Lêgerdina û Analiza Ji Ber Pirsgirêka Têkhnîyên Cûbikandin Baserkirin Pêşkeftina Çendîna Naxtanîn yên Heyv Denge yên Ultra-High-Voltage

Diha be xebatên yek cih, pas çalakirina şeretaşkirina (UHV) şeretaşkirî, wateyên vê taybet dihewîn kirin: dronên heyî nekar nîne ji bo pêvajoyên bêtir û pelanîna wekheviyê yên UHV. Di operasyonên praktîkî de, dronên nekarêndina zêde, guhertina şêra werazokirinê, û perveriya şêr bi eletromagnetîk (EMI) nekar nîne, ku efektivîteya şêr bişopînin û destnîşankirina rastîn ê veqetandina UHV dibe.

Bi reza uzmareya şeretaşkirî UHV û tesîri çevresazên herêmî, dronên bi cihêrengên şopîndar nekar nîne li ser terav da girîng, ku efektivîteya şêr bişopînin dikare. Di serdemiyê de, hata dronên bingehîn-berî qeymî yên elektrîk-hîtîn derênavên lêgerînê ya 3 saet hate girtin, ku bicîh bikar îne wan bi tevahî girîng bigirin. Bûyerî, sistemên şêr bişopînan bi dronên heyî nekar nîne guhertina bêtir û multifunksiyonel--ji bo daxwazên şêr bişopînin akerd û zêde, ku efektivîteya şêr bişopînin an jêr bîne. Ev dikare dilgeha rêzik û dawabînên din hilîn û çareserkirin bide, ku bi sedsala dabeşkirina normalî yên elektrîk were hatî.

Bi ra'îna wan pirsgirêkan, kompaniyamê şitî teknolojîya navîn yên şêr bişopînan UHV şeretaşkirî piştgirî kir, ku manipulatorda dronêda têkeve. Vê çareser ji bo infrastruktûra UHV taybet dihewîn û ji bo performansa dronên heyî yên şopîndarî yên li ser pêvajoyên UHV. Li gorîn çareser dikare pirsgirêkan dihewîn bisekinin û daxwazên keyî yên: nekarîna berî, derênavê girîng, qeymî bêdar, nebariya zêde, û anjamzaniya çevresazê bêdar bikin.

1.Çareser Teknîkî: Manipulatora Drondan Uçan bi UHV Şeretaşkirî
1.1 Konseptê Çalakirinê
Vê teknolojîyê parapêkên navîn yên şînî, kontrolê çalakirina manipulatordan, û sistemanên destpêk. Ji bo virast kirina teknîkî yên rastîn, wekheviyên şopîndarî yên UHV hene destnîşan û çokesên implementasyonê bide.

Kompaniyamê hesabkirina parapêka şînî yên manipulatordan di envîrovan UHV de piştgirî kir. Bi ra'îna vê, bizanîna elektrîkî yên zêde û guherandina voltajê yên manipulatordan, rotoran, frame, û fuselage di destandinan derênavên hîn de hesabkirin. Testên performansa targetî yên piştgirî kir bi ra'îna refinements teknîkî yên dawî.

Ma scenarioên şopîndarî yên UHV representatif hilbijînin bi ra'îna rêzikên standard û protokolanên ewle. Strukturê multifunctional yên manipulatordan optimizasyon kir bi ra'îna formatên dron-manipulatordan yên en azad. Ji bo envîronmenta çalakirinê taybet, ma propozîyonan di ser kerteriya guhertina hardware û software/hardware yên data transmission û şêra werazokirinê de kirin.

1.2 Çareserên EMI Minimizasyonê
Şeretaşkirî UHV di serdemiyê de long span û crossing hene, ki envîronmenta electromagneticî yên complex û dynamic têkeve. Electric field û signalên intense yên base station communication yan de dron-manipulatordan system komunikasyonê weraz bike. Bûyerî, data transmission û operasyonên manipulatordan û long distance dikare crosstalk bide, ku amniyetê operasyonê bîne.

Li gorîn, kompaniyamê propozîyonan EMI shielding min:

• Analîz bike zararnasîna electric field û intense yên UHV line yên dronên internal circuitry.

• Shielding treatment bike airframe surface, signal cables, û all housing seams.

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

1.3 Structural Design of the Robotic Arm
As shown in Figure 1, the robotic arm comprises:
(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.

Considering insulation requirements in UHV environments, our company proposes installing insulating bolts between the drone’s underside and landing gear. A steel frame connects the lower side of the insulating layer to the pitch-specific bearing sleeve, which is fixed externally around a metal bearing. The pitch servo motor is mounted on the right side of the bearing, driving the pitch mechanism to enable up-and-down movement of the robotic arm.

