Dronipohjaiset korvaavat teknologiat ylijohtojen huollon kannalta tutkimus ja analyysi

Tietyssä alueessa UHV-johtojen huollon jälkeen havaittiin seuraavat ongelmat: nykyiset dronet eivät ole riittävän tehokkaita vastaamaan UHV-johtojen laajamittaisten ja kattavien tarkastus- ja ylläpito vaatimuksiin. Käytännössä drotit näyttävät heikkoa kestokykyä, rajoitetua kuvankäsittelykykyä ja huonoa sähkömagneettisen häiriön (EMI) vastustuskykyä, mikä heikentää tarkastuksen tehokkuutta ja estää UHV-johtojen puutteiden tarkkanäköisen tunnistamisen.

UHV-johtojen huomattavan pituuden ja paikallisen luonnonympäristön vaikutuksesta droneja, jotka on varustettu mittauslaitteilla, ei voida pitää lentämässä kauemmin, mikä vähentää tarkastuksen tehokkuutta. Mainitussa tapauksessa jopa öljy-sähköhybridi-dronet saavuttivat alle 3 tunnin lentokeston, mikä edellytti useita akun vaihtoja tarkastuksen aikana. Lisäksi nykyiset drone-pohjaiset tarkastusjärjestelmät eivät ole toiminnallisesti täydellisiä – ne eivät tue moniulotteisia, monitoimisia tarkastuskykyjä – mikä johtaa riittämättömään tarkastustarkkuuteen. Tämä voi viivyttää linjahäiriöiden tai muiden puutteiden havaitsemista ja käsittelemistä, mikä vaikuttaa suoraan normaalin sähköntuotannon ja -jakelun.

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi yrityksemme on kehittänyt uuden UHV-johtojen tarkastusteknologian, jossa on integroitu robotkäsi droneelle. Tämä ratkaisu on suunniteltu alueen erityisille UHV-rakenteille ja perustuu nykyiseen drone-sovellusten suorituskykyyn linjahoidossa. Se pyrkii ratkaisemaan edellä mainitut ongelmat samalla kun se täyttää avaintehostiedot: matala energiankulutus, pidentetty kesto, alhainen kustannus, korkea kuormituskyky ja vahva ympäristötaju.

1.Tekninen Ratkaisu: Drone-Mounted Robotic Arm for UHV Line Maintenance
1.1 Suunnitteluperiaate
Tämän teknologian keskeisiä harkintoja ovat eristys-suunnittelu, robotkäden liikuntakontrolli ja tukevat alijärjestelmät. Järkevän teknisen suunnitelman varmistaminen on olennaista olemassa olevien UHV-hoidon haasteiden tehokkaalle ratkaisemiseksi ja toteutusongelmien voittamiseksi.

Yrityksemme arvioi kokonaisvaltaisesti UHV-ympäristön asettamat eristyshyödyt robotkielle. Tämän perusteella laskelimme kielen, rotoreiden, rungon ja fuselagein kokemat maksimielectricfield-strength ja jännitevaihtelut eri etäisyyksillä live-conductors-läheltä. Käytännön suorituskykien testejä suunniteltiin informoidakseen jatkossa teknisen ratkaisun tarkennuksia.

Valitsimme edustavan UHV-hoidon skenaariot määrittääksesi standardit toimintamenetelmät ja turvallisuusprotokollit. Robotkäden moniulotteinen rakenne optimoitiin löytääksesi parhaiten yhteensopivan drone-manipulator-määrityksen. Ottaen huomioon ainutlaatuisen toimintaympäristön, ehdotimme myös alkuperäisen kuvankäsittelylaitteiston ja datansiirto-ohjelmistojen/hardwaren päivitystä esimerkkikohtauksessa parantamaan reaaliaikaista kuvalaatua.

1.2 Electromagnetic Interference (EMI) Mitigation Measures
Esimerkin UHV-johtolinkit sisältävät pitkiä välejä ja risteäviä osia, jotka luovat monimutkaisen ja dynaamisen sähkömagneettisen ympäristön. Vahvat sähkömagneettiset kentät johtojen ympärillä ja voimakkaat signaalit läheisistä viestintäverkkojen basestationeista voivat vakavasti häiritä drone-manipulator-järjestelmän viestintää. Lisäksi pitkän matkan datansiirto manipulatorin toiminnon aikana voi aiheuttaa kryssiliikenneä, mikä vaarantaa toiminnan turvallisuuden.

