अल्ट्रा-हाई-वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइन रखरखाव के लिए ड्रोन-आधारित प्रतिस्थापन तकनीकों पर शोध और विश्लेषण

किसी निश्चित क्षेत्र में, अत्यधिक वोल्टता (UHV) पारगमन लाइनों के रखरखाव के बाद निम्न समस्याएँ पहचानी गई: मौजूदा ड्रोन्स की प्रदर्शन शक्ति UHV लाइनों की वर्तमान बड़े पैमाने और व्यापक जाँच और रखरखाव की मांगों को पूरा करने के लिए पर्याप्त नहीं है। वास्तविक संचालन में, ड्रोन्स की अपर्याप्त धारण शक्ति, सीमित छवि अधिग्रहण क्षमता, और खराब विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) प्रतिरोधक्षमता, जो जाँच की प्रभावशीलता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करती है और UHV लाइनों की दोषों की सटीक पहचान को रोकती है।

UHV पारगमन लाइनों की विशाल लंबाई और स्थानीय प्राकृतिक पर्यावरण के प्रभाव के कारण, डिटेक्शन उपकरणों से लैस ड्रोन्स लंबे समय तक उड़ान भरने में असफल रहते हैं, जो जाँच की प्रभावशीलता को कम करता है। उदाहरण में, तेल-विद्युत् हाइब्रिड ड्रोन्स भी 3 घंटे से कम समय तक उड़ान भरने में सफल रहे, जिससे जाँच के दौरान फ्रीक्वेंट बैटरी रिप्लेसमेंट की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, वर्तमान ड्रोन-आधारित जाँच प्रणालियों में कार्यात्मक पूर्णता की कमी है—वे बहु-आयामी, बहु-कार्यक्षमता वाली जाँच क्षमताओं का समर्थन नहीं करती—जो जाँच की शुद्धता को कम करता है। यह लाइनों के दोषों या अन्य दोषों के पता लगाने और उनका संभालने में देरी का कारण बन सकता है, जो सीधे नियमित विद्युत पारगमन को प्रभावित कर सकता है।

इन चुनौतियों को दूर करने के लिए, हमारी कंपनी ने एक नया UHV पारगमन लाइन जाँच प्रौद्योगिकी विकसित की है, जिसमें ड्रोन पर स्थापित रोबोटिक मैनिपुलेटर शामिल है। यह समाधान विशिष्ट UHV बुनियादी ढांचे के लिए अनुकूलित है और वर्तमान ड्रोन अनुप्रयोग के प्रदर्शन के आधार पर लाइन रखरखाव में आधारित है। यह उपरोक्त समस्याओं को हल करने का उद्देश्य रखता है, साथ ही कुंजीपटल आवश्यकताओं को पूरा करता है: कम ऊर्जा उपभोग, विस्तारित धारण शक्ति, कम लागत, उच्च लोड वहन क्षमता, और मजबूत पर्यावरणीय धारणा।

1. प्रौद्योगिकीय समाधान: UHV लाइन रखरखाव के लिए ड्रोन पर स्थापित रोबोटिक बाहु
1.1 डिजाइन अवधारणा
इस प्रौद्योगिकी के लिए महत्वपूर्ण विचारों में इन्सुलेशन डिजाइन, रोबोटिक बाहु की गति नियंत्रण, और समर्थक सबसिस्टम शामिल हैं। विद्यमान UHV रखरखाव की चुनौतियों को प्रभावी रूप से हल करने और लागू करने की बाधाओं को दूर करने के लिए तर्कसंगत तकनीकी डिजाइन सुनिश्चित करना आवश्यक है।

हमारी कंपनी ने UHV रखरखाव वातावरण द्वारा रोबोटिक बाहु पर लगाए गए इन्सुलेशन की आवश्यकताओं का व्यापक मूल्यांकन किया। इसके आधार पर, हमने लाइव चालकों से विभिन्न दूरी पर बाहु, रोटर, फ्रेम, और फ्यूज़लेज पर अनुभव किए जाने वाले अधिकतम विद्युत क्षेत्र की ताकत और वोल्टेज विचरण की गणना की। इसके बाद, लक्षित प्रदर्शन परीक्षणों का डिजाइन किया गया, जो तकनीकी समाधान के उत्तरोत्तर सुधार को सूचित करता है।

