پیمانکار رتبه یک تاسیسات

ربات بازرس خطوط انتقال هوایی فشار قوی

گردآوردنده: فاطمه زارعی

مهر ۹۵

صنایع و مراکز شهری به شدت به انرژی الکتریکی تولید شده توسط شبکه الکتریکی وابسته هستند. این انرژی الکتریکی برای ایمنی، حمل و نقل، بهداشت و دیگر توابع ضروری مورد نیاز است. اگر هر گونه مشکلی در انتقال این انرژی از نیروگاه ها به مراکز مورد نیاز رخ دهد، ممکن است مجبور به توقف منابع انرژی شویم که تاثیر منفی در زندگی میلیون ها انسان خواهد داشت. برای دوری از اینگونه مشکلات، اقدامات پیشگیری کننده و مراقبت از خطوط امری حیاتی می باشد. اما این کار بسیار خطرناک و زمانبر است و احتیاج به افراد مخصوص جهت راه رفتن روی خطوط و معلق ماندن در چند ده متر بالاتر از سطح زمین در مناطق دور دست مانند کوه و بیابان دارد. بعلاوه، معمولاً منابع انرژی در زمان بازرسی باید قطع لحظه ای شوند.

 روش های بازرسی خطوط

راه های موثر دیگری برای بازرسی خطوط تاکنون بکار برده شده اند.

• اولین روشی که در سال های آغازین برای عمل بازرسی انجام می گرفت استفاده از تلسکوپ بود. بازرسان خطوط انتقال با استفاده از یک تلسکوپ و از روی زمین به مشاهده خطوط و تجهیزات مربوط به آن می پردازند. این روش بسیار وقت گیر، زمانبر و همچنین بی دقت است. دلیل بی دقت بودن این روش این است که، هنگامی از روی زمین با تلسکوپ به مشاهده خطوط پرداخته می شود فقط قسمت زیر هادی ها دیده می شود و قسمت روی آن دیده نمی شود، همچنین قسمت بالای تجهیزات خطوط هم قابل مشاهده نیست.

• یک روش دیگر استفاده از بالگرد برای مشاهده وضعیت کابل ها است. اینگونه بازرسی فقط شامل قسمت بالای کابل ها است و هم اکنون در ایران از این روش استفاده می شود.
• روش دیگر بازرسی از خطوط انتقال استفاده ازUAV (Unmanned Aerial Vehicle) است. در این روش معمولاً از یک بالگرد کوچک استفاده می شود زیرا بالگرد قابلیت Hover را دارد. همچنین UAV باید قابلیت حرکت در امتداد خطوط به صورت خود گردان را داشته باشد و خطاها را تشخیص دهد.

• از روش ها مرسوم دیگر استفاده از نیروی انسانی به صورت مستقیم است. در این روش کارگران ابتدا به لباس ها و تجهیزات ایمنی مجهز شده سپس به داخل یک واگن مخصوص می روند. این واگن بوسیله یک جرثقیل به خطوط انتقال نزدیک شده و کارگران از نزدیک به مشاهده و بازرسی از خطوط و تجهیزات آن می پردازند. عیب این روش خطرناک بودن آن برای کارگران است زیرا کارگران مجبورند به صورت مستقیم با خطوط انتقال در ارتباط باشند.
• روش دیگری که مورد توجه کشورهای صنعتی قرار گرفته است، استفاده از ربات های بازرس خطوط انتقال است.

بازرسی بوسیله ربات

همانطور که گفته شد همه روش های فوق دارای معایبی مانند ایمنی و زمانبر بودن فرآیند بازرسی و عدم دقت کافی در امر تشخیص عیوب احتمالی هستند. بنابراین استفاده از ربات های بازرس خط ترجیح داده می شود.

استفاده از این ربات ها مزیت های بسیاری به همراه دارد از جمله کاهش حجم کار، بهبود وضعیت ایمنی کارگران و افزایش راندمان و دقت فرآیند بازرسی. دلیل کاهش حجم کار این است که این ربات ها می توانند مسیرهای طولانی را بدون وقفه بپیمایند و کار بازرسی را به خوبی انجام دهند. دلیل بهبود وضعیت ایمنی کارگران هم این است که انسان بصورت مستقیم در فرآیند بازرسی دخالت ندارند و  این ربات بصورت مستقیم با خطوط فشار قوی ولتاژ سرو کار دارد. دلیل افزایش دقت هم این است که این ربات ها به دلیل حرکت کردن روی هادی های خطوط انتقال و تصویر برداری از نزدیک و عدم داشتن لرزش و ارتعاشات ناشی از حرکت های انتقالی که در روش های قبل وجود داشت، می توانند تصویرهای با کیفیت بالا از خطوط انتقالی و تجهیزات آن بگیرند و به ایستگاه زمینی مخابره کنند. این ربات ها مستقیماً بر روی هادی های خطوط انتقال و یا بر روی سیم گارد خطوط انتقال حرکت می کنند و تعدادی دوربین (معمولی، IR و UV) برای فیلم برداری از تجهیزات خطوط انتقال بر روی بدنه ربات تعبیه می شود.

