隨著城市化進程加快，高壓電纜設(shè)備體量逐年增加。高壓電纜接頭安裝質(zhì)量是保障電纜安全運行的關(guān)鍵。國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司自主研發(fā)了高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人，提升了高壓電纜接頭安裝的效率。

張華(左一)和團隊成員在現(xiàn)場使用機器人開展電纜接頭預(yù)處理。郭斌 攝

　　8月13日，在國網(wǎng)天津市電力公司電纜分公司電纜運檢第四中心，電纜運檢一班班長張華正在教青年員工使用一臺機器人。

　　這臺機器人是第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人，由張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團隊研發(fā)，實現(xiàn)了高壓電纜接頭自動化剝切、打磨，使高壓電纜接頭預(yù)處理平均時長由4小時縮減為90分鐘，大幅提高了電纜接頭安裝的效率。

　　用機器人完成電纜接頭剝切、打磨一體化操作

　　當前，高壓電纜已成為城市電能傳輸?shù)?ldquo;主動脈”，其安全運行對保障城市能源安全意義重大。接頭處是高壓電纜的薄弱部位，接頭安裝質(zhì)量不佳可能引發(fā)電纜故障。絕緣層與絕緣屏蔽層剝切、絕緣層打磨等接頭預(yù)處理操作尤其關(guān)鍵。以往，相關(guān)操作依靠人工完成，存在作業(yè)效率不夠高、質(zhì)量參差不齊等問題，影響電纜接頭安裝質(zhì)量。為此，自2021年6月起，張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團隊研發(fā)機器人來完成高壓電纜接頭預(yù)處理，提升相關(guān)作業(yè)質(zhì)量和效率，降低人工操作存在的安全風(fēng)險。

　　“電纜在生產(chǎn)過程中會存在線芯偏心或者電纜絕緣層及絕緣屏蔽層外表面非標準圓形的問題。”團隊成員魏占朋介紹，“我們在設(shè)計機器人時遇到的一個難題就是如何在這種情況下對電纜進行隨形剝切。為此，我們專門設(shè)計了隨形浮動刀架與蝸輪蝸桿傳動刀具微量進給機構(gòu)，實現(xiàn)了刀具沿電纜外表面形狀剝切及剝切深度的微量調(diào)整，確保不會過度剝切。”

　　隨形浮動刀架和蝸輪蝸桿傳動刀具配合電力滑環(huán)供電系統(tǒng)和數(shù)控技術(shù)，形成了電纜接頭剝切、打磨一體化自動操作模式。2021年12月，第一代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人研發(fā)成功，由剝切打磨模塊、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、軸向行走機構(gòu)以及控制模塊等部分組成，實現(xiàn)了對220千伏和110千伏電壓等級電纜接頭制作工藝質(zhì)量的標準化把控。

　　高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人持續(xù)迭代升級

　　第一代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人具備自動剝切、打磨功能，但體積大、重量大，限制了其在作業(yè)現(xiàn)場的推廣應(yīng)用。從2022年1月起，張華帶領(lǐng)創(chuàng)新團隊成員迭代升級高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人，推動機器人從實驗室走向施工現(xiàn)場。

　　瞄準小型化、輕量化目標，創(chuàng)新團隊采用模塊化設(shè)計方案，于2022年11月研發(fā)了第二代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人。它的“體重”僅27公斤，比第一代機器人重量輕了66%，體積也大幅縮小，兩個人即可搬運。第二代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人可在工井、溝槽、隧道等多種電纜敷設(shè)場景中使用。

　　絕緣屏蔽斷口處理是高壓電纜接頭預(yù)處理的核心工藝，要將1毫米厚的絕緣屏蔽層剝切成平滑過渡的斜坡，并且要求斷口平齊。“這就像是要把一個臺階改造成一個斜坡。”魏占朋說，“第一代和第二代機器人完成絕緣屏蔽斷口處理后還需要人工‘精修’。”為此，創(chuàng)新團隊開始研發(fā)第三代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人。他們設(shè)計了固定電纜圓心的刀架，保證剝切時進刀基準一致，在此基礎(chǔ)上，利用自動退刀裝置使絕緣屏蔽層在30毫米長度內(nèi)平滑過渡。第三代機器人于2023年7月研制成功。

　　為了提升機器人的智能化水平，創(chuàng)新團隊采用視覺傳感機構(gòu)與智能控制算法代替機械仿形機構(gòu)，于今年5月研發(fā)出了第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人。它可以實時監(jiān)測絕緣屏蔽層的剝切狀態(tài)，消除了電纜絕緣偏心與絕緣屏蔽層厚度不均勻?qū)﹄娎|自動化剝切、打磨作業(yè)的影響，實現(xiàn)了絕緣層、絕緣屏蔽層的智能化仿形剝切，使絕緣屏蔽斷口操作精度達微米級。

　　“第四代機器人有了‘眼睛’，剝切電纜更精準，向著大范圍推廣應(yīng)用邁出了關(guān)鍵一步。”張華說。

　　已在天津50余個作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用

　　創(chuàng)新成果需要走出實驗室，接受現(xiàn)場應(yīng)用的檢驗。自2022年開始，高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人已經(jīng)在天津地區(qū)50余個作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。

　　5月7日，在天津市東麗區(qū)某110千伏高壓電纜檢修現(xiàn)場，第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人完成了首次現(xiàn)場應(yīng)用。第四代機器人使平均剝切精度由人工操作的1毫米提高到0.4毫米，打磨效率提升近60%，大幅提高了電纜接頭制作的工藝水平和安裝質(zhì)效。

　　“以天津地區(qū)每年平均安裝150個電纜接頭為例，應(yīng)用第四代高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人后，每年電纜接頭預(yù)處理用時可減少375個小時。”張華介紹。

　　目前，高壓電纜接頭自動預(yù)處理機器人相關(guān)創(chuàng)新成果已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)7項、實用新型專利授權(quán)4項。該成果還獲評2023年全國職工“五小”優(yōu)秀創(chuàng)新成果、中國電力企業(yè)聯(lián)合會2023年度電力職工技術(shù)創(chuàng)新二等獎。