Pangitaa ug Analisis sa Teknolohiya sa Drone Basehan alang sa Pagsulay sa Maintenance sa Ultra-High-Voltage Transmission Line

Sa usa ka rehiyon, human sa pagmantala sa ultra-high-voltage (UHV) nga transmission lines, ang mga sumusunod nga isyu mihatag: ang umahan nga drones wala naabot sa kinahanglanon aron makapasa sa kasinatian ug hapsay nga inspection ug maintenance demands sa UHV lines. Sa praktikal nga operasyon, ang mga drones nagpakita og insuficiente nga endurance, limitado nga kapabilidad sa pagkuha sa imahe, ug dili maayo nga resistance sa electromagnetic interference (EMI), nga nagresulta sa negatibong impact sa efektividad sa inspection ug nagpailos sa dili maayo nga pag-identify sa mga defect sa UHV lines.

Tungod sa daghan nga length sa UHV transmission lines ug ang impluwensya sa lokal nga natural nga environment, ang mga drones nga gisuloban sa detection devices wala makapadayon og mahimong flight, nagresulta sa pagbawas sa efficiency sa inspection. Sa gitakda nga kaso, mao pa ang oil-electric hybrid drones nakamit og flight duration nga mas gamay sa 3 oras, naghimo sa kinahanglanon nga paborito nga pag-replace sa battery samtang sa inspection. Giila pa, ang kasinatian nga drone-based inspection systems wala kompleto sa ilang mga function—dili sila suporta sa multi-dimensional, multi-functional inspection capabilities—nagresulta sa insuficiente nga accuracy sa inspection. Kini maaari mogahin sa pagdelay sa pag-detect ug pag-handle sa line faults o uban pang mga defect, direkta nga naghatag og epekto sa normal nga power transmission.

Arong mapasol sa mga suliranong ini, ang aming kompanya midakoog usa ka bag-ong teknolohiya sa inspection sa UHV transmission line nga nag-integrate sa usa ka robotic manipulator nga gisulob sa drone. Ang solusyon niini giguhit para sa specific nga UHV infrastructure sa rehiyon ug informado gikan sa kasinatian nga performance sa drone application sa line maintenance. Ang layo niini mao ang pagpasol sa giingong mga isyu samtang makapasa sa key requirements: low power consumption, extended endurance, low cost, high payload capacity, ug strong environmental perception.

1.Technical Solution: Drone-Mounted Robotic Arm for UHV Line Maintenance
1.1 Design Concept
Ang critical nga considerations alang kini nga teknolohiya inkluso insulation design, motion control sa robotic arm, ug supporting subsystems. Mahimong importante ang rational nga technical design aron makapahimulos sa existing nga UHV maintenance challenges ug mapasol sa implementation bottlenecks.

Ang aming kompanya comprehensively evaluated ang insulation requirements nga gipasabot sa UHV maintenance environment alang sa robotic arm. Batasan niini, nataman nami ang maximum nga electric field strength ug voltage variations nga giatiman sa arm, rotors, frame, ug fuselage sa iba't ibang distances gikan sa live conductors. Targeted performance tests gitukod aron mapadugay sa subsequent refinements sa technical solution.

Gitukod nami ang representative nga UHV maintenance scenarios aron magdefine sa standard operating procedures ug safety protocols. Ang multi-degree-of-freedom structure sa robotic arm gige-optimize aron mapasabot ang pinaka compatible nga drone–manipulator configuration. Tungod sa unique nga operational environment, mi-propose usab kami sa pag-upgrade sa original nga image acquisition hardware ug data transmission software/hardware sa case study aron mapataas ang real-time image quality.

1.2 Electromagnetic Interference (EMI) Mitigation Measures
Ang UHV lines sa case involve long spans ug crossings, nag-create og complex ug dynamic nga electromagnetic environment. Ang strong nga electromagnetic fields sa palibot sa lines ug intense signals gikan sa nearby communication base stations mao ang makapabati sa severe nga interference sa communications sa drone–manipulator system. Giila pa, ang long-distance data transmission samtang sa manipulator operations mao ang makapabati sa crosstalk, nag-compromise sa operational safety.

