Истражување и анализа на дрон-базираните технологии за замена во одржувањето на надворешно високонапонски преносни линии

Во оден регион, по одржаност на линии за пренос на ултрависоко напон (UHV), беа идентифицирани следниве проблеми: постојачите дронови немаат доволна перформанса за да задоволат моменталните потреби за масивно и ширум опсегот инспекција и одржување на UHV линии. Во практичката работа, дроновите покажуваат недостаточна издржливост, ограничена способност за придобивање на слики и слаба отпорност на електромагнетната интерференција (EMI), што негативно влијае на ефективноста на инспекцијата и спречува точна идентификација на дефектите во UHV линиите.

Збоголку дузна должина на UHV линии за пренос и влијание на локалната природна средина, дроновите опремени со уреди за детекција не можат да подржат долготрајен лет, што го намалува ефективноста на инспекцијата. Во цитираната случај, дури и хибридни дронови со масло-електрична технологија постигнуваа лет од помалку од 3 часа, што бара честа замена на батериите по време на инспекцијата. Помину, тренутните системи за инспекција базирани на дронови немаат функционална комплетност - не поддржуваат многодимензионални, мултифункционални капацитети за инспекција - што резултира со недостаточна прецизност на инспекцијата. Ова може да забави детекцијата и обработка на повреди или други дефекти, што директно влијае на нормалниот пренос на енергија.

За да се надминат овие предизвици, нашата компанија разработила нова технологија за инспекција на UHV линии за пренос, која вклучува манипулатор монтиран на дрон. Оваа решенија е прилагодена на специфичната UHV инфраструктура во регионот и е информирана од моменталната перформанса на примената на дронови во одржувањето на линиите. Целта е да се реши претходно споменатите проблеми, додека се исполнуваат клучните барања: ниска консумација на енергија, подолга издржливост, ниска цена, голема капацитет за товар, и силна перцепција на околината.

1.Техничко решение: Манипулатор монтиран на дрон за одржување на UHV линии
1.1 Концепт на дизајн
Клучни размислувања за оваа технологија вклучуваат дизајн на изолација, контрола на движение на манипулаторот, и поддршни подсистеми. Осигурувањето на рационален технички дизајн е есенцијално за ефективно решавање на постојачите предизвици во одржувањето на UHV и надминување на бутилнеци на имплементацијата.

Нашата компанија ја оценувала потребата за изолација која ја налага околината за одржување на UHV на манипулаторот. На тоа основа, ние пресметавме максималната јачина на електричното поле и варијациите на напонот искушен од манипулаторот, роторите, рамата и фузелажот на различни растојания од живи проводници. Потоа, дизајнирани беа целевити тестови за перформанса за да информираат последователните побољшавања на техничкото решение.

Изберавме представителни сценарија за одржување на UHV за да дефинираме стандардни оперативни процедури и протоколи за безбедност. Многуграничната структура на манипулаторот беше оптимизирана за да се идентификува најсовместима конфигурација на дрон-манипулатор. Забоголку на уникалната оперативна околина, исто така предложивме да се надгради оригинален хардвер за придобивање на слики и софтвер/хардвер за трансмисија на податоци во случајната студија за да се подобри квалитетот на реалната слика.

1.2 Мерки за намалување на електромагнетна интерференција (EMI)
UHV линиите во случајот вклучуваат долги пресеци и пресечни точки, создавајќи комплексна и динамична електромагнетна околина. Силните електромагнетни полиња околу линиите и интензивните сигнали од близки комуникациски базни станции можат сериозно да го интерфецираат со комуникациониот систем на дрон-манипулатор. Помину, долгото-растојанска трансмисија на податоци по време на операции на манипулаторот може да предизвика крос-ток, што компромитира безбедноста на операцијата.

За да се надмине ова, нашата компанија предлажа следниве мерки за екранирање на EMI:

• Анализа на потенцијалната штета од силни електромагнетни полиња близу до UHV линии на внутрената кола на дронот.

• Примена на екранирачки третмани на површината на фузелажот, сигналните каблови и сите шевови на куќата.

• Еднакво пресипање на проводлив покривач од одредена дејбина на вонешната страна на дронот за намалување на електромагнетната интерференција. За компонентите кои не се прифатливи за покривач, се користи врзување со медна жица за да се постигне еквивалентна ефикасност на екранирање.

1.3 Дизајн на структурата на манипулаторот
Како што е прикажано на Слика 1, манипулаторот вклучува:
(1) Грипер; (2) Кутија за заштита на серво; (3) Адаптер за детектор на нулска вредност; (4) Адаптер за тестирање на висок напон; (5) Изоловац; (6) Лимитна штапа; (7) Епоксидна смола изолациони слој; (8) Манжеф за специфичен нагиб; (9) Врска штап; (10) Манжеф за специфичен валган.

