 足进 展 ， 中 文 ［ ］ 计 了 一 台 自给 电巡 线 其 ８设
机 器人 装 置 。该 机器 人采 用 电流 互感 器从 爬行 的电
的在 线供 电系统 ， 并对 研制 该 系统 的三个 关键 问题 ：
力 线路 上获 取感 应 电流 ， 为机器 人 的工作 电源 ， 作 从 而解决 了巡 线机 器 人长 时间 驱动 的动 力 问题 。虽 然 该 机器 人 只能 在两 线 塔 间 的 电 力 线爬 行 ， 越 障 能 无 力 ， 为后 续研 究 提供 了 良好 的借鉴 。 但 文 ［ ］ 电磁场 基本 理 论 出发 ， 论 了铁 芯 、 ３从 讨 感 应线圈、 负载 等参 数与输 出功率 之 间的关 系 ， 为巡 线
基金 项 目 ：科 技 部 国 际 科 技 合 作 项 目 （０ ８ Ｆ １０ ０ ２０Ｄ Ｂ０５ ）
作 者 简 介 ：王
鹏 （ ９ ３） 男 ， 林 籍 ，博 士 研 究 生 ，主要 研 究 电 力 系 统 控 制 、 力 机 器 人 ； １８ 一 ， 吉 电
高 压 输 电线 路 巡 线 机器 人在 线 供 电 系统 研 制
王 鹏 ，梅 生伟 ，刘 锋 ，王 冠 群 ，王 克 非
（ 华大 学电机 系，电力 系统 国家重 点 实验 室 ，北京 １０ ８ ） 清 ０ ０ ４
摘 要 ：高压输 电线路 巡 线机 器人是 电力线 路 巡 线和 除冰 的 理 想选 择 ， 是 巡 线机 器人 的 电池容 量 但
１ 引 言
采 用 高压 和超 高压架 空 电力 线是 长距 离输 配 电
国家先 后 开展 了巡 线 机器 人 的研 究 。 我 国关 于
巡线 机器 人 的研 究 始 于 ９ Ｏ年 代 末 ’ 。从 国 内外 已取 得 的研究成 果 可 知 ， 越 障功 能 的 高 压 输 电线 无 巡线 机器 人技术 较 为成 熟 ， 能跨 越 线路 障碍 物 ， 但 实 施 大范 围 、 时 间 的线 路 巡 检作 业 的 自主巡 线 机 器 长 人研 究 目前 进 展 比较 缓 慢 。其 中很 重 要 的 原 因 就是 机 器人 的 自主取 电功 能 尚不能 很好 地 实现 。 从 国 内外 的研究 来 看 ， 高 压输 电线 上 感 应 取 在 电存 在 许多 困难 ， 输 电线 工 频 电 流 的频 率 低 且 不 如 可调 ； 电线 材质 、 圈 匝数 不 能 改 变 ， 以提 高 取 输 线 难 电的能 量 ； 要对 铁 芯 、 应 线 圈 、 需 感 负载 和输 出功 率 的关 系 作 出优化 设 计 ； 外 高 压 侧 一次 母 线 电流 的 此 情 况非 常复 杂 ， 电流 最低 可能 只有 几 十安 ， 而最 高可
电逻辑 指令 构 建等 三 大关键技 术 。 实验 测 试证 明 ， 所设 计 的供 电 系统 可 以持 续 且 有 效地 为 巡 线机
器人 的蓄 电池提 供 能量 。 关 键 词 ： 自供 电 系统 ； 线 机 器 人 ；感 应 取 电 巡
中 图分 类号 ： Ｍ １ Ｔ ９２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３３ ７ （０ １ ０ —０ ４０ １０ － ６ ２ １ ）４０７ —６ ０
感 应取 电模 块设 计 、 电模 块 以 及取 电供 电逻 辑 指 充
令 进行 了介 绍 。
２ 巡 线 机 器 人 在 线 供 电 系统 的 国 内 外 现 状
２ ０世 纪 ８ Ｏ年 代 末 ， 日本 、 拿 大 、 国 等 发 达 加 美
收 稿 日期 ：２ １ ・ １１ ０ ０ １ —８
较 小 导 致 机 器 人 续 航 能 力 差 ， 直 是 影 响 巡 线 机 器 人 发 展 的 重 要 原 因 。 为 克 服 上 述 困难 ， 文 致 力 一 本
于研 制 一种 能 够 自主 在 线取 能的新 型供 电 系统 ， 中涉及 感应 取 电模 块 、 其 充电模 块设 计 以及取 电供
时更 换 方式 。但是 ， 巡线 机 器人 由于重量 的 限制 ， 不 能携 带 太多 的 电池 ； 压输 电线 路分 布在 野外 ， 越 高 跨 山川 湖 泊 ， 线机 器人 作业 时 ， 巡 频繁 地更 换蓄 电池 会 造成 诸 多不 便 ’ 这 不 仅 极 大地 增 加 了 仪 器 设 备 ，
的主要 方式 。电力 线 及 杆塔 附件 长 期 暴 露 在 野 外 ， 因受 到持 续 的机 械张力 、 电气 闪络 、 材料 老化 的影 响
而产 生 断股 、 损 、 磨 腐蚀 等损 伤 ， 如不 及时修 复 更换 ，
原本 微小 的破 损 和缺 陷就 可 能 扩 大 ， 终 导 致 严 重 最 事故 ， 成 巨大 的经 济 损 失… 。 电力 巡 线 机 器人 具 造 备பைடு நூலகம்距 离 巡检 ， 度 高 、 存 在 巡 检 盲 区 、 用 合理 精 不 费 等优 点 ， 一个 理 想 的选 择 。 是
达数 千 安 ， 考虑 到巡 线机 器人 工程 需求 ， 线供 电系 在
