การวิจัยและวิเคราะห์เทคโนโลยีทดแทนที่ใช้โดรนสำหรับการบำรุงรักษาสายส่งไฟฟ้าแรงสูงมาก

ในภูมิภาคหนึ่ง หลังจากการบำรุงรักษาสายส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ (UHV) ได้ระบุปัญหาดังต่อไปนี้: โดรนที่มีอยู่ในปัจจุบันขาดประสิทธิภาพเพียงพอที่จะตอบสนองความต้องการในการตรวจสอบและบำรุงรักษาระดับใหญ่และครอบคลุมของสาย UHV ในปฏิบัติจริง โดรนแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการบินต่อเนื่องไม่เพียงพอ ขีดจำกัดในการรับภาพ และความต้านทานต่อสิ่งรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ต่ำ ซึ่งส่งผลกระทบเชิงลบต่อประสิทธิภาพการตรวจสอบ และทำให้ไม่สามารถระบุข้อบกพร่องของสาย UHV ได้อย่างแม่นยำ

เนื่องจากสายส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษมีความยาวมากและได้รับอิทธิพลจากสภาพแวดล้อมธรรมชาติในท้องถิ่น โดรนที่ติดตั้งอุปกรณ์ตรวจจับจึงไม่สามารถบินต่อเนื่องเป็นเวลานาน ทำให้ลดประสิทธิภาพในการตรวจสอบ ในกรณีศึกษานี้ แม้แต่โดรนไฮบริดน้ำมัน-ไฟฟ้าก็สามารถบินได้นานไม่ถึง 3 ชั่วโมง ส่งผลให้จำเป็นต้องเปลี่ยนแบตเตอรี่บ่อยครั้งระหว่างการตรวจสอบ นอกจากนี้ ระบบการตรวจสอบด้วยโดรนในปัจจุบันยังขาดความสมบูรณ์ของฟังก์ชัน — ไม่รองรับการตรวจสอบหลายมิติและหลายฟังก์ชัน — ทำให้ความแม่นยำในการตรวจสอบไม่เพียงพอ ซึ่งอาจทำให้การตรวจพบและการจัดการข้อผิดพลาดหรือข้อบกพร่องบนสายล่าช้า ส่งผลกระทบโดยตรงต่อการส่งไฟฟ้าตามปกติ

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ บริษัทของเราได้พัฒนาเทคโนโลยีใหม่สำหรับการตรวจสอบสายส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษ โดยรวมเอาหุ่นยนต์แขนกลที่ติดตั้งบนโดรนเข้าไว้ด้วยกัน โซลูชันนี้ออกแบบมาเฉพาะสำหรับโครงสร้างพื้นฐาน UHV ในภูมิภาคนี้ และได้รับการพัฒนาภายใต้ข้อมูลประสิทธิภาพการใช้งานโดรนในงานบำรุงรักษาสายในปัจจุบัน มีเป้าหมายเพื่อแก้ไขปัญหาที่กล่าวมาข้างต้น พร้อมทั้งตอบสนองความต้องการสำคัญ: การใช้พลังงานต่ำ ระยะเวลากลางตัวนาน ต้นทุนต่ำ ความสามารถบรรทุกน้ำหนักสูง และการรับรู้สภาพแวดล้อมที่แข็งแกร่ง

1. แนวทางทางเทคนิค: แขนกลหุ่นยนต์ติดตั้งบนโดรนสำหรับการบำรุงรักษาสาย UHV
1.1 แนวคิดการออกแบบ
ปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณาสำหรับเทคโนโลยีนี้ ได้แก่ การออกแบบฉนวน การควบคุมการเคลื่อนไหวของแขนกล และระบบย่อยที่รองรับ การมั่นใจในแบบแปลนทางเทคนิคที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อแก้ไขปัญหาการบำรุงรักษา UHV ที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพ และฝ่าฟันอุปสรรคในการดำเนินการ

บริษัทของเราได้ประเมินความต้องการด้านฉนวนที่เกิดจากสภาพแวดล้อมการบำรุงรักษา UHV ต่อแขนกลอย่างครอบคลุม จากข้อมูลดังกล่าว เราคำนวณความเข้มสนามไฟฟ้าสูงสุดและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่แขน โรเตอร์ กรอบ และโครงเครื่องที่อยู่ห่างจากตัวนำไฟฟ้าในระยะต่าง ๆ จากนั้นได้ออกแบบการทดสอบสมรรถนะเฉพาะเพื่อใช้เป็นข้อมูลในการปรับปรุงแนวทางทางเทคนิคในขั้นตอนถัดไป