Considering the interference caused by the high-intensity electromagnetic fields in the space surrounding the transmission lines, our company proposes installing servo motor drive lines inside the insulating rod and equipping the servo with a dedicated insulated protective enclosure. This effectively isolates the servo from electromagnetic surges generated by the external high-voltage environment. Additionally, copper wire bonding is applied to the gaps around the servo to achieve 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
Based on maintenance records of the UHV transmission lines in the case study, the following structural parameters were obtained: the total height of the straight-line tower is 3200 mm; the large shed radius is 2400 mm; the medium shed radius is 3200 mm; the small shed radius is 2700 mm; and the conductor diameter is 17.48 mm, as shown in Figure 2.

Nermayînên taybetî yên serpila karbonê ji bo pankalên propeller, çarka û fuselage di destûrên simûlasyon de hilbijartin da ku performansa yekbûyî ya herî bigihîsin.

Bibînin piştgirîya elektrikî yên navendî yên serdewerdî yên dêkteranên drone-yên bêserdarî yên cihazên lîne yên transmetasîyon ê (UHV), kompaniyam yew modelî simûlasyonî ji bo nermayîna inspeksiyonê yên robota mount-ê ya drone dikarin. Li gorî analîz finite element, pirastinên têkiliyê yên elektrik ê li ser operasyonên nermayînên drone hatin cihandin. Dibe, pirastinên girîngî yên elektrik ê û vêjînên voltaj ê yên li ser robota, airframe, rotor û fuselage di heman distancên din de ku li ser rûpelên robota û konduktor. Ev min van dibexwazin ku amana barkirina daniyên ewlehî di rêbazên inspeksiyonê de bibînin.

2.2 Prosesa Simûlasyon
2.2.1 Performansa Sistemanên Inspeksiyonê di 0.84 m derbas de la Lîne Transmetasîyon UHV
Kompaniyam destûrên simûlasyon ê ji bo nermayîna inspeksiyonê yên robota mount-ê ya drone dikarin tu dibêjin ku analîz bikin li ser statusa operasyonî û distribûsyona elektrikî yên navendî yên serdewerdî yên lîne yên transmetasîyon UHV di 0.84 m derbas de.

Netayînên simûlasyon ê werd îtin ku, li ser bihêvî yên operasyonê, nekî tiştên negatîfên elektrik ê li ser sistemê yên inspeksiyonê nisandin. La rûpelên robota, girîngî ya elektrik ê bi binherînê zêdetir nisandin. Yekar, eger girîngîya lokalî ya elektrik ê piştguhîn diyeke yên dielektrik breakdown ê ya havê (30 kV/cm) digerîn, risga barkirina daniyên parçeyanê zêdetir, li ser stabîlîya û amana sistemê tevahî kirin.

Her di vir dike, li ser girîngî potensiyel (voltaj) yên parçeyanên sistemê, girtin îtin ku, ji ber ku derbas diyan lîne yên UHV û nermayîna inspeksiyonê yên mount-ê ya drone re zêdetir, potensiyel elektrik ê yên hemî parçeyan ê bi binherînê berdibandin. Li ser berdibandinên potensiyel ê, girîngîya voltaj ê û girîngîya elektrik ê yên her parçeya li ser cihazên nermayînên wê dibixin.

Wêgirtin di Cihewre 1 de, di dema ku sistemê yên inspeksiyonê 0.84 m derbas diyan lîne yên UHV re, robota girîngîya elektrik ê di 3712 V/m û voltaj di 2069 V re nisandin. Pirastin diyan rotorên rûpelên serekan re, rotorên rûpelên sol kanîn girîngîya elektrik ê û voltaj diyan rotorên rûpelên riha girîngtir. Hemî danan nisandin ku, di derbas 0.84 m de, girîngîya elektrik ê bi binherînê li ser threshold ê ya dielektrik breakdown ê ya havê, risga barkirina daniyên ewlehî nabe, ev amana kariyê yên nermayîna inspeksiyonê yên mount-ê ya drone.

2.2.2 Performansa Sistemanên Inspeksiyonê di 0.34 m derbas de la Lîne Transmetasîyon UHV
Kompaniyam yew destûrên simûlasyon ê dikarin tu dibêjin ku analîz bikin li ser statusa operasyonî û distribûsyona elektrikî yên navendî yên serdewerdî yên lîne yên transmetasîyon UHV di 0.34 m derbas de.

Cihewre 1: Girîngîya Elektrik ê û Voltajên Girîngî yên Parçeyanên Sistemên Inspeksiyonê yên Robota Mount-ê ya Drone

Dastûbên simulasyon nîşan dêd ku, ser bavê warên pêşkeftinê ya parêzandina rêkê, çapê lêyan kablê şevirxanê li sarkê rêkê biguhere. Ji ber cihêna xusûl ên kablên şevirxanê yên virsan (UHV), çendekên şevirxanê yê bilind hêsan dikarin pirsgiriyên arcing û flashover-ê rey bikin.

Lê ziman, bi analîz kirina guhertinên potensiyel ên komponentên jêmê, dîsa ku diherî ji bo dergeha girtinê ya sisteman da ku rêkê li ser dronek û kablê UHV digerandin, potensiyelê şevirxanê ya hemû komponentan diherî vêdigirin.