Arong mapasol niini, ang aming kompanya mi-propose ang sumusunod nga EMI shielding measures:

• Analyze potential damage from high-intensity electromagnetic fields near UHV lines to the drone’s internal circuitry.

• Apply shielding treatments to the airframe surface, signal cables, and all housing seams.

• Uniformly spray a conductive coating of specified thickness onto the drone’s exterior to mitigate electromagnetic interference. For components unsuitable for coating, copper wire bonding is used to achieve equivalent shielding effectiveness.

1.3 Robotic Arm Structural Design
Tungod sa Figure 1, ang robotic arm adunay:
(1) Gripper; (2) Servo protection box; (3) Zero-value detector adapter; (4) High-voltage tester adapter; (5) Insulating rod; (6) Limiting rod; (7) Epoxy resin insulating layer; (8) Pitch-specific bearing sleeve; (9) Linkage rod; (10) Roll-specific bearing sleeve.

Tungod sa insulation requirements sa UHV environments, ang aming kompanya mi-propose sa pag-install sa insulating bolts tali sa underside sa drone ug landing gear. Ang steel frame connect sa lower side sa insulating layer sa pitch-specific bearing sleeve, nga fixed externally around a metal bearing. Ang pitch servo motor gisulob sa right side sa bearing, driving the pitch mechanism aron makapadayon sa up-and-down movement sa robotic arm.

Tungod sa interference nga gihatag sa high-intensity electromagnetic fields sa space surrounding the transmission lines, ang aming kompanya mi-propose sa pag-install sa servo motor drive lines inside the insulating rod ug equipping the servo with a dedicated insulated protective enclosure. Kini effectively isolate the servo from electromagnetic surges generated by the external high-voltage environment. Giila pa, ang copper wire bonding gipang-aplikar sa gaps around the servo aron makamit ang equipotential bonding, thereby reducing the risk of electromagnetic wave-induced breakdown in the servo’s internal circuitry.

2.Simulation Experiment of UHV Transmission Line Inspection Using a Drone-Mounted Robotic Arm
2.1 Simulation Design
Batason sa maintenance records sa UHV transmission lines sa case study, ang sumusunod nga structural parameters nakit-an: ang total height sa straight-line tower mao 3200 mm; ang large shed radius mao 2400 mm; ang medium shed radius mao 3200 mm; ang small shed radius mao 2700 mm; ug ang conductor diameter mao 17.48 mm, as shown in Figure 2.

Sa simula sa eksperimento sa pag-simula, ang sistema sa drone na gipili mao ang mga materyales sa carbon fiber alang sa mga propeller, frame, ug fuselage aron mapadako ang iyang kabuokan nga kapanguhaan.

Pagtumong sa impluwensya sa espasyal nga elektrikong field sa palibot sa operasyon sa pag-maintain sa ultra-high-voltage (UHV) transmission lines gamit ang drone, ang kompanya namatod ang simulasyon model sa drone-mounted robotic arm inspection system. Gamit ang finite element analysis, natukoy nato ang partikular nga impluwensya sa elektrikong field sa palibot sa UHV lines sa operasyon sa pag-maintain sa drone. Sumala pa, gianalisa nato ang pinakamataas nga lakip sa elektrikong field ug voltage variations nga gisabot sa robotic arm, airframe, rotors, ug fuselage sukad sa iba nga distansya gikan sa wala sa robotic arm hangtod sa conductor. Kini naghatag sa amoa og pagsabot kung may potensyal nga mga peligro sa pag-inspect sa dako nga malapitan.