हमने प्रतिनिधित्वकारी UHV रखरखाव परिस्थितियों का चयन किया, जिससे मानक संचालन और सुरक्षा प्रोटोकॉलों को परिभाषित किया गया। रोबोटिक बाहु की बहु-अस्थिरता संरचना को ऑप्टीमाइज़ किया गया, जिससे सबसे संगत ड्रोन-मैनिपुलेटर विन्यास की पहचान की गई। विशिष्ट संचालन वातावरण के दृष्टिकोण से, हमने उदाहरण में मूल छवि अधिग्रहण हार्डवेयर और डेटा प्रसारण सॉफ्टवेयर/हार्डवेयर को अपग्रेड करने का प्रस्ताव दिया, जिससे वास्तविक समय में छवि गुणवत्ता में सुधार होगा।

1.2 विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप (EMI) नियंत्रण उपाय
उदाहरण में शामिल UHV लाइनों में लंबे विस्तार और पारित विद्युत चालकों के कारण, एक जटिल और गतिशील विद्युत चुंबकीय वातावरण बनता है। लाइनों के आसपास के मजबूत विद्युत चुंबकीय क्षेत्र और निकटवर्ती संचार बेस स्टेशनों से आने वाले तीव्र सिग्नल ड्रोन-मैनिपुलेटर प्रणाली के संचार को गंभीर रूप से हस्तक्षेप कर सकते हैं। इसके अलावा, मैनिपुलेटर संचालन के दौरान लंबी दूरी का डेटा प्रसारण क्रॉसटॉक का कारण बन सकता है, जो संचालन सुरक्षा को कम कर सकता है।

• UHV लाइनों के निकट उच्च तीव्रता वाले विद्युत चुंबकीय क्षेत्रों से ड्रोन के आंतरिक सर्किट को होने वाले संभावित नुकसान का विश्लेषण करें।

• विमान की सतह, सिग्नल केबल, और सभी हाउसिंग सिल को इन्सुलेशन उपचार दें।

• ड्रोन के बाहरी भाग पर निर्दिष्ट मोटाई के चालक लेप यूनिफोर्म रूप से स्प्रे करें, जिससे विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप कम होगा। लेपन लायक नहीं होने वाले घटकों के लिए कॉपर वायर बांडिंग का उपयोग किया जाता है, जिससे समतुल्य इन्सुलेशन प्रभाव प्राप्त होता है।

1.3 रोबोटिक बाहु संरचनात्मक डिजाइन
चित्र 1 में दिखाया गया है, रोबोटिक बाहु निम्नलिखित से बना है:
(1) ग्रिपर; (2) सर्वो सुरक्षा बॉक्स; (3) शून्य मूल्य डिटेक्टर अडाप्टर; (4) उच्च वोल्टता टेस्टर अडाप्टर; (5) इन्सुलेटिंग रोड; (6) लिमिटिंग रोड; (7) एपोक्सी रेजिन इन्सुलेटिंग लेयर; (8) पिच-विशिष्ट बियरिंग स्लीव; (9) लिंकेज रोड; (10) रोल-विशिष्ट बियरिंग स्लीव।

UHV वातावरण में इन्सुलेशन की आवश्यकताओं को ध्यान में रखते हुए, हमारी कंपनी ने ड्रोन के निचले भाग और लैंडिंग गियर के बीच इन्सुलेटिंग बोल्ट स्थापित करने का प्रस्ताव दिया। एक स्टील फ्रेम इन्सुलेटिंग लेयर के निचले भाग से पिच-विशिष्ट बियरिंग स्लीव को जोड़ता है, जो बाहरी रूप से एक मेटल बियरिंग के चारों ओर टाइट फिक्स्ड है। पिच सर्वो मोटर बियरिंग के दाहिने भाग पर माउंट की गई है, जो पिच मेकेनिज्म को चलाती है, जिससे रोबोटिक बाहु का ऊपर-नीचे आंदोलन संभव होता है।

पारगमन लाइनों के आसपास के अंतरिक्ष में उच्च तीव्रता वाले विद्युत चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा प्रस्तुत इंटरफ़ेरेंस को ध्यान में रखते हुए, हमारी कंपनी ने इन्सुलेटिंग रोड के अंदर सर्वो मोटर ड्राइव लाइनों को स्थापित करने और सर्वो को एक विशेष इन्सुलेटेड सुरक्षात्मक एंक्लोजर के साथ लैस करने का प्रस्ताव दिया। यह बाहरी उच्च वोल्टता वातावरण द्वारा उत्पन्न विद्युत चुंबकीय सर्ज से सर्वो को प्रभावी रूप से अलग करता है। इसके अलावा, सर्वो के चारों ओर की खाली जगहों पर कॉपर वायर बांडिंग लगाई गई, जिससे इक्वीपोटेंशियल बांडिंग प्राप्त होती है, जिससे सर्वो के आंतरिक सर्किट में विद्युत चुंबकीय तरंगों के कारण होने वाले ब्रेकडाउन का जोखिम कम होता है।

