Uuring ja analüüs droonipõhiste asendustehnoloogiate kohta ülevoolvoltagejoonte hoolduseks

Täpsemalt ühes piirkonnas identifitseeriti pärast ülevoolavoltage (UHV) edevõtelineede hoolduse lõpetamist järgmised probleemid: olemasolevad droonid ei suuda täita praeguseid suurte mahu ja laiaulatuslike UHV-joonte kontrolli ja hoolduse nõudmisi. Praktikas näitavad droonid ebapiisava käiveaega, piiratud pildiandmise võimet ja halva elektromagnetilise segaduse (EMI) vastupidavuse, mis negatiivselt mõjutab kontrollieffektiivsust ja takistab UHV-joonte puuduste täpset tuvastamist.

UHV-joontide suure pikkuse ja kohaliku looduskeskkonna mõju tõttu ei suuda detektoritega varustatud droonid pikka aega lendada, mis vähendab kontrollieffektiivsust. Viidatud juhul jõudsid isegi nafta-elektriliitlised droonid vaid alla 3 tunni lennukäiguni, mille tulemusena oli vaja kontrollide käigus sageli asendada aku. Lisaks ei toeta praegused droonipõhised kontrollisüsteemid mitmemõõtmelist, mitme funktsiooniga kontrollimist, mis viib ebapiisava kontrollitõhususega. See võib viia joonevigade või muude puuduste tuvastamise ja lahendamise viivitusele, millest otseselt kannatab normaalne elektrienergia edastamine.

Nende väljakutsete lahendamiseks on meie ettevõte arendanud uue UHV-joonte inspekteerimistehte, mis sisaldab droonile paigutatud robotkäte. See lahendus on kohandatud piirkonna spetsiifilise UHV-infrastruktuurile ja hõlmab praeguseid droonide rakendamise performantseid joonete hoolduses. Eesmärk on lahendada mainitud probleemid, samal ajal rahuldades olulisi nõudmisi: madal energiatarbimine, pikendatud käiveaeg, madal kulud, suur ladaltvõime ja tugev keskkonnapereseisvus.

1.Tehtiline lahendus: Dronile paigutatud robotkäte UHV-joonte hoolduseks
1.1 Kujunduskonzept
Selle tehnoloogia kriitilised kaalutlused hõlmavad isolatsioonikujundust, robotkäte liigutamiskontrolli ja toetavaid alamsüsteeme. Tehnilise kujunduse ratsionaalsel planeerimisel on oluline, et saaks tõhusalt lahendada olemasolevaid UHV-hoolduse probleeme ja ületada rakendamise peenikke.

Meie ettevõte hindas üldiselt UHV-hoolduskeskonna isolatsiooninõudmisi robotkätte suhtes. Selle alusel arvutasime maksimaalse elektrivälja tugevuse ja voltaga seotud muutused robotkätte, rotori, raami ja rombi erinevatel kaugustel elavatele juhtmetele. Siis disainisime sihitatud performantskatseid, mis informeerisid järgmist tehnilise lahenduse täiustamist.

Valisime esinduslikud UHV-hooldussituatsioonid, et määrata standardoperatsiooniprotsessid ja ohutusprotokollid. Robotkäte mitmepöördliikuv struktuuri optimiseerisime, et tuvastada kõige sobivam droon-manipulaator konfiguratsioon. Arvestades unikaalset töökeskkonda, soovitasime ka originaalsete piltide andmise riistvara ja andmete edastamise tarkvara/hardveri uuendamist juhenditöös, et parandada reaalajas pildi kvaliteeti.

1.2 Elektromagnetilise segaduse (EMI) vähendamise meetmed
Juhendi UHV-jooned hõlmavad pikki vahemaid ja ristmikke, mis loovad keerulise ja dünaamilise elektromagnetilise keskkonna. Joonte ümber olevad tugevad elektromagnetilised väljad ja lähedaste sidebaasite intensiivsed signaalid võivad tõsiselt segada drooni-manipulaatori süsteemi suhtlust. Lisaks võib manipulaatori operatsioonide käigus pikka vahemaa andmete edastamine põhjustada kõrge sõlmega, mis kompromitteerib turvalisust.