2.2 Proseso sa Simulasyon
2.2.1 Kapanguhaan sa Inspection System sa 0.84 m gikan sa UHV Transmission Line
Ginahimo sa kompanya ang simulasyon experiments sa drone-mounted robotic arm inspection system aron mas mapalambo ang pag-analisa sa status sa operasyon ug espasyal nga distribusyon sa elektrikong field sa palibot sa conductor sa 0.84 m ka layo gikan sa UHV transmission line.

Ang resulta sa simulasyon nagpakita nga, sa karon nga kondisyon, walay significant nga adverse effect sa elektrikong field sa kabuokan nga inspection system. Pero, natukod ang slight nga pagtaas sa intensity sa elektrikong field sa wala sa robotic arm. Sa general, kon ang lokal nga strength sa elektrikong field adunay lisud sa dielectric breakdown strength sa air (30 kV/cm), ang risco sa pag-breakdown sa component mag-increase, na kompromiso sa stability ug safety sa sistema.

Sumala pa, sa pag-examine sa potential (voltage) distribution sa tanang component, natukod nato nga kon ang distance sa drone-mounted inspection system ug UHV line mag-increase, ang electric potential sa tanang component mag-decrease. Batasan sa kini nga potential variations, natukod nato ang voltage levels ug maximum nga elektrikong field strengths nga giexperience niining tanang component sa environment sa maintenance.

Tanan nga data nga nakita sa Table 1, kon ang inspection system adunay 0.84 m ka layo gikan sa UHV line, ang robotic arm nag-experience og elektrikong field strength nga 3712 V/m ug voltage nga 2069 V. Ang pag-compare sa left ug right rotors nagpakita nga ang left rotor consistent nga nagsabot og mas taas nga elektrikong field strength ug voltage kaysa sa right rotor. Tanan nga data nagpakita nga, sa karon nga 0.84 m operating distance, ang elektrikong field walay lisud sa air breakdown threshold, walay risco sa electrical discharge ug ensuring safe operation sa drone-mounted robotic arm inspection system.

2.2.2 Kapanguhaan sa Inspection System sa 0.34 m gikan sa UHV Transmission Line
Ginahimo usab sa kompanya ang simulasyon experiments aron mas mapalambo ang pag-analisa sa status sa operasyon ug espasyal nga distribusyon sa elektrikong field sa palibot sa conductor sa 0.34 m ka layo gikan sa UHV transmission line.

Table 1: Pinakamataas nga Elektrikong Field Strength ug Voltage Values Corresponding sa Each Component sa Drone-Mounted Robotic Arm Inspection System

Ang resulta sa pag-simula nagpakita nga sa kahigayonan sa pag-maintain sa separasyon nga distansya, ang distribusyon sa elektrikong field sa espasyo sa palibot sa transmission line sa wala sa robotic arm nagsulob. Tungod sa unikong kalibutan sa ultra-high-voltage (UHV) transmission lines, ang mga high-voltage electric fields labi ka prone sa pag-cause og arcing ug surface flashover issues.

Sa parehas nga panahon, pinaagi sa pag-analisa sa potensyal nga pagbag-o sa tanang komponente sa sistema, natukod nga samtang mas daghan ang distansya tali sa drone-mounted robotic arm inspection system ug UHV transmission line, ang electric potential sa tanang komponente correspondingly nagkamuyo.

Sumala sa data sa Table 2, samtang ang inspection system nakaposition 0.34 m away gikan sa UHV transmission line, ang pinakadako nga electric field strength na-experience sa bisan unsang komponente sa sistema dili mogawas sa dielectric breakdown strength sa hangin. Taliwala kini, natuman nga walay risk sa breakdown human sa maintenance operation, nag-ensure sa safety ug reliability sa drone-mounted robotic arm inspection system sa praktikal nga aplikasyon.