2. UHV पारगमन लाइन जाँच का ड्रोन-पर-स्थापित रोबोटिक बाहु का सिमुलेशन अनुसंधान
2.1 सिमुलेशन डिजाइन
उदाहरण में शामिल UHV पारगमन लाइनों के रखरखाव रिकॉर्डों के आधार पर, निम्न संरचनात्मक पैरामीटरों को प्राप्त किया गया: सीधी टावर की कुल ऊँचाई 3200 मिमी है; बड़ा शेड त्रिज्या 2400 मिमी है; मध्यम शेड त्रिज्या 3200 मिमी है; छोटा शेड त्रिज्या 2700 मिमी है; और चालक व्यास 17.48 मिमी है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है।

प्रतिरूपीकरण प्रयोग में ड्रोन प्रणाली के प्रोपेलर्स, फ़्रेम और फ्यूज़लेज के लिए कार्बन फाइबर सामग्री का चयन किया गया था ताकि इसकी समग्र प्रदर्शनशीलता में सुधार हो सके।

उच्च-वोल्टता (UHV) ट्रांसमिशन लाइनों पर आधारित ड्रोन द्वारा रखरखाव कार्यों पर आसपास के अंतरिक्ष विद्युत क्षेत्र के प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, हमारी कंपनी ने पहले ड्रोन-स्थापित रोबोटिक आर्म निरीक्षण प्रणाली का एक प्रतिरूपीकरण मॉडल विकसित किया। सीमित तत्व विश्लेषण का उपयोग करके, हमने UHV लाइनों के आसपास के विद्युत क्षेत्र का विशिष्ट प्रभाव ड्रोन रखरखाव कार्यों पर निर्धारित किया। इसके अलावा, हमने रोबोटिक आर्म, वायुयान, रोटर्स और फ्यूज़लेज पर अनुभव किए जाने वाले अधिकतम विद्युत क्षेत्र की ताकत और वोल्टेज के परिवर्तन का विश्लेषण किया, जब रोबोटिक आर्म के बाईं ओर और चालक के बीच की दूरी भिन्न होती है। यह हमें निकटवर्ती निरीक्षण कार्यों के दौरान संभावित सुरक्षा खतरों का मूल्यांकन करने में सक्षम बनाता है।

2.2 प्रतिरूपीकरण प्रक्रिया
2.2.1 0.84 मीटर की दूरी पर UHV ट्रांसमिशन लाइन से निरीक्षण प्रणाली की प्रदर्शनशीलता
हमारी कंपनी ने ड्रोन-स्थापित रोबोटिक आर्म निरीक्षण प्रणाली पर प्रतिरूपीकरण प्रयोग किए, ताकि इसकी संचालन स्थिति और चालक के पास अंतरिक्ष विद्युत क्षेत्र वितरण का विश्लेषण किया जा सके, जब यह 0.84 मीटर की दूरी पर UHV ट्रांसमिशन लाइन से होता है।

प्रतिरूपीकरण परिणाम दिखाते हैं कि, इस कार्य स्थिति में, समग्र निरीक्षण प्रणाली पर कोई महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र का प्रभाव नहीं देखा गया। हालांकि, रोबोटिक आर्म के बाईं ओर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता में थोड़ी वृद्धि देखी गई। सामान्य रूप से, यदि स्थानीय विद्युत क्षेत्र की ताकत हवा की अवरोधन तोड़ ताकत (30 kV/cm) से अधिक हो जाती है, तो घटकों के अवरोधन का जोखिम बढ़ जाता है, जिससे प्रणाली की स्थिरता और सुरक्षा का खतरा होता है।

इसके अलावा, प्रणाली के घटकों पर विभव (वोल्टेज) वितरण की जांच करके, हमने पाया कि जैसे-जैसे ड्रोन-स्थापित निरीक्षण प्रणाली और UHV लाइन के बीच की दूरी बढ़ती जाती है, तो सभी घटकों का विद्युत विभव संबंधित रूप से घटता जाता है। इन विभव परिवर्तनों के आधार पर, हमने रखरखाव पर्यावरण में प्रत्येक घटक द्वारा अनुभव किए जाने वाले वोल्टेज स्तर और अधिकतम विद्युत क्षेत्र की ताकत का निर्धारण किया।