Tämän vastapainoksi yrityksemme ehdottaa seuraavia EMI-suojatoimenpiteitä:

• Analysoi mahdolliset vahingot UHV-johtojen lähellä olevien vahvojen sähkömagneettisten kenttien aiheuttamista droneen sisällä oleviin piireihin.

• Käytä suojatoimenpiteitä ilmaston pinnalle, signaalikaapeleihin ja kaikkiin talon reunaviivoihin.

• Pinta tasaisesti määritettyä paksuuden sähköjohtavaa peittelyä droneen ulkopuolelle vähentääksesi sähkömagneettistä häiriötä. Komponenteille, jotka eivät sovi peittelyn kohteeksi, käytetään kuparin langan kytkentää saavuttaaksesi yhtä tehokkaan suojan.

1.3 Robotkäden rakennusrakenne
Kuva 1, robotkäsi koostuu:
(1) Otin; (2) Servosuojakuutio; (3) Nollan arvon detektorin adapteri; (4) Korkean jänniten mittaradapteri; (5) Eritysputki; (6) Rajoitusputki; (7) Epoksiharja eristyskerros; (8) Pitch-specific bearing sleeve; (9) Yhdistysputki; (10) Roll-specific bearing sleeve.

Ottaen huomioon UHV-ympäristön eristyshaavoitukset, yrityksemme ehdottaa eristysboltien asentamista droneen alapuolella ja maanalaisilla. Teräsrauti yhdistää erityskerroksen alapuolen pitch-specific bearing sleeviin, joka on kiinnitetty ulkopuolelle metallisen kulmakiven ympärille. Pitch servo-moottori on asennettu kulmakiven oikealle puolelle, ohjaten pitch-mekanismia, mikä mahdollistaa robotkäden ylös-alas-liikkeen.

Ottaen huomioon korkean intensiteetin sähkömagneettisten kenttien aiheuttaman häiriön johtolinjojen ympärillä olevassa tilassa, yrityksemme ehdottaa servomotor drive linejen asentamista erityspuuhun ja varustaa servon omalla eristys-suojakotelulla. Tämä eristää tehokkaasti servon ulkopuolisesta korkean jänniteen ympäristöstä syntyviltä sähkömagneettisilta pystyilyiltä. Lisäksi kuparin langan kytkentä on sovellettu servon ympärillä oleviin aukkoihin saavuttaakseen yhtäpotentiaalisuuden, mikä vähentää sähkömagneettisten aaltojen aiheuttaman servon sisäisen piirin romahdusriskejä.

2.Simulaatio UHV-johtojen tarkastuksesta drone-mount robotic armillä
2.1 Simulaation suunnittelu
UHV-johtojen ylläpidon kirjanpitojen perusteella esimerkissä saatiin seuraavat rakennerakenteet: suoran tornin kokonaispituus on 3200 mm; suuri katon säde on 2400 mm; keskikokoinen katon säde on 3200 mm; pieni katon säde on 2700 mm; ja johtajan halkaisija on 17.48 mm, kuten kuvassa 2.

Simulaatio-kokeessa dronin järjestelmä valitsi hiilikuidun materiaaleja propelleereille, rakenteelle ja fuselaa-gelle parantaakseen sen yleistä suorituskykyä.

Ottaen huomioon ympäröivän tilan sähkökentän vaikutuksen dronipohjaiseen ylläpitoon ultra-hoitojen (UHV) siirtolinjoissa, IEE-Business kehitti ensimmäisenä simulaatiomallin dronilla varustetusta robotiksi-kiinteytysjärjestelmästä. Käyttämällä elementtianalyysiä määritimme yksityiskohtaisesti UHV-linjojen ympärillä olevan sähkökentän vaikutukset dronin ylläpitotoimiin. Lisäksi analysoimme maksimaalisen sähkökentän voiman ja jännitteen vaihtelut robotiksi-kiinteessä, ilmastonrunkossa, rotooreissa ja fuselaagossa eri etäisyyksillä robotiksin vasemman puolen ja johtimen välillä. Tämä mahdollisti arvioida, onko lähellä tapahtuvissa tarkastustoiminnoissa potentiaalisia turvallisuusriskteitä.

