基于無人機承載X光設(shè)備進行帶電探傷的研究

陳文棟

摘 要： 隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸電線路設(shè)備的狀態(tài)評價變得越來越重要。通過建立輸電線路設(shè)備狀態(tài)評價體系，并利用無人機承載X光設(shè)備進行帶電探傷，探索一種新的方法來評估輸電線路設(shè)備的狀態(tài)。通過實證研究發(fā)現(xiàn)無人機承載的X光設(shè)備能夠成功進行帶電探傷，并能夠提供高質(zhì)量的圖像，從而有效評估輸電線路設(shè)備的狀態(tài)。

關(guān)鍵詞： 輸電線路設(shè)備 狀態(tài)評價 無人機 X光設(shè)備 帶電探傷

中圖分類號： U416文獻標識碼： A文章編號： 1679-3567（2024）04-0020-03

Research on Live Detection Based on the Airborne X-ray Equipment of UAVs

CHEN Wendong

Zibo Power Supply Company， State Grid Shandong Electric Power Company， Zibo， Shandong Province， 255000 China

Abstract： With the development of the power industry， the condition evaluation of transmission line equipment is becoming increasingly important. This study establishes a status evaluation system for transmission line equipment， and uses the airborne X-ray equipment of UAVs for live inspection to explore a new method to evaluate the status of transmission line equipment. Empirical research has found that the airborne X-ray equipment of drones can successfully perform live inspection and provide high-quality images， so as to effectively evaluate the status of transmission line equipment.

Key Words： Transmission line equipment； State evaluation； Drone； X-ray equipment； Live detection

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸電線路設(shè)備的狀態(tài)評價變得越來越重要。傳統(tǒng)的輸電線路設(shè)備狀態(tài)評價方法主要依靠人工巡檢，但這種方法存在著一些問題，如風險高、效率低、成本高等[1]。因此，利用新興技術(shù)和設(shè)備對輸電線路設(shè)備進行狀態(tài)評價成為一種新的研究方向。無人機作為一種靈活、高效、低成本的檢測工具，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域[2]。而X光設(shè)備作為一種常見的無損探傷設(shè)備，在醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的運用。本研究試圖將無人機與X光設(shè)備相結(jié)合，利用無人機承載的X光設(shè)備進行帶電探傷，從而為輸電線路設(shè)備狀態(tài)評價提供一種新的方法。

1 建立輸電線路設(shè)備狀態(tài)評價體系

1.1 目前狀態(tài)評價方法的不足

傳統(tǒng)的狀態(tài)評價方法主要依靠人工巡檢和經(jīng)驗判斷，存在主觀性較強的問題。人工巡檢存在著評價結(jié)果受人員主觀意愿和水平的影響，容易出現(xiàn)誤判或遺漏情況，無法提供客觀準確的狀態(tài)評價結(jié)果[3]。并且傳統(tǒng)方法通常只能反映當前狀態(tài)，缺乏長期狀態(tài)的跟蹤和評價，無法提前發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在故障的發(fā)生。此外，傳統(tǒng)方法無法對大量數(shù)據(jù)進行有效的管理和分析，浪費了大量的時間和資源。

1.2 構(gòu)建狀態(tài)評價指標體系

建立科學(xué)合理的狀態(tài)評價體系可以幫助電力公司及時采取相應(yīng)的維護和修復(fù)措施，保障輸電線路設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。在構(gòu)建狀態(tài)評價指標體系時，需要考慮以下幾個關(guān)鍵因素。

1.2.1 設(shè)備可用性

評價指標應(yīng)包括設(shè)備的有效使用時間和故障率，通過統(tǒng)計設(shè)備的故障次數(shù)和維修時間，可以評估設(shè)備的可用性以及其對輸電系統(tǒng)的影響。

1.2.2 設(shè)備性能

評價指標應(yīng)包括設(shè)備的技術(shù)指標和性能參數(shù)，如絕緣電阻、絕緣耐力、線路阻抗等。通過對這些指標的測量和分析，可以判斷設(shè)備的工作狀態(tài)和性能表現(xiàn)。

1.2.3 設(shè)備健康狀況

評價指標應(yīng)包括設(shè)備的老化程度和損耗情況。通過檢測設(shè)備的老化程度、磨損和腐蝕情況，可以判斷設(shè)備是否需要進行維護和更換。

1.2.4 設(shè)備安全性

評價指標應(yīng)包括設(shè)備的安全運行狀況和系統(tǒng)的故障容忍性。通過檢測設(shè)備的狀態(tài)，可以評估設(shè)備的安全性，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患。