Selle vastu meie ettevõte pakub järgmisi EMI-kaitsemeetmeid:

• Analüüsime UHV-joonte lähedal asuvate tugevate elektromagnetiliste väljade potentsiaalset kahju drooni sisemisele silmitööl.

• Rakendame kaitsemeetmeid rombi pinnale, signaalikabele ja kõigile korpusiühenduste nahtmetele.

• Väljapoole tasakaalustatult kiusta kindlat paksust läbilasevat kate drooni välisse, et vähendada elektromagnetilist segadust. Komponentidele, mille jaoks pole kattamist sobiv, kasutatakse kupariliini sidumist, et saavutada vastav kaitseefekt.

1.3 Robotkäte struktuuriline kujundus
Näha Figure 1, robotkäte koosneb:
(1) Kinnitaja; (2) Servokaitsekast; (3) Nullväärtuse tuvastaja adapter; (4) Kõrgete pinge tuvastaja adapter; (5) Isolatsioonipüüd; (6) Piiramispüüd; (7) Epoxydi resiini isolatsioonikiht; (8) Pitsi-spetsiifiline kummikatte; (9) Ühenduspüüd; (10) Rolli-spetsiifiline kummikatte.

Arvestades UHV-keskkonna isolatsiooninõudmisi, soovitab meie ettevõte paigutada isolatsioonipoltseid drooni allpool ja maandusjalu vahel. Terase raam ühendab isolatsioonikihi alumise poole pitsi-spetsiifilise kummikatega, mis on välispool metallilist kummikut fiksitud. Pitsi servomootor on paigutatud kummiku paremal pool, mis juhib pitsimehhanismi, lubades robotkäte üles- ja alla liikumist.

Arvestades tugevate elektromagnetiliste väljade segadust, mis tekivad ümbritsevas ruumis, soovitab meie ettevõte paigutada servomootori juhtjooned isolatsioonipüüde sisse ja varustada servomootori spetsiaalse isolatsiooniga kaitsekastiga. See efektiivselt eraldab servomootori välisest kõrgepingelisest keskkonnast tekkinud elektromagnetilistest impulsidest. Lisaks rakendatakse kupariliini sidumist servomootori ümber, et saavutada võrdpotentsiaalne sidumine, mis vähendab elektromagnetiliste lainete põhjustatud servomootori sisemise silmipliiatsi purunemise riski.

2.UHV-joonte kontrollimise simulatsioon katse droonile paigutatud robotkäte abil
2.1 Simulatsioonidisain
Põhinedes UHV-joonte hooldusandmetel, saadi järgmised struktuurilised parameetrid: sirgjoone tippu kõrgus on 3200 mm; suure pihkra raadius on 2400 mm; keskmise pihkra raadius on 3200 mm; väike pihkra raadius on 2700 mm; ja juhtme diameeter on 17,48 mm, nagu näha Figure 2.

Simulatsioonkatse sisaldas droni süsteemi, mille propellereid, raamistikku ja fuselage’i valmistati süsinikkiudust, et parandada selle üldist jõudlust.

Arvestades ümberlastva ruumilise elektrivälja mõju droniga toodud hooldustöödele ülekõrvaltspäne (UHV) edastusjoontes, arendas meie ettevõte esimesena simulatsioonimudeli droniga varustatud robotkäte inspektorite süsteemile. Kasutades lõplike elementide analüüsi, määrasime kindlaks UHV-joonte ümber oleva elektrivälja konkreetse mõju droniga tehtavatele hooldustöödele. Lisaks analüüsisime maksimaalset elektrivälja tugevust ja pingemoodustusi, mida robotkäte, kere, propellereid ja fuselage’it tabasid erinevatel kaugustel robotkäe vasakpoolsest poolt juurdejuhendini. See võimaldab hinnata, kas potentsiaalsed ohutusohud eksisteerivad lähedaste inspektorite ülesannetes.