เราเลือกสถานการณ์การบำรุงรักษา UHV ที่เป็นตัวแทน เพื่อกำหนดขั้นตอนการทำงานมาตรฐานและมาตรการความปลอดภัย โครงสร้างของแขนกลที่มีหลายองศาอิสระได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อระบุรูปแบบการจับคู่โดรนกับแขนกลที่เข้ากันได้ดีที่สุด เนื่องจากสภาพแวดล้อมการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์ เราจึงเสนอให้อัปเกรดฮาร์ดแวร์การรับภาพและซอฟต์แวร์/ฮาร์ดแวร์การส่งข้อมูลเดิมในกรณีศึกษา เพื่อเพิ่มคุณภาพของภาพแบบเรียลไทม์

1.2 มาตรการบรรเทาสิ่งรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)
สาย UHV ในกรณีศึกษามีช่วงระยะยาวและการข้ามเส้นทาง ทำให้เกิดสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่เข้มข้นรอบสายและสัญญาณที่รุนแรงจากรายการสื่อสารใกล้เคียงสามารถรบกวนการสื่อสารของระบบโดรน–แขนกลได้อย่างรุนแรง นอกจากนี้ การส่งข้อมูลระยะไกลระหว่างการทำงานของแขนกลอาจก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนซ้อน (crosstalk) ซึ่งกระทบต่อความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

เพื่อลดปัญหานี้ บริษัทของเราเสนอมาตรการป้องกันสิ่งรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าดังต่อไปนี้:

• วิเคราะห์ความเสียหายที่อาจเกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มสูงใกล้สาย UHV ต่อวงจรภายในของโดรน

• ใช้การป้องกันสัญญาณรบกวน (shielding) ที่ผิวโครงเครื่อง สายสัญญาณ และรอยต่อทุกจุดของเปลือกเครื่อง

• พ่นชั้นนำไฟฟ้าที่มีความหนาตามข้อกำหนดอย่างสม่ำเสมอที่ภายนอกโดรนเพื่อลดสิ่งรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่เหมาะกับการพ่นชั้นนำไฟฟ้า จะใช้การยึดด้วยลวดทองแดงเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการป้องกันเทียบเท่ากัน

1.3 การออกแบบโครงสร้างของแขนกล
ดังที่แสดงในรูปที่ 1 แขนกลประกอบด้วย:
(1) อุปกรณ์จับ; (2) กล่องป้องกันเซอร์โว; (3) ตัวยึดเครื่องตรวจจับค่าศูนย์; (4) ตัวยึดเครื่องทดสอบแรงดันสูง; (5) แท่งฉนวน; (6) แท่งจำกัด; (7) ชั้นฉนวนเรซินอีพอกซี; (8) ปลอกแบริ่งเฉพาะการเอียงแนวตั้ง (pitch); (9) แท่งต่อโยง; (10) ปลอกแบริ่งเฉพาะการหมุนแนวนอน (roll)

เมื่อพิจารณาความต้องการด้านฉนวนในสภาพแวดล้อม UHV บริษัทของเราเสนอให้ติดตั้งสลักเกลียวฉนวนระหว่างด้านล่างของโดรนกับชุดล้อลงจอด โครงเหล็กเชื่อมต่อด้านล่างของชั้นฉนวนกับปลอกแบริ่งเฉพาะการเอียงแนวตั้ง ซึ่งยึดติดภายนอกแบริ่งโลหะ มอเตอร์เซอร์โวสำหรับการเอียงแนวตั้งติดตั้งทางด้านขวาของแบริ่ง ทำหน้าที่ขับเคลื่อนกลไกการเอียงแนวตั้ง เพื่อให้แขนกลสามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงได้

เมื่อพิจารณาสิ่งรบกวนที่เกิดจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าความเข้มสูงในพื้นที่รอบสายส่ง บริษัทของเราเสนอให้วางสายขับมอเตอร์เซอร์โวไว้ภายในแท่งฉนวน และติดตั้งเปลือกป้องกันฉนวนพิเศษสำหรับเซอร์โว สิ่งนี้จะแยกเซอร์โวออกจากแรงกระชากแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากสภาพแวดล้อมแรงดันสูงภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ ยังใช้การยึดด้วยลวดทองแดงที่ช่องว่างรอบๆ เซอร์โวเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน (equipotential bonding) จึงช่วยลดความเสี่ยงของการแตกหักของวงจรภายในเซอร์โวที่เกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