统需 要 较强 的适 应性 和 良好 的绝缘 设计 。
的非 工作 时 间 ， 增 加 了带 电作 业 工 作 量 及 其 潜 在 也
的人 身安 全 隐患 。 为 了提 高 机 器 人 的续 航 能力 ， 本
文设 计 了可 以从 输 电线 上 获得 能量 并为 机器 人充 电
第３ ０卷 第 ４期
２１年 ｌ ０１ ０月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄ ａ ｃ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ｅｎｅ ｇ ｖ ｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｆＥｌ ｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｒｙ
Ｖｏ ． ０． ＮＯ ４ １３ ． Ｏｃ ． ２ １ ｔ ０１
为 解决 上述 问题 ， 内外 学者 相继 开展 研 究 ， 国 取
得 了长 足进 展 ， 中 文 ［ ］ 计 了 一 台 自给 电巡 线 其 ８设
机 器人 装 置 。该 机器 人采 用 电流 互感 器从 爬行 的电
的在 线供 电系统 ， 并对 研制 该 系统 的三个 关键 问题 ：
力 线路 上获 取感 应 电流 ， 为机器 人 的工作 电源 ， 作 从 而解决 了巡 线机 器 人长 时间 驱动 的动 力 问题 。虽 然 该 机器 人 只能 在两 线 塔 间 的 电 力 线爬 行 ， 越 障 能 无 力 ， 为后 续研 究 提供 了 良好 的借鉴 。 但 文 ［ ］ 电磁场 基本 理 论 出发 ， 论 了铁 芯 、 ３从 讨 感 应线圈、 负载 等参 数与输 出功率 之 间的关 系 ， 为巡 线
基金 项 目 ：科 技 部 国 际 科 技 合 作 项 目 （０ ８ Ｆ １０ ０ ２０Ｄ Ｂ０５ ）
作 者 简 介 ：王
鹏 （ ９ ３） 男 ， 林 籍 ，博 士 研 究 生 ，主要 研 究 电 力 系 统 控 制 、 力 机 器 人 ； １８ 一 ， 吉 电
高 压 输 电线 路 巡 线 机器 人在 线 供 电 系统 研 制
王 鹏 ，梅 生伟 ，刘 锋 ，王 冠 群 ，王 克 非
（ 华大 学电机 系，电力 系统 国家重 点 实验 室 ，北京 １０ ８ ） 清 ０ ０ ４
摘 要 ：高压输 电线路 巡 线机 器人是 电力线 路 巡 线和 除冰 的 理 想选 择 ， 是 巡 线机 器人 的 电池容 量 但
１ 引 言
采 用 高压 和超 高压架 空 电力 线是 长距 离输 配 电
国家先 后 开展 了巡 线 机器 人 的研 究 。 我 国关 于
巡线 机器 人 的研 究 始 于 ９ Ｏ年 代 末 ’ 。从 国 内外 已取 得 的研究成 果 可 知 ， 越 障功 能 的 高 压 输 电线 无 巡线 机器 人技术 较 为成 熟 ， 能跨 越 线路 障碍 物 ， 但 实 施 大范 围 、 时 间 的线 路 巡 检作 业 的 自主巡 线 机 器 长 人研 究 目前 进 展 比较 缓 慢 。其 中很 重 要 的 原 因 就是 机 器人 的 自主取 电功 能 尚不能 很好 地 实现 。 从 国 内外 的研究 来 看 ， 高 压输 电线 上 感 应 取 在 电存 在 许多 困难 ， 输 电线 工 频 电 流 的频 率 低 且 不 如 可调 ； 电线 材质 、 圈 匝数 不 能 改 变 ， 以提 高 取 输 线 难 电的能 量 ； 要对 铁 芯 、 应 线 圈 、 需 感 负载 和输 出功 率 的关 系 作 出优化 设 计 ； 外 高 压 侧 一次 母 线 电流 的 此 情 况非 常复 杂 ， 电流 最低 可能 只有 几 十安 ， 而最 高可
电逻辑 指令 构 建等 三 大关键技 术 。 实验 测 试证 明 ， 所设 计 的供 电 系统 可 以持 续 且 有 效地 为 巡 线机
器人 的蓄 电池提 供 能量 。 关 键 词 ： 自供 电 系统 ； 线 机 器 人 ；感 应 取 电 巡
中 图分 类号 ： Ｍ １ Ｔ ９２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３３ ７ （０ １ ０ —０ ４０ １０ － ６ ２ １ ）４０７ —６ ０
感 应取 电模 块设 计 、 电模 块 以 及取 电供 电逻 辑 指 充
令 进行 了介 绍 。
２ 巡 线 机 器 人 在 线 供 电 系统 的 国 内 外 现 状
２ ０世 纪 ８ Ｏ年 代 末 ， 日本 、 拿 大 、 国 等 发 达 加 美
收 稿 日期 ：２ １ ・ １１ ０ ０ １ —８
较 小 导 致 机 器 人 续 航 能 力 差 ， 直 是 影 响 巡 线 机 器 人 发 展 的 重 要 原 因 。 为 克 服 上 述 困难 ， 文 致 力 一 本
于研 制 一种 能 够 自主 在 线取 能的新 型供 电 系统 ， 中涉及 感应 取 电模 块 、 其 充电模 块设 计 以及取 电供