2.2 Simulatsiooniprotsess
2.2.1 Inspektsioonisüsteemi jõudlus 0,84 meetri kaugusel UHV-edastusjoonest
Meie ettevõte läbi viis simulatsioonikatseid droniga varustatud robotkäte inspektorite süsteemiga, et edasi analüüsida selle tööolukorda ja ruumilise elektrivälja jaotust juurdejuhendiläheduses, kui see asus 0,84 meetri kaugusel UHV-edastusjoonest.

Simulatsioonitulemused näitasid, et sellisel töötingimusega ei oleks märkimisväärseid negatiivseid elektriväljade mõjusid inspektorite süsteemile kokku. Kuid robotkäe vasakul pool oli tuvastatud väikese elektrivälja tugevuse suurenemine. Üldiselt, kui paiklik elektrivälja tugevus ületab õhunihepingu purunemispinge (30 kV/cm), suureneb komponentide purunemise risk, mis nõrgestab süsteemi stabiilsust ja ohutust.

Lisaks uurides potentsiaali (pinge) jaotust süsteemi komponentide vahel, avastasime, et kui droniga varustatud inspektorite süsteemi ja UHV-joone vaheline kaugus suureneb, vähenevad vastavalt kõigi komponentide elektrilised potentsiaalid. Nendele potentsiaalilistele muutustele põhines, määrasime kindlaks iga komponendi kogunevat pinget ja maksimaalset elektrivälja tugevust hoolduskorralduses.

Nagu tabel 1 näitab, kui inspektorite süsteem on 0,84 meetri kaugusel UHV-joonest, kogub robotkäte elektrivälja tugevuse 3712 V/m ja pinget 2069 V. Vasakpoolse ja parempoolse propelleri võrdlemisel selgus, et vasakpoolne propeller kannatab pidevalt suurema elektrivälja tugevuse ja pingega kui parempoolne. Kõik andmed viitavad, et 0,84 meetri töökaugusel jääb elektriväli palju alla õhunihepingu purunemispingele, mitte tekkitades elektrilist laengut ja tagades droniga varustatud robotkäte inspektorite süsteemi ohutu töö.

2.2.2 Inspektsioonisüsteemi jõudlus 0,34 meetri kaugusel UHV-edastusjoonest
Meie ettevõte läbi viis ka simulatsioonikatseid, et analüüsida droniga varustatud robotkäte inspektorite süsteemi tööolukorda ja ruumilise elektrivälja jaotust juurdejuhendiläheduses, kui see asus ainult 0,34 meetri kaugusel UHV-edastusjoonest.

Tabel 1: Maksimaalne elektrivälja tugevus ja pingeväärtused, vastavalt iga komponendile droniga varustatud robotkäte inspektorite süsteemis

Simulatsioonitulemused näitasid, et selle kauguse säilitamise tingimustel muutus elektriliini vasakul küljel robotkäe ümbruses oleva ruumliku elektrivälja jaotus. Ulemäära (UHV) elektriliinide unikaalse keskkonna tõttu on kõrgepinge elektriväljad väga altseisavad lõhketulekahjustuste ja pinnaloojangute põhjustamiseks.

Samas aegs, analüüsides süsteemi erinevate komponentide potentsiaalsete muutusi, avastati, et kui droni-vestitava robotkäte inspektorite süsteemi ja UHV elektriliini vaheline kaugus suureneb, vastavalt väheneksid kõikide komponentide elektripotentsiaalid.

Tabeli 2 andmete järgi, kui inspektorite süsteem asub 0,34 meetri kaugusel UHV elektriliinist, ei ületa süsteemi ühegi komponendi kogutud maksimaalne elektrivälja tugevus õhunihepingu murdkesta. Seetõttu järeldatakse, et hooldustöö ajal ei tekita endast mingit murdkesta riski, tagades droni-vestitava robotkäte inspektorite süsteemi turvalisuse ja usaldusväärsuse praktilistes rakendustes.