तालिका 1 में दिखाया गया है, जब निरीक्षण प्रणाली 0.84 मीटर की दूरी पर UHV लाइन से हो, तो रोबोटिक आर्म 3712 V/m की विद्युत क्षेत्र की ताकत और 2069 V की वोल्टेज का अनुभव करता है। बाईं और दाईं रोटर्स की तुलना में, बाईं रोटर लगातार दाईं रोटर की तुलना में अधिक विद्युत क्षेत्र की ताकत और वोल्टेज का सामना करती है। सभी डेटा दिखाते हैं कि, 0.84 मीटर की संचालन दूरी पर, विद्युत क्षेत्र वायु अवरोधन सीमा से बहुत नीचे रहता है, जिससे विद्युत विसर्जन का कोई खतरा नहीं रहता और ड्रोन-स्थापित रोबोटिक आर्म निरीक्षण प्रणाली का सुरक्षित संचालन सुनिश्चित किया जाता है।

2.2.2 0.34 मीटर की दूरी पर UHV ट्रांसमिशन लाइन से निरीक्षण प्रणाली की प्रदर्शनशीलता
हमारी कंपनी ने ड्रोन-स्थापित रोबोटिक आर्म निरीक्षण प्रणाली की संचालन स्थिति और चालक के पास अंतरिक्ष विद्युत क्षेत्र वितरण का विश्लेषण करने के लिए प्रतिरूपीकरण प्रयोग किए, जब यह केवल 0.34 मीटर की दूरी पर UHV ट्रांसमिशन लाइन से होता है।

तालिका 1: ड्रोन-स्थापित रोबोटिक आर्म निरीक्षण प्रणाली के प्रत्येक घटक के लिए अधिकतम विद्युत क्षेत्र की ताकत और वोल्टेज मान

सिमुलेशन के परिणामों ने दिखाया कि, इस अलगाव दूरी रखने की स्थिति में, रोबोटिक बाहु के बाएं ओर स्थित प्रसारण लाइन के चारों ओर स्थानिक विद्युत क्षेत्र वितरण में परिवर्तन हुआ। अति-उच्च-वोल्टता (UHV) प्रसारण लाइनों के विशिष्ट वातावरण के कारण, उच्च-वोल्टता विद्युत क्षेत्र आर्किंग और सतह फ्लैशओवर समस्याओं का कारण बनने की अधिक संभावना होती है।

इसके साथ ही, प्रणाली के विभिन्न घटकों के संभावित परिवर्तनों का विश्लेषण करके, पाया गया कि जैसे-जैसे ड्रोन-पर लगे रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणाली और UHV प्रसारण लाइन के बीच की दूरी बढ़ती है, सभी घटकों का विद्युत संभावना संगत रूप से घटती है।

तालिका 2 के आंकड़ों के अनुसार, जब निरीक्षण प्रणाली UHV प्रसारण लाइन से 0.34 मीटर दूर होती है, तो प्रणाली के किसी भी घटक द्वारा अनुभव किया गया अधिकतम विद्युत क्षेत्र शक्ति हवा की विद्युत विघटन शक्ति से अधिक नहीं होती। इसलिए, निष्कर्ष निकाला गया है कि रखरखाव कार्य के दौरान किसी भी विघटन जोखिम की संभावना नहीं है, जिससे ड्रोन-पर लगे रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणाली की व्यावहारिक अनुप्रयोगों में सुरक्षा और विश्वसनीयता सुनिश्चित होती है।

तालिका 2: ड्रोन-पर लगे रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणाली के प्रत्येक घटक के लिए अधिकतम विद्युत क्षेत्र शक्ति और वोल्टता मान

2.3 ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक आर्म की पावर ट्रांसमिशन लाइन में रखरखाव में विद्युत विरोधी क्षमता परीक्षण

ड्रोन के छापे से बचाने की क्षमता परीक्षण के लिए, परीक्षण उपकरणों में चालक रंग से लेपित ड्रोन और एक मल्टीमीटर शामिल थे। चालक रंग ड्रोन की सतह पर समान रूप से 0.05 मिमी से अधिक मोटाई तक फैलाया गया था। सामान्य पर्यावरणीय स्थितियों में, ड्रोन की सतह पर दो बिंदुओं के बीच का आंतरिक प्रतिरोध मापा गया; 1 Ω से कम मान निर्धारित मानक के अनुसार अनुरूप होता है।