Li gorî daneyên li Cihêrnameya 2, herdemê ku sistemê da ku rêkê li ser dronek wekhevi 0.34 m li ser kablê UHV, gerêkarên şevirxanê mezin ên her komponent de ne hatine girîngkirin ji tenasurê şevirxanê ya air. Lê ziman, destê hatine nişan kirin ku riske girîngkirina tune ne hatiye were, ke amana û bexwaşê sisteman da ku rêkê li ser dronek werin afirandin di taybetmendiyên reyberdan de.

Cihêrnameya 2: Gerêkarên Şevirxanê Mezin û Nirdarên Şevirxanê Ya Komponentên Sisteman da ku Rêkê Li Ser Dronek Werin Afirandin

2.3 Testê Bixeyandina Dastîna Robotîkê ya Lekêrda bi Tirawîna Hêlkarên Transmisyon

Ji bo testa performansa bixeyandina lekêr, taybetmendiyên testê ku hêsan kirin werên lekêr ên bi boyên nîşangdeh hatîn û birêvebirka multimeter. Boya nîşangdeh bi dengkirina ne xweşperî 0.05 mm li ser çarx lekêr hatîn lêgerîn. Li şertên amadeyên normal, rezistansa navenda di du nqepan de li ser çarx lekêr hatine pîvan; ji hêla ku qiymeta ya ku wekî 1 Ω yê, îmada ku taybetmendîya specifikê bikine.

Testa distorsiyona wêne: Ji bo karberdanan teknolojîya dastîna robothîkê ya lekêrda bi tirawîna hêlkar, distorsiyonê wêne dikare were hate vanerandin bi tenên çi tiyên cihazgiranî yên gimbali kamera û kaliteya prosesên montaj. Ev distorsiyon bigereke bêtirbûn di wêneyên berdestkirda û cihanê rast de, ku dikare bêtirbike kemkarkirina personelê da ku divê asta bêtir bike bêtirbûnên hêlkarên transmisyon UHV (Ultra High Voltage) bêtir bike.

Li vir di vê pirsgirêdayê, tîmê teknikê me modelê bêtirbûnê distorsiyonê wêne çêkerdi bi destpêkê distorsiyonê gimbali kamera. Modelê di formulê de çêkirin:

Di formulê de:
x,y koordinatên aslen tangensyal distorsiyonê di sistemê imaging de;
x′,y′ koordinatên nû ya nuqtê pas bêtirbûnê distorsiyonê;
p1,p2 parametreyên tangensyal distorsiyonê;
r agahî radîal di navenda merkezê wêne der.

Distorsiyona kamera primâriji her du rêng da jihat: tangensyal û radîal. Distorsiyon tangensyal li gor ku elementên lensa û planeya imaging kamera ne paralel e. Di binişte de, distorsiyon radîal dikare were hate vanerandin ji ber ku rayên rojan bêtir bike bendênek di pozisyonên piştî navenda optîkî lensa, ku bigereke bêtirbike distorsiyonê di rêng radîal lensa. Distorsiyon radîal di formulê de çêkirin:

Di formulê de:
x,y koordinatên aslen radîal distorsiyonê di sistemê imaging de;
x′,y′ koordinatên nû ya nuqtê pas bêtirbûnê distorsiyonê;
k1,k2,k3 parametreyên radîal distorsiyonê;
r agahî radîal di navenda merkezê wêne der.

Li vir di vê bin, kompaniyam propozîkirin metoda calibrasyonê ya Zhang bikin bikar bînin bi tenên identifikasyonê ya komponentên radîal distorsiyonê ku zêdetir bêtir bike çavkaniyên formasyonê wêne, û parametrên modelê bêtir bike bêtirbûnin. Ev bêtirbike mapêkara mutuallî di navendên objektî de di sisteman koordinatên cihanê û navendên pixelî de di planeya imaging, ku bêtirbike calibrasyonê ya gimbali kamera. Ev şeşeyê bêtirbike etkê ya toleransên nirxa lensa û prosesên montaj di ser rastînaya wêne, bêtirbike saftî wêne, û bêtirbike ku wêneyên high-definition (HD) di transmisyon line UHV de bêtir bike berhevkirin bêtir bike li ser dem, bêtirbike personelê da ku divê asta bêtir bike bêtirbûnên hêlkarên transmisyon UHV.

Li gor, teknolojîya inspeksyonê ya dastîna robothîkê ya lekêrda ku di vê nivîsê de propozîkiribû, pêşankirina bêtirbûnên maintenance ya hêlkarên transmisyon UHV li ser enerjiya kêmtir, davamekê dirêj, maliyetê kêmtir, kapasitêya zêdetir, û bêtirbûnên perceptionê ya amadeyên zêdetir. Ev dikare bêtirbike bêtirbûnên teknikî serekeyên li ser bêtirbûnên metodên manualên tradîsyonî bi lekêran, bêtirbike sereka operasyonên maintenance, û bêtirbike ewlema û bêtirbûnên transmisyon û bistînek.