Tabel 2: Maksimaalsed elektrivälja tugevused ja vastavad pingeväärtused droni-vestitava robotkäte inspektorite süsteemi igale komponendile

2.3 Drooniga kandvat robotkäe vastusurumisvõime testid ülekandevooluri hoolduses

Drooni ekraanivõimet testimiseks kasutati katuseks kondaktveri katmata drooni ja multimeetrit. Kondaktver oli ühtlaseks pritsitud drooni pinna peale, ilma et paksus oleks üle 0,05 mm. Tavalistes keskkonnatingimustes mõõdeti drooni pinna kahe punkti vahelise sisemise vastust, mille väärtus all 1 Ω näitab vastavust määratud standardile.

Piltide vääringu testimine: Kui rakendatakse drooniga kandvat robotkätt vooluri inspekteerimiseks, võib piltide vääring tekkida seadme kiipeerikaamera lennukoha omanlike täpsuse ja kokkomise kvaliteedi tõttu. Selline vääring tekitab erinevusi salvestatud pilte ja tegeliku vaate vahel, mis võib takistada hoolduspersonalil õigesti tuvastamast vigu või defekte ülekandevoolurites.

Selle probleemi lahendamiseks arendas meie tehniline meeskond piltide vääringu parandamise mudeli, mis põhineb kiipeerikaamera lennukoha vääringu omadustel. See mudel väljendub järgmise valemi abil:

Valemis:
x,y on tangentsiaalse vääringu punkti originaalkoordinaadid pildistussüsteemis;
x′,y′ on punkti uued koordinaadid pärast vääringu parandamist;
p1,p2 on tangentsiaalsed vääringuparameetrid;
r on radiaalne vahemaa pildikeskusest.

Kaamera lennukoha vääring jagune peamiselt kahte tüüpi: tangentsiaalne ja radiaalne vääring. Tangentsiaalne vääring tekib peamiselt selle tõttu, et lennukoha elementide ja kaamera pildiplaan ei ole täpselt paralleelsed. Radiaalne vääring aga tekib selle tõttu, et valguskiired painduvad rohkem lennukoja optilise keskusest kaugemale asuvatel positsioonidel, mis viib vääringuni radiaalses suunas lennukoha suhtes. Radiaalset vääringut saab väljendada järgmise valemiga:

Valemis:
x,y on radiaalselt vääringunud punkti originaalkoordinaadid pildistussüsteemis;
x′,y′ on punkti uued koordinaadid pärast vääringu parandamist;
k1,k2,k3 on radiaalsed vääringuparameetrid;
r on radiaalne vahemaa pildikeskusest.

Seejuures pakub meie ettevõte Zhangi kalibreerimismeetodi kasutamist, et tuvastada radiaalsed vääringukomponendid, mis mõjutavad kõige olulisemalt pildi moodustumist, ja taasluua mudeli parameetreid. See võimaldab objektide koordinaatide ja pikslite koordinaatide vahelise vastastikuse kaardistamise määratud maailma koordinaatsüsteemis ja pildiplaanis, mis lõpetab kiipeerikaamera kalibreerimise. See meetod vähendab efektiivselt lennukoho tootmise tolerantside ja kokkomise protsesside mõju pildi täpsusele, parandab pildi selgust ja tagab, et ülekaugevooluri (UHV) pildid edastatakse süsteemile reaalajas viivitusteta. See annab hoolduspersonalile usaldusväärse visuaalse andmebaasi, et õigesti hinnata, kas vooluritel on vigu või defekte.

Kokkuvõttes rahuldab see artiklis esitatud drooniga kandva robotkäte inspekteerimistechnoloogia praegused nõuded UHV voolurite hoolduseks, sealhulgas madalate energiakulus, pikaks kesteks, madalate kuludega, suure ladundusvõimega ja tugeva keskkonnaainestamisega. See ületab olulised tehnilised pingeteolud traditsiooniliste käsitsi inspekteerimismeetodite asendamisel droonidega, tõstab hooldustegevuse üldist tasemelt ja tugevdab elektrivoolu ja tarbimise ohutust ning kindlust.