2. การทดลองจำลองการตรวจสอบสายส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษโดยใช้แขนกลติดตั้งบนโดรน
2.1 การออกแบบการจำลอง
จากบันทึกการบำรุงรักษาสายส่งไฟฟ้าแรงสูงพิเศษในกรณีศึกษา ได้รับพารามิเตอร์โครงสร้างดังต่อไปนี้: ความสูงรวมของหอคอยตรงคือ 3200 มม.; รัศมีแผ่นครอบขนาดใหญ่คือ 2400 มม.; รัศมีแผ่นครอบขนาดกลางคือ 3200 มม.; รัศมีแผ่นครอบขนาดเล็กคือ 2700 มม.; และเส้นผ่านศูนย์กลางตัวนำไฟฟ้าคือ 17.48 มม. ดังแสดงในรูปที่ 2

ในการทดลองจำลองระบบโดรนได้เลือกใช้วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์สำหรับใบพัดโครงสร้างและตัวเครื่องเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม

โดยพิจารณาถึงผลกระทบของสนามไฟฟ้ารอบ ๆ ต่อการบำรุงรักษาระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูง (UHV) ด้วยโดรน บริษัทของเราได้พัฒนาแบบจำลองการจำลองระบบแขนกลบนโดรนเป็นครั้งแรก โดยใช้วิธีการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด เราได้กำหนดผลกระทบที่แน่นอนของสนามไฟฟ้ารอบ ๆ สายส่ง UHV ต่อการดำเนินงานบำรุงรักษาด้วยโดรน นอกจากนี้เรายังวิเคราะห์ความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าและความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าที่แขนกล เครื่องบิน อากาศยาน และตัวเครื่องประสบในระยะทางที่แตกต่างกันระหว่างด้านซ้ายของแขนกลและสายส่ง เพื่อให้เราสามารถประเมินว่ามีอันตรายด้านความปลอดภัยหรือไม่ในระหว่างการตรวจสอบที่ใกล้ชิด

2.2 กระบวนการจำลอง
2.2.1 สมรรถนะของระบบตรวจสอบเมื่ออยู่ห่างจากสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 0.84 เมตร
บริษัทของเราได้ทำการทดลองจำลองระบบแขนกลบนโดรนเพื่อวิเคราะห์สถานะการทำงานและการกระจายของสนามไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงกับสายส่งเมื่ออยู่ห่างจากสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 0.84 เมตร

ผลการจำลองแสดงว่าภายใต้สภาพการทำงานนี้ไม่มีผลกระทบที่สำคัญจากสนามไฟฟ้าต่อระบบตรวจสอบโดยรวม แต่พบว่ามีการเพิ่มขึ้นของความเข้มของสนามไฟฟ้าเล็กน้อยที่ด้านซ้ายของแขนกล โดยทั่วไปแล้วหากความเข้มของสนามไฟฟ้าท้องถิ่นเกินกำลังทำลายของอากาศ (30 kV/cm) ความเสี่ยงของการชำรุดของส่วนประกอบจะเพิ่มขึ้น ส่งผลต่อความมั่นคงและความปลอดภัยของระบบ

นอกจากนี้จากการตรวจสอบการกระจายของศักย์ (แรงดัน) ทั่วระบบส่วนประกอบ เราพบว่าเมื่อระยะทางระหว่างระบบตรวจสอบบนโดรนและสายส่งไฟฟ้าแรงสูงเพิ่มขึ้น ศักย์ไฟฟ้าของส่วนประกอบทั้งหมดลดลงตามลำดับ จากการเปลี่ยนแปลงของศักย์เหล่านี้เราได้กำหนดระดับแรงดันและความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงสุดที่ส่วนประกอบแต่ละส่วนประสบในสภาพแวดล้อมการบำรุงรักษา

ดังแสดงในตาราง 1 เมื่อระบบตรวจสอบอยู่ห่างจากสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 0.84 เมตร แขนกลเผชิญกับความเข้มของสนามไฟฟ้า 3712 V/m และแรงดัน 2069 V การเปรียบเทียบระหว่างใบพัดด้านซ้ายและด้านขวาพบว่าใบพัดด้านซ้ายเผชิญกับความเข้มของสนามไฟฟ้าและแรงดันสูงกว่าใบพัดด้านขวา ข้อมูลทั้งหมดแสดงว่าภายใต้ระยะการทำงาน 0.84 เมตร ความเข้มของสนามไฟฟ้ายังอยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดการทำลายของอากาศ ไม่มีความเสี่ยงของการปล่อยประจุไฟฟ้าและรับประกันการดำเนินงานอย่างปลอดภัยของระบบตรวจสอบแขนกลบนโดรน