Забоголку на потребите за изолација во UHV околини, нашата компанија предлажа да се инсталираат изолациони болци меѓу донесокот на дронот и карактеристиките. Јака рама ќе го поврзе донесокот на изолациониот слој со манжефот за специфичен нагиб, кој е фиксиран екстерно околу метална лоптица. Серво моторот е монтиран на десната страна на лоптицата, што го приведува механизмот за нагиб и овозможува горе-долу движење на манипулаторот.

Забоголку на интерференцијата предизвикана од силните електромагнетни полиња во просторот околу линиите за пренос, нашата компанија предлажа да се инсталираат водници на серво моторот внатре во изолациониот штап и да се опреми сервото со специјална изолациони заштитна кутија. Ова ефективно го изолира сервото од електромагнетните импулси генерирања од вонешната околина на висок напон. Помину, се применува врзување со медна жица околу зазорите на сервото за да се постигне еквипотенцијално врзување, што намалува ризикот од повреди на електромагнетни таласи во внатрешната кола на сервото.

2.Симулација на експеримент за инспекција на UHV линии за пренос со користење на дрон-манипулатор
2.1 Дизајн на симулација
На основа на записите за одржување на UHV линии во случајната студија, беа добиени следниве структурни параметри: висината на праволинискиот турман е 3200 мм; радиусот на големата капа е 2400 мм; радиусот на средната капа е 3200 мм; радиусот на малата капа е 2700 мм; и дијаметарот на проводникот е 17.48 мм, како што е прикажано на Слика 2.

В симулација експеримент, дрон системот избрал да користи материјали од влакнесто јагло за пропелери, рамка и фузиџа за подобрување на неговата општа перформанса.

Земајќи ги во предвид влијанието на околниот просторен електричен пол врз одржувачките операции базирани на дрон за ултрависоконапонски (UHV) преносни линии, нашата компанија првично развила симулационен модел на инспекционен систем со роботско рако на дрон. Користејќи методот на конечен елемент, одредивме конкретното влијание на електричниот пол околу UHV линиите врз одржувачките операции на дрон. Поради тоа, анализиравме максималната јачина на електричниот пол и варијациите на напонот испытано од страна на роботската рака, воздухопловот, роторите и фузиџата при различни растојанија помеѓу левата страна на роботската рака и проводникот. Ова ни овозможува да процениме дали постојат потенцијални опасности за безбедност токму во блиски инспекциони задачи.

2.2 Симулационен процес
2.2.1 Перформанса на инспекциониот систем на 0.84 м од UHV преносна линија
Нашата компанија провела симулационни експерименти на инспекциониот систем со роботска рака на дрон за подетална анализа на нејзината оперативна состојба и распределбата на просторниот електричен пол близу до проводникот кога системот е позициониран на 0.84 м од UHV преносната линија.

Резултатите од симулацијата покажаа дека, при овој услов на работа, не се забележало значително негативно влијание на електричниот пол врз целостниот инспекцион систем. Меѓутоа, забележан е слаб повикување на јачината на електричниот пол на левата страна на роботската рака. Обично, ако локалната јачина на електричниот пол надмине диелектричната пречкина јачина на воздухот (30 kV/cm), ризикот од прекин на компонентите се зголемува, што компромитира стабилноста и безбедноста на системот.

Поради тоа, истражувајќи го потенцијалот (напонот) на системски компоненти, откривме дека како растојанието помеѓу инспекциониот систем на дрон и UHV линијата се зголемува, електричкиот потенцијал на сите компоненти одговарајќи намалува. На основа на овие варијации на потенцијал, одредивме нивоата на напон и максималната јачина на електричниот пол кои секој компонент ги испытува во окружението за одржување.

Како што е прикажано во Табела 1, кога инспекциониот систем е на 0.84 м од UHV линијата, роботската рака испытува јачина на електричниот пол од 3712 V/m и напон од 2069 V. Споредба помеѓу левите и десните ротори покажа дека левиот ротор непрекинато испытува повисока јачина на електричниот пол и напон од десниот ротор. Сите податоци указуваат дека, при овој рабочи растојание од 0.84 м, електричниот пол остани далеч под пречкината граница на воздухот, што не поставува ризик од електрична разрядба и гарантира безбедна работа на инспекциониот систем со роботска рака на дрон.

2.2.2 Перформанса на инспекциониот систем на 0.34 м од UHV преносна линија
Нашата компанија исто така провела симулационни експерименти за анализа на оперативната состојба на инспекциониот систем со роботска рака на дрон и распределбата на просторниот електричен пол близу до проводникот кога системот е позициониран само на 0.34 м од UHV преносната линија.