2.2 Simulointiprosessi
2.2.1 Tarkastusjärjestelmän toiminta 0,84 metrin päässä UHV-siirtolinjasta
IEE-Business suoritti simulointikokeita dronilla varustetusta robotiksi-kiinteytysjärjestelmästä, jotta voitaisiin tarkemmin analysoida sen toimintatilaa ja sähkökentän tilajakaumaa johtimen läheisyydessä 0,84 metrin päässä UHV-siirtolinjasta.

Simulointitulokset osoittivat, että tässä työolosuhteessa ei havaittu merkittäviä haitallisia sähkökentän vaikutuksia tarkastusjärjestelmään kokonaisuudessaan. Kuitenkin havaittiin lievä sähkökentän voiman kasvu robotiksin vasemmalla puolella. Yleisesti ottaen, jos paikallinen sähkökentän voima ylittää ilman dielektrisen rikkoutumisvoiman (30 kV/cm), komponenttien rikkoutumisriski kasvaa, mikä vaarantaa järjestelmän vakauden ja turvallisuuden.

Lisäksi tutkimalla jännitejakaumaa (jännitteitä) järjestelmän komponenteissa havaittiin, että kun dronilla varustettu tarkastusjärjestelmä ja UHV-linja ovat kauempana toisistaan, kaikkien komponenttien sähköinen potentiaali pienenee vastaavasti. Näiden potentiaalien vaihteluissa perustuen määritimme jokaisen komponentin kokeaman jännitetasot ja maksimaaliset sähkökentän voimat ylläpitoympäristössä.

Kuten näkyy taulukossa 1, kun tarkastusjärjestelmä on 0,84 metrin päässä UHV-linjasta, robotiksi kokeaa 3712 V/m:n sähkökentän voiman ja 2069 V:n jännitteen. Vertailussa vasenta ja oikeaa rotoria havaittiin, että vasen rotorin sähkökentän voima ja jännite on jatkuvasti korkeampi kuin oikean rotorin. Kaikki tiedot viittaavat siihen, että tässä 0,84 metrin toimintatilassa sähkökenttä pysyy hyvin alhaisena ilman rikkoutumiskynnystä, mikä ei aiheuta sähköisten purkauksien riskiä ja takaa dronilla varustetun robotiksi-kiinteytysjärjestelmän turvallisen toiminnan.

2.2.2 Tarkastusjärjestelmän toiminta 0,34 metrin päässä UHV-siirtolinjasta
IEE-Business suoritti myös simulointikokeita, jotta voitaisiin analysoida dronilla varustetun robotiksi-kiinteytysjärjestelmän toimintatilaa ja sähkökentän tilajakaumaa johtimen läheisyydessä vain 0,34 metrin päässä UHV-siirtolinjasta.

Taulukko 1: Maksimaaliset sähkökentän voimat ja jännitteet, jotka liittyvät jokaiseen dronilla varustetun robotiksi-kiinteytysjärjestelmän komponenttiin

Simulaatiotulokset osoittivat, että tämän etäisyyden ylläpitomuodosta huolimatta robon käsivarren vasemman puolen sähköjohtimen ympärillä oleva tilan sähkökenttäjakauma muuttui. Ultravaltavirtasähköjohtimien (UHV) ainutlaatuiseen ympäristöön liittyvistä syistä korkeajänniteen sähkökentät aiheuttavat helposti kaarreja ja pintakiristyksiä.

Samalla eri komponenttien potentiaalimuutosten analysoinnissa havaittiin, että kun dronilla varustetun robotikäsivarren tarkastusjärjestelmän ja UHV-sähköjohtimen välinen etäisyys kasvaa, kaikkien komponenttien sähköinen potentiaali vähenee vastaavasti.

Taulukon 2 mukaan, kun tarkastusjärjestelmä on 0,34 metrin päässä UHV-sähköjohtimesta, järjestelmän minkä tahansa komponentin kokema suurin sähkökenttävoima ei ylitä ilman dielektrisen rikkoutumisen voimaa. Tästä voidaan päätellä, että purkauksen riskiä ei ole ylläpitotoiminnassa, mikä takaa dronilla varustetun robotikäsivarren tarkastusjärjestelmän turvallisuuden ja luotettavuuden käytännön sovelluksissa.