2.2.2 สมรรถนะของระบบตรวจสอบเมื่ออยู่ห่างจากสายส่งไฟฟ้าแรงสูง 0.34 เมตร
บริษัทของเราได้ทำการทดลองจำลองเพื่อวิเคราะห์สถานะการทำงานของระบบแขนกลบนโดรนและการกระจายของสนามไฟฟ้าในบริเวณใกล้เคียงกับสายส่งเมื่ออยู่ห่างจากสายส่งไฟฟ้าแรงสูงเพียง 0.34 เมตร

ตาราง 1: ความเข้มของสนามไฟฟ้าสูงสุดและค่าแรงดันที่สอดคล้องกับส่วนประกอบแต่ละส่วนของระบบตรวจสอบแขนกลบนโดรน

ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่า ในสภาพที่รักษาระยะห่างนี้ การกระจายตัวของสนามไฟฟ้าในบริเวณรอบๆ เส้นส่งไฟฟ้าทางด้านซ้ายของแขนกลได้เปลี่ยนแปลง ด้วยสภาพแวดล้อมที่เป็นเอกลักษณ์ของสายส่งไฟฟ้าแรงสูงมาก (UHV) สนามไฟฟ้าแรงสูงมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดปัญหาการอาร์กและปัญหาการแฟลชโอเวอร์บนผิวหน้า

ในเวลาเดียวกัน โดยการวิเคราะห์ความแปรผันของศักยภาพของส่วนประกอบต่างๆ ในระบบ พบว่า เมื่อระยะห่างระหว่างระบบตรวจสอบด้วยแขนกลที่ติดตั้งบนโดรนกับสายส่งไฟฟ้า UHV เพิ่มขึ้น ศักยภาพไฟฟ้าของส่วนประกอบทั้งหมดลดลงตามลำดับ

ตามข้อมูลในตารางที่ 2 เมื่อระบบตรวจสอบอยู่ห่างจากสายส่งไฟฟ้า UHV 0.34 เมตร ความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าสูงสุดที่ส่วนประกอบใดๆ ในระบบเผชิญหน้าไม่เกินความแข็งแกร่งในการแตกของดายอากาศ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าจะไม่มีความเสี่ยงของการแตกเกิดขึ้นระหว่างการดำเนินงานบำรุงรักษา ทำให้แน่ใจได้ถึงความปลอดภัยและความเชื่อถือได้ของระบบตรวจสอบด้วยแขนกลที่ติดตั้งบนโดรนในการใช้งานจริง

ตารางที่ 2: ความแข็งแกร่งของสนามไฟฟ้าสูงสุดและค่าแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกับแต่ละส่วนประกอบของระบบตรวจสอบด้วยแขนกลที่ติดตั้งบนโดรน

2.3 การทดสอบความสามารถในการต้านทานการรบกวนของแขนหุ่นยนต์ที่ติดตั้งบนโดรนในการบำรุงรักษาสายส่งไฟฟ้า

สำหรับการทดสอบประสิทธิภาพการป้องกันของโดรน อุปกรณ์ทดสอบประกอบด้วยโดรนที่เคลือบด้วยสีนำไฟฟ้าและมัลติมิเตอร์ สีนำไฟฟ้าถูกพ่นลงบนผิวดอรออย่างสม่ำเสมอโดยความหนาไม่เกิน 0.05 มม. ในสภาพแวดล้อมปกติ วัดความต้านทานภายในระหว่างจุดสองจุดบนผิวดอรน ค่าที่น้อยกว่า 1 Ω แสดงว่าปฏิบัติตามมาตรฐานที่กำหนด

การทดสอบการบิดเบี้ยวของภาพ: เมื่อนำเทคโนโลยีแขนหุ่นยนต์ที่ติดตั้งบนโดรนมาใช้ในการตรวจสอบสายส่ง อาจเกิดการบิดเบี้ยวของภาพเนื่องจากปัจจัยเช่น ความแม่นยำตามธรรมชาติของเลนส์กล้องแกนหมุนและการประกอบที่มีคุณภาพ การบิดเบี้ยวทำให้ภาพที่ถ่ายได้แตกต่างจากภาพจริง อาจทำให้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษาไม่สามารถระบุข้อผิดพลาดหรือข้อบกพร่องบนสายส่งไฟฟ้าแรงสูง (UHV) ได้อย่างถูกต้อง