Табела 1: Максимална јачина на електричниот пол и вредности на напонот соодветни за секој компонент на инспекциониот систем со роботска рака на дрон

Резултатите од симулацијата покажаа дека, под ова услов за одржување на растојание, пространото електрично поле околу преносната линија на левата страна на роботската рака се промени. Збогувајќи на единствената средина на ултра-високонапонските (UHV) преносни линии, високонапонските електрични полиња се многу склони да предизвикаат проблеми со дуг и површински флешовери.

В исто време, преку анализа на потенцијалните варијации на различните компоненти во системот, беше откриено дека како растојанието помеѓу системот за инспекција со роботска рака монтирана на дрон и UHV преносната линија се зголемува, електричкиот потенцијал на сите компоненти соодветно се намалува.

Според податоците во Табела 2, кога системот за инспекција е позициониран на 0,34 m од UHV преносната линија, максималната јачина на електричното поле искушено од било кој компонент во системот не надминува диелектричната пребивна јачина на воздухот. Затоа, може да се заклучи дека нема ризик од пребивање токму во време на одржувачките операции, што гарантира безопасноста и надежноста на системот за инспекција со роботска рака монтирана на дрон во практичката примената.

Табела 2: Максимална јачина на електричното поле и напонски вредности кои одговараат на секој компонент од системот за инспекција со роботска рака монтирана на дрон

2.3 Тести на капацитетот за спречкавање на роботската рака монтирана на дрон во одржувањето на преносните линии

За тестот на штитнишката способност на дронот, опремата за тестiranje вклучуваше дрон покрит со проводлив боя и мултиметар. Проводливата боja беше униформно испрскана на површината на дронот со дејбелина која не надминува 0,05 мм. Под нормални услови на околината, се измеруваше интерниот отпор помеѓу две точки на површината на дронот; вредност помала од 1 Ω указува на споредба со специфицираната стандард.

Тест за искажување на слика: При користење на технологијата за роботска рака монтирана на дрон за инспекција на линиите, може да се појави искажување на слика поради фактори како точноста на објективот на камера со гимбал и квалитетот на процесите за собирање. Таквото искажување причинува разлики помеѓу запишаните слики и реалната сцена, што потенцијално ја ошеметува способноста на одржувачките персонал да точно идентификуваат грешки или недостатоци на УВХ (Ultra Visoka Napetost) преносните линии.

За да се реши овој проблем, нашата техничка екипа разви модел за поправка на искажувањето на слика базиран на карактеристиките на искажувањето на објективот на камерата со гимбал. Овој модел е изразен со следната формула:

Во формулата:
x,y се оригинален координати на тангентаално исказана точка во системот за засликuvanje;
x′,y′ се нови координати на точката после поправка на искажувањето;
p1,p2 се параметри на тангентаално искажување;
r е радијалното растојание од центарот на сликата.

Искажувањето на објективот на камерата е главно категоризирано во два типа: тангентаално и радијално искажување. Тангентаалното искажување воведено е поради тоа што елементите на објективот и планината на слика на камерата не се целосно паралелни. Радијалното искажување, пак, се случува затоа што светлинските зраци се загибаат значително на позиции подалечни од оптичкиот центар на објективот, што резултира со искажување распределено по радијалната насока на објективот. Радијалното искажување може да се изрази со следнава формула:

Во формулата:
x,y се оригинален координати на радијално исказана точка во системот за засликuvanje;
x′,y′ се нови координати на точката после поправка на искажувањето;
k1,k2,k3 се параметри на радијално искажување;
r е радијалното растојание од центарот на сликата.

На основа на ова, компанијата предлажа користење на методот на калибрација на Zhang за идентификација на компонентите на радијално искажување кои најзначајно влијаат на формирањето на слика, и за реконструкција на параметрите на моделот. Ова овозможува мутуелно мапирање помеѓу координатите на објектот во дефинираната светска координатна система и пикселски координати во планината на слика, со што се завршува калибрацијата на камерата со гимбал. Овој пристап ефикасно намалува влијанието на толеранциите при производството на објективите и процесите за собирање врз точноста на сликата, подобрува јасноста на сликата и осигурува дека се пренесуваат назад до системот во реално време без забава високодефинитни слики на УВХ (Ultra Visoka Napetost) преносните линии. Ова нуди одржувачкому персоналот pouzdane vizualne podatke za točnu procjenu postoji li grešaka ili defekata na linijama.

Заклучувајќи, технологијата за инспекција на роботска рака монтирана на дрон предложена во овој труд задоволува моменталните потреби за одржување на УВХ (Ultra Visoka Napetost) преносните линии за ниско консумирање на енергија, долга продожителност, ниска цена, голема капацитет за терет и силна перцепција на околината. Преодолева клучните технички бутилне работи во замената на традиционалните методи за ручна инспекција со дрони, подига го општиот ниво на операциите за одржување и јача безопасноста и надежноста на преносот и доставувањето на електрична енергија.