Taulukko 2: Dronilla varustetun robotikäsivarren tarkastusjärjestelmän kunkin komponentin suurin sähkökenttävoima ja vastaavat jännitteen arvot

2.3 Lentoasemarobottikäden sähköjohtojen huollon häiriökiinteytystestit

Kuvan vääristymistesti: Kun käytetään lentoasemarobottikättä linjatarkastukseen, kuvan vääristyminen voi tapahtua tekijöiden, kuten tukkameran objektiivin luontaisen tarkkuuden ja kokoonpanoprosessien laadun, vuoksi. Tämä vääristyminen aiheuttaa eroja tallennetuissa kuvissa ja todellisessa näkyvässä tilassa, mikä saattaa vaarantaa huoltohenkilöstön kyvyn tarkasti tunnistaa vikoja tai puutteita UHV-sähköjohtoissa.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi teknisiämme ryhmä kehitti kuvan vääristymiskorjauksen mallin, joka perustuu tukkameran objektiivin vääristymisominaisuuksiin. Tämä malli ilmaistaan seuraavalla kaavalla:

Kaavassa:
x,y ovat tangentin vääristymispisteen alkuperäiset koordinaatit kuvausjärjestelmässä;
x′,y′ ovat pisteen uudet koordinaatit vääristymisen korjauksen jälkeen;
p1,p2 ovat tangenttivääristymäparametrit;
r on radiaalinen etäisyys kuvan keskipisteestä.

Kameran objektiivin vääristyminen voidaan pääasiassa jakaa kahteen tyypin: tangentti- ja radiaalivääristyminen. Tangenttivääristyminen johtuu pääasiassa siitä, että objektiivin osat ja kameran kuvapinta eivät ole täydellisesti yhdensuuntaiset. Radiaalivääristyminen taas johtuu siitä, että valosäteet taipuvat enemmän optisen keskipisteen kauempana, mikä aiheuttaa vääristymän, joka on jaettu objektiivin radiaaliselle suunnalle. Radiaalivääristyminen voidaan ilmaista seuraavalla kaavalla:

Kaavassa:
x,y ovat radiaalisesti vääristyneen pisteen alkuperäiset koordinaatit kuvausjärjestelmässä;
x′,y′ ovat pisteen uudet koordinaatit vääristymisen korjauksen jälkeen;
k1,k2,k3 ovat radiaalivääristymäparametrit;
r on radiaalinen etäisyys kuvan keskipisteestä.

Tällä pohjana yrityksemme ehdottaa Zhangin kalibrointimenetelmän käyttämistä identifioimaan radiaalisen vääristymän komponentit, jotka vaikuttavat eniten kuvan muodostukseen, ja mallin parametrien uudelleenrakentamista. Tämä mahdollistaa koordinaattien välisen kuvauksen määritetyssä maailman koordinaattijärjestelmässä ja pikselikoordinaateissa kuvatasossa, mikä mahdollistaa tukkameran kalibroinnin. Tämä lähestymistapa vähentää tehokkaasti objektiivivalmistuksen toleranssien ja kokoonpanoprosessien vaikutusta kuvan tarkkuuteen, parantaa kuvan selkeyttä ja varmistaa, että ultraerityissähköjohtojen (UHV) korkealaatuisten kuvien välittäminen takaisin järjestelmään tapahtuu reaaliajassa ilman viivettä. Tämä tarjoaa huoltohenkilöstölle luotettavia visuaalisia tietoja, joiden avulla he voivat tarkasti arvioida, onko vikoja tai puutteita linjoissa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että tässä artikkelissa esitetty lentoasemarobottikäden tarkastusteknologia täyttää nykyiset UHV-sähköjohtojen huollon vaatimukset alhaiseen energiankulutukseen, pitkään toiminta-aikaan, alhaiseen hintaan, suureen kuljetuskapasiteettiin ja vahvaan ympäristöperception. Se ylittää avaintekniset pullonkaulat, kun drones korvaa perinteisiä manuaalisia tarkastusmenetelmiä, nostaa yleistä huolto-operaatioiden tasoa ja vahvistaa sähkönsiirron ja -jakelun turvallisuutta ja luotettavuutta.