इमेज विकृति परीक्षण: ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक आर्म प्रौद्योगिकी को लाइन निरीक्षण के लिए लागू करते समय, गिम्बल कैमरा लेंस की अंतर्निहित सटीकता और असेंबली प्रक्रियाओं की गुणवत्ता जैसे कारकों के कारण इमेज विकृति हो सकती है। ऐसी विकृति दर्ज किए गए इमेज और वास्तविक दृश्य के बीच अंतर पैदा करती है, जो रखरखाव कर्मियों की UHV पावर ट्रांसमिशन लाइनों पर दोष या खराबियों को सटीक रूप से पहचानने की क्षमता को बाधित कर सकती है।

इस समस्या को सुलझाने के लिए, हमारी तकनीकी टीम ने गिम्बल कैमरा लेंस की विकृति विशेषताओं पर आधारित एक इमेज विकृति संशोधन मॉडल विकसित किया। यह मॉडल निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

सूत्र में:
x,y इमेजिंग सिस्टम में एक स्पर्शरेखीय विकृति बिंदु के मूल निर्देशांक हैं;
x′,y′ विकृति संशोधन के बाद बिंदु के नए निर्देशांक हैं;
p1,p2 स्पर्शरेखीय विकृति पैरामीटर हैं;
r इमेज केंद्र से त्रिज्यीय दूरी है।

कैमरा लेंस विकृति मुख्य रूप से दो प्रकार की होती है: स्पर्शरेखीय और त्रिज्यीय विकृति। स्पर्शरेखीय विकृति मुख्य रूप से लेंस तत्वों और कैमरे की इमेज सतह के पूर्ण रूप से समानांतर न होने के कारण होती है। दूसरी ओर, त्रिज्यीय विकृति, लेंस के ऑप्टिकल केंद्र से दूरी बढ़ने पर प्रकाश किरणों के अधिक मोड़ने के कारण होती है, जिससे लेंस के त्रिज्यीय दिशा में विकृति फैलती है। त्रिज्यीय विकृति निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त की जा सकती है:

सूत्र में:
x,y इमेजिंग सिस्टम में एक त्रिज्यीय विकृति बिंदु के मूल निर्देशांक हैं;
x′,y′ विकृति संशोधन के बाद बिंदु के नए निर्देशांक हैं;
k1,k2,k3 त्रिज्यीय विकृति पैरामीटर हैं;
r इमेज केंद्र से त्रिज्यीय दूरी है।

इस आधार पर, हमारी कंपनी ने झांग के कलिब्रेशन विधि का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा है, जो इमेज गठन पर सबसे अधिक प्रभाव डालने वाले त्रिज्यीय विकृति घटकों की पहचान करता है, और मॉडल पैरामीटरों को पुनर्निर्मित करता है। यह एक परिभाषित विश्व निर्देशांक प्रणाली में वस्तु निर्देशांकों और इमेज सतह में पिक्सेल निर्देशांकों के बीच पारस्परिक मैपिंग संभव बनाता है, जिससे गिम्बल कैमरे की कलिब्रेशन पूरी होती है। यह दृश्य सटीकता पर लेंस निर्माण टोलरेंस और असेंबली प्रक्रियाओं के प्रभाव को कम करता है, इमेज स्पष्टता को बढ़ाता है, और यह सुनिश्चित करता है कि अति उच्च वोल्टेज (UHV) पावर ट्रांसमिशन लाइनों की उच्च परिभाषा इमेज विलंब के बिना वास्तविक समय में सिस्टम में वापस भेजी जाती हैं। यह रखरखाव कर्मियों को लाइनों पर दोष या खराबियों की उपस्थिति का सटीक मूल्यांकन करने के लिए विश्वसनीय दृश्य डेटा प्रदान करता है।

संक्षेप में, इस पेपर में प्रस्तावित ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक आर्म निरीक्षण प्रौद्योगिकी, निम्न ऊर्जा उपभोग, लंबी लांबिकता, कम लागत, उच्च लोड वहन क्षमता, और मजबूत पर्यावरणीय धारणा जैसी वर्तमान UHV पावर ट्रांसमिशन लाइन रखरखाव की आवश्यकताओं को पूरा करती है। यह ड्रोनों के उपयोग से पारंपरिक मानवीय निरीक्षण विधियों को प्रतिस्थापित करने में महत्वपूर्ण तकनीकी बाधाओं को दूर करता है, रखरखाव संचालन के समग्र स्तर को बढ़ाता है, और विद्युत पावर ट्रांसमिशन और आपूर्ति की सुरक्षा और विश्वसनीयता को मजबूत करता है।