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ ทีมเทคนิคของเราได้พัฒนาแบบจำลองการแก้ไขการบิดเบี้ยวของภาพตามคุณสมบัติของการบิดเบี้ยวของเลนส์กล้องแกนหมุน แบบจำลองนี้แสดงโดยสูตรต่อไปนี้:

ในสูตร:
x,y เป็นพิกัดต้นฉบับของจุดที่บิดเบี้ยวทางสัมผัสในระบบสร้างภาพ;
x′,y′ เป็นพิกัดใหม่ของจุดหลังจากการแก้ไขการบิดเบี้ยว;
p1,p2 เป็นพารามิเตอร์การบิดเบี้ยวทางสัมผัส;
r คือระยะทางเรเดียลจากศูนย์กลางภาพ

การบิดเบี้ยวของเลนส์กล้องแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: การบิดเบี้ยวทางสัมผัสและการบิดเบี้ยวทางเรเดียล การบิดเบี้ยวทางสัมผัสเกิดขึ้นเนื่องจากองค์ประกอบของเลนส์และระนาบภาพของกล้องไม่ขนานกันอย่างสมบูรณ์ ในขณะที่การบิดเบี้ยวทางเรเดียลเกิดขึ้นเนื่องจากรังสีแสงโค้งงอมากขึ้นในตำแหน่งที่ไกลจากศูนย์กลางแสงของเลนส์ ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวกระจายไปตามทิศทางเรเดียลของเลนส์ การบิดเบี้ยวทางเรเดียลสามารถแสดงโดยสูตรต่อไปนี้:

ในสูตร:
x,y เป็นพิกัดต้นฉบับของจุดที่บิดเบี้ยวทางเรเดียลในระบบสร้างภาพ;
x′,y′ เป็นพิกัดใหม่ของจุดหลังจากการแก้ไขการบิดเบี้ยว;
k1,k2,k3 เป็นพารามิเตอร์การบิดเบี้ยวทางเรเดียล;
r คือระยะทางเรเดียลจากศูนย์กลางภาพ

บนพื้นฐานนี้ บริษัทของเราเสนอให้ใช้วิธีการปรับเทียบของ Zhang เพื่อระบุองค์ประกอบการบิดเบี้ยวทางเรเดียลที่มีผลต่อการสร้างภาพมากที่สุด และสร้างใหม่พารามิเตอร์แบบจำลอง ซึ่งทำให้สามารถจับคู่ระหว่างพิกัดวัตถุในระบบพิกัดโลกที่กำหนดไว้และพิกัดพิกเซลในระนาบภาพ ทำให้เสร็จสิ้นการปรับเทียบกล้องแกนหมุน วิธีการนี้ช่วยลดผลกระทบของความคลาดเคลื่อนในการผลิตเลนส์และการประกอบต่อความแม่นยำของภาพ ทำให้ภาพชัดเจนขึ้น และรับประกันว่าภาพความละเอียดสูงของสายส่งไฟฟ้าแรงสูง (UHV) จะถูกส่งกลับไปยังระบบแบบเรียลไทม์โดยไม่มีการล่าช้า ทำให้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษามีข้อมูลภาพที่เชื่อถือได้สำหรับการประเมินว่ามีข้อผิดพลาดหรือข้อบกพร่องบนสายส่งหรือไม่

สรุปแล้ว เทคโนโลยีการตรวจสอบด้วยแขนหุ่นยนต์ที่ติดตั้งบนโดรนที่นำเสนอในบทความนี้ตอบสนองความต้องการในการบำรุงรักษาสายส่งไฟฟ้าแรงสูงในปัจจุบันสำหรับการใช้พลังงานต่ำ การทำงานยาวนาน ต้นทุนต่ำ ความจุบรรทุกสูง และการรับรู้สภาพแวดล้อมที่แข็งแกร่ง มันสามารถ客服似乎在处理过程中被意外截断了。根据您的要求，我会继续完成剩余部分的泰语翻译： ความจุบรรทุกสูง และการรับรู้สภาพแวดล้อมที่แข็งแกร่ง มันสามารถแก้ไขข้อจำกัดทางเทคนิคสำคัญในการแทนที่วิธีการตรวจสอบด้วยมือด้วยโดรน ยกระดับการทำงานในการบำรุงรักษาโดยรวม และเสริมสร้างความปลอดภัยและความเชื่อถือได้ในการส่งผ่านและการจ่ายไฟฟ้า 请确保所有内容都已完整翻译，并且格式和结构与原文一致。如果有任何进一步的需求或需要调整的地方，请告诉我。