1.3 確定評價方法和評價標準

評價方法是指用于對輸電線路設(shè)備狀態(tài)進行評估和分析的具體方法和工具，而評價標準則是用于衡量輸電線路設(shè)備狀態(tài)優(yōu)劣的指標和要求。在確定評價方法時，應(yīng)選擇適合的監(jiān)測技術(shù)，如溫度傳感器、振動傳感器、電流傳感器等，用于實時監(jiān)測輸電線路設(shè)備的運行狀況。采用數(shù)據(jù)分析方法，如數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析等，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，以獲取關(guān)鍵的設(shè)備狀態(tài)信息。引入故障診斷方法，如模型建立、故障識別等，對可能存在的故障進行預(yù)測和診斷，以便提前采取相應(yīng)的維修措施。采用綜合評估方法，如層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析等，對設(shè)備狀態(tài)進行綜合評估，得出評價結(jié)果。

2 基于無人機承載X光設(shè)備無損探傷模型

2.1 X光設(shè)備在無人機上的實現(xiàn)

選擇適當?shù)腦光設(shè)備，確保其體積和重量適合安裝在無人機上。進行相應(yīng)的改造，以滿足無人機的空間限制和安裝要求，包括調(diào)整設(shè)備的大小、重量和電源供應(yīng)方式，確保其與無人機的飛行性能相匹配[4]。同時，還需考慮X光設(shè)備的防護措施，以減少對無人機及其操作人員的潛在危害。通過使用機載設(shè)備和地面站之間的無線通信實現(xiàn)，通信系統(tǒng)不僅需要能夠傳輸設(shè)備的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)，還應(yīng)進行實時控制和調(diào)整。地面站可以提供操作界面和監(jiān)控系統(tǒng)，以便操作人員可以隨時掌握設(shè)備的運行情況，并進行相應(yīng)的控制和調(diào)整。無人機和X光設(shè)備之間的通信與控制系統(tǒng)建立起來后，可以開始進行無損探傷的任務(wù)。無人機可以通過飛行路徑規(guī)劃和自主導(dǎo)航的功能，將X光設(shè)備準確地懸停在需要檢測的區(qū)域上方。通過無人機的移動和X光設(shè)備的工作，可以對目標物體進行全方位的X光掃描。X光設(shè)備可以將掃描結(jié)果實時傳輸回地面站，由操作人員進行分析和評估。

2.2 X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的應(yīng)用可行性分析

X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的應(yīng)用可行性分析需要綜合考慮安全性、穩(wěn)定性、性能、適應(yīng)性和操作便捷性等多個因素。一方面，需要考慮的是X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的安全性。帶電環(huán)境往往存在電磁干擾和高電壓等安全隱患，因此需要確保X光設(shè)備具備足夠的防護措施以保證操作人員和設(shè)備的安全?？梢圆扇光設(shè)備的電路與帶電環(huán)境隔離，使用防爆材料進行包裹等方式來提高安全性[5]。另一方面，穩(wěn)定性也是評估X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的可行性的重要因素之一。由于帶電環(huán)境常常存在電磁干擾、電壓波動等問題，對設(shè)備的穩(wěn)定性提出了高要求。因此，需要對X光設(shè)備進行充分的電磁兼容性測試，并采取適當?shù)拇胧﹣斫档透蓴_和提高穩(wěn)定性，如使用電磁屏蔽材料和濾波器等。此外，性能是衡量X光設(shè)備在帶電環(huán)境下可行性的關(guān)鍵因素之一。在帶電環(huán)境下進行無損探傷，X光設(shè)備需要具備足夠的分辨率和探測能力，可以有效地檢測到電力設(shè)備存在的缺陷和隱患。對于電力設(shè)備來說，速度也是一個重要的性能指標，因此需要確保X光設(shè)備具備足夠的掃描速度和數(shù)據(jù)處理速度。同時，還需要考慮X光設(shè)備在帶電環(huán)境下的適應(yīng)性和操作便捷性。設(shè)備應(yīng)具備靈活性和適應(yīng)性，以便能夠適應(yīng)帶電環(huán)境的不同工況和需求。另外，操作人員對設(shè)備的操作便捷性也提出了要求，因此X光設(shè)備的控制界面和操作方式需要易于使用和理解。

2.3 無人機承載X光設(shè)備的優(yōu)勢和局限性

無人機承載X光設(shè)備作為一種無損探傷模型，具有以下優(yōu)勢。

2.3.1 靈活機動

無人機可以在不同高度、角度和位置進行飛行，從而能夠?qū)^為復(fù)雜和難以到達的區(qū)域進行探測。它可以快速調(diào)整航線和高度，以便更好地獲取目標區(qū)域的圖像。

2.3.2 高效快速

由于無人機的高速飛行和操作靈活性，可以快速覆蓋大面積區(qū)域，減少無損探傷的時間和成本[6]。因此，它可以顯著提高現(xiàn)場工作效率，減少人力資源的需求。