Table 2: Pinakadako nga Electric Field Strength ug Voltage Values Corresponding sa Bisan Unsa nga Komponente sa Drone-Mounted Robotic Arm Inspection System

2.3 Pagsulay sa Kapabilidad nga Kontra Interference sa Robotic Arm nga Gipangandam sa Drone para sa Maintenance sa Transmission Line

Alang sa pagsulay sa pagbantay sa drone, ang mga gamit alang sa pagsulay naggamit og drone nga giputlihan og conductive paint ug multimeter. Ang conductive paint nailhan nang uniform sa surface sa drone ngadto sa higayon nga dili mas taas sa 0.05 mm. Sa normal nga kondisyon sa kalibutan, gisukod ang internal resistance tali sa duha ka puntos sa surface sa drone; ang balor nga mas bata sa 1 Ω nagpakita sa pagtuman sa gipahimong standard.

Pagsulay sa distortion sa imahe: Taliwala sa paggamit sa teknolohiya sa robotic arm nga gipangandam sa drone para sa inspeksyon sa line, mahimong mag-occur ang image distortion tungod sa mga factor sama sa inherent nga accuracy sa gimbal camera lens ug kwalidad sa proseso sa assembly. Kini nga distortion nagresulta sa pagkakaiba tali sa na-capture nga images ug sa real nga scenario, nga posible nga mapabag-o ang kapabilidad sa maintenance personnel sa pag-identify sa mga fault o defect sa UHV transmission lines.

Arangkada niini, ang atong teknikal nga team mihimo og model sa correction sa image distortion batasan sa characteristics sa gimbal camera lens. Ang model ini gi-express sa sumala nga formula:

Sa formula:
x,y mao ang original nga coordinates sa tangential distortion point sa imaging system;
x′,y′ mao ang bag-ong coordinates sa punto human sa correction sa distortion;
p1,p2 mao ang tangential distortion parameters;
r mao ang radial distance gikan sa center sa imahe.

Ang distortion sa camera lens mahimong makategoryahan sa duha ka klase: tangential ug radial distortion. Ang tangential distortion madalas nahitabo tungod kay ang lens elements ug ang plane sa imahen sa camera dili perfekto nga parallel. Sa uban pang bahin, ang radial distortion nahitabo tungod kay ang light rays mas dugay nga nagbend sa mga posisyon nga layo gikan sa optical center sa lens, resulta sa distortion nga distributed sa radial direction sa lens. Ang radial distortion ma-express gamit ang sumala nga formula:

Sa formula:
x,y mao ang original nga coordinates sa radially distorted point sa imaging system;
x′,y′ mao ang bag-ong coordinates sa punto human sa correction sa distortion;
k1,k2,k3 mao ang radial distortion parameters;
r mao ang radial distance gikan sa center sa imahe.

Baton niini, ang kompanya nampropone sa paggamit sa Zhang’s calibration method aron matukoy ang mga radial distortion components nga adunay pinakamao nga impact sa formation sa imahe, ug sa pag-reconstruct sa mga parameter sa model. Kini nag-enable sa mutual mapping tali sa object coordinates sa define nga world coordinate system ug pixel coordinates sa plane sa imahe, resulta sa pag-completion sa calibration sa gimbal camera. Kini nga approach effective sa pag-mitigate sa impact sa manufacturing tolerances sa lens ug assembly processes sa accuracy sa imahe, nag-enhance sa clarity sa imahe, ug sigurado nga ang high-definition nga images sa ultra-high-voltage (UHV) transmission lines ma-transmit back sa system real time nga walay delay. Kini naghatag og reliable nga visual data sa maintenance personnel aron mas accurate sila sa assessment kung ania ang faults o defects sa lines.

Sa summary, ang teknolohiya sa inspection sa robotic arm nga gipangandam sa drone nga gipropone sa paper ini nakatuman sa kasamtangan nga requirements sa maintenance sa UHV transmission line alang sa low power consumption, long endurance, low cost, high payload capacity, ug strong environmental perception. Kini nakatuman sa key technical bottlenecks sa pagpalit sa traditional nga manual inspection methods gamit ang drones, elevate sa overall nga level sa operations sa maintenance, ug strengthen ang safety ug reliability sa power transmission ug supply.