2.3.3 安全可靠

通過利用無人機進行探測，可以減少人員直接接觸有害環(huán)境和危險區(qū)域的風險。這種方式可以提高工作環(huán)境的安全性，并保護操作人員的安全。

2.3.4 高分辨率

無人機搭載的X光設(shè)備可以提供高分辨率的圖像，用于檢測目標材料或結(jié)構(gòu)的缺陷和疾病。這種方式可以有效地發(fā)現(xiàn)微小的缺陷，并及時采取響應(yīng)措施，避免潛在的安全風險。

3 實證研究

3.1 實驗設(shè)計和測試樣本

3.1.1 實驗設(shè)計

為了驗證基于無人機承載X光設(shè)備進行帶電探傷的可行性和有效性，本實證研究設(shè)計了一系列實驗，并選取了合適的測試樣本。在實驗設(shè)計上，首先確定了無人機的飛行路徑和高度，以保證對待測物體進行全面的探測。其次，選擇了適當?shù)腦光設(shè)備，確保其能夠在無人機上進行穩(wěn)定的搭載和操作。另外，也注意到了安全性的問題，采取了相應(yīng)的措施，確保實驗過程中不會對周圍環(huán)境和人員造成危害。

（1）飛行路徑設(shè)計。根據(jù)進行帶電探傷的需求，需要選擇采用網(wǎng)格狀掃描的飛行路徑。X坐標和Y坐標計算公式具體如下。

式（1）中：X0和Y0分別為起始坐標；i和j為掃描網(wǎng)格中的行和列索引；dx和dy為每個網(wǎng)格之間的水平和垂直距離。

式（2）中：H為飛行高度；Hmin為最低飛行高度；F為焦距；D為每個網(wǎng)格的大??；θ為掃描范圍與水平面的夾角。

3.1.2 測試樣本

在測試樣本的選擇上，考慮到實驗的可行性和實用性，選擇了不同尺寸、形態(tài)和材質(zhì)的常見電器設(shè)備進行測試。這些設(shè)備代表了現(xiàn)實生活中常見的帶電物體，包括電腦、手機、電視機等。通過對這些樣本進行X光掃描和探測，能夠驗證該技術(shù)在實際應(yīng)用中的準確性和可靠性。

3.2 無人機承載X光設(shè)備的帶電探傷實驗

在實驗中，選擇了一批帶電設(shè)備進行研究，包括線路電器、電纜等。將X光設(shè)備安裝在無人機上，并通過控制中心遙控飛行器的運行。通過對帶電設(shè)備進行安全檢查和評估，確保設(shè)備安全無礙。然后，無人機懸停在一定高度上，通過遙控X光設(shè)備進行電器元件的X光探測。同時，記錄下各個電器元件的X光圖像，并進行詳細的分析。根據(jù)X光圖像的反饋結(jié)果，可以判斷出元件中可能存在的缺陷或故障。在實驗中，重點考慮無人機的穩(wěn)定性和懸停的精準度，以確保X光設(shè)備的準確掃描。還需確保無人機與被探測設(shè)備之間的安全距離，以防止可能的電磁干擾和碰撞等意外發(fā)生。

實驗進一步驗證了無人機承載X光設(shè)備進行帶電探傷的可行性。通過此方法，可以非常便捷地對帶電設(shè)備進行探測，并及時發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和故障，以便進行維修和處理。同時，無人機的靈活性和高空飛行的優(yōu)勢，使該方法在特定場景下具有廣泛應(yīng)用前景，如高空線路的維護和航天器的檢測等。

3.3 分析和評價實驗結(jié)果

對實驗收集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，如計算平均值、標準差和相關(guān)系數(shù)等，這些統(tǒng)計指標可以幫助概括數(shù)據(jù)的集中趨勢、離散程度和變量之間的關(guān)系。通過重復(fù)實驗、測量誤差分析等方法進行評估可靠性。通過與已有研究結(jié)果的比較、實際應(yīng)用效果的評估等方式評價有效性。對結(jié)果的原因進行分析，找出可能的影響因素和潛在機制，并與相關(guān)理論進行對比和印證。同時，還可以探討結(jié)果的局限性，提出未來研究的建議和改進之處。

4 結(jié)語

通過本文的實證研究，發(fā)現(xiàn)無人機承載的X光設(shè)備能夠成功進行帶電探傷，并能夠提供高質(zhì)量的圖像和數(shù)據(jù)。這種方法不僅提高了輸電線路設(shè)備狀態(tài)評價的效率和準確性，而且降低了評價的風險和成本。然而，本研究還存在一些局限性，如樣本數(shù)量較少、實驗環(huán)境受限等。未來的研究可以在這些方面進一步地探索和優(yōu)化。

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