البته طراحی و ساخت این نوع ربات ها با دشواری هایی هم همراه است. مثلاً عبور از موانع روی هادی ها، مکانیزم مکانیکی ربات را پیچیده می سازد. همچنین بدلیل وجود میدان های الکتریکی و مغناطیسی بزرگ در اطراف هادی ها، لازم است که مسئله شیلدینگ تجهیزات ربات را به خوبی مد نظر قرار داد.

این ربات برای حرکت روی خطوط انتقال باید قادر باشد که از موانع پیش رو خود از قبیل توپ هشدار هوایی، جداکننده ها و میرا کننده ها عبور کند. این ربات همچنین باید قادر باشد که از یک اسپن به اسپن دیگر با گذشتن از دکل ها برود.

در مراحل طراحی چنین رباتی باید به موارد زیر توجه کرد:

• حرکت بصورت خودکار
• قابلیت گذشتن از موانع بخصوص گذشتن از دکل ها
• حرکت و قابلیت گذشتن از موانع بصورت سریع
• قابلیت حمل بار مورد نیاز خود مثل باتری، کامپیوتر، دوربین و …
• قابلیت حرکت و بالا رفتن از شیب هایی که ناشی از خم شدگی هادی های خطوط است
• مصرف کم انرژی
• سهولت در کنترل آن
• از لحاظ انرژی مصرفی مستقل باشد

ربات هایی که اخیراً طراحی و ساخته می شوند اکثراً با تقلید از حرکت جانوران هستند. مثلاً در بعضی از این ربات ها از حرکت میمون در بالا رفتن از شاخه های درختان به چشم می خورد. این ربات ها عموماً دارای ۲ یا ۳ بازو هستند که در نوک بازوها یک گیره با قابلیت چنگ زدن به خطوط انتقال و گرفتن این خطوط وجود دارد.

یکی از بهترین ربات هایی که تاکنون ساخته شده است ربات Expliner است (شکل زیر). این ربات به گونه ای طراحی و ساخته شده است که قادر است با حرکات آکروباتیک خود از موانع سر راه خود عبور کند. این ربات از ۸ دوربین برای تصویر برداری و بازرسی از ۴ هادی خط (برای هر فاز ۴ هادی دارد) به صورت همزمان استفاده می کند و با ضبط تصاویر یک دید ۳۶۰ درجه ای از این ۴ هادی را می دهد. ربات مذکور همچنین اطلاعات GPS به همراه فاصله هر خطا از دکل را ثبت و ضبط می کند.

ربات بازرس خط Expliner

 در شکل زیر مراحل کاری یک نمونه از ربات Expliner که بر روی خطوط باندل از نوع ۲ هادی برای هر فاز استفاده می شود را مشاهده می کنید.

نحوه حرکت ربات Expliner

با توجه به شکل هنگامی که ربات به مانعی می رسد (موانع توسط سنسورها تشخیص داده می شوند) بدین صورت از موانع عبور می کند که ابتدا ربات وزنه تعادل خود را به عقب می راند سپس چرخ های جلو از هادی ها جدا شده و ربات با کمک چرخ های عقب شروع به حرکت رو به جلو می کند. هنگامی که چرخ های جلو از مانع رد شدند و روی هادی ها قرار گرفتند وزنه تعادلی رو به جلو حرکت کرده و این بار چرخ های عقب از هادی ها جدا شده و بوسیله حرکت رو به جلوی چرخ های جلو کل ربات از مانع مذکور رد می شود و در آخر هم وزنه تعادلی به جای خود برمی گردد.

در شکل زیر هم یک نمونه از ربات هایی که حرکت آن ها شبیه حرکت میمون است را مشاهده می کنید. این ربات از سه بازو تشکیل شده است که روی هر بازو یک چنگک برای چنگ زدن و گرفتن هادی ها نصب شده است.

یک نمونه ربات بازرس خط دیگر

مراحل کاری ربات برای گذشتن از موانع بدین صورت است که ابتدا بوسیله سنسورهای تشخیص مانع، ربات حضور مانع را در جلوی بازوی خود احساس می کند. سپس چنگک بازوی اولی، هادی را رها کرده و ارتفاع خود را کم می کند (جمع می شود). در این حالت میله اصلی که حکم شاسی و تکیه گاه را برای بازو ها دارد به جلو و در جهت هادی حرکت می کند. سپس بازوی اولی که از مانع رد شده است به بالا آمده و هادی را می گیرد. حال نوبت بازوی دوم است که دقیقاً حرکت بازوی اول را تکرار کرده و از مانع رد می شود و هادی را بوسیله چنگک خود بگیرد. بعد از گذشتن  بازوی دوم، بازوی سوم نیز از مانع رد شده و ربات به مسیر خود ادامه می دهد.

این ربات ها باید به گونه ای طراحی شوند که بر روی خطوط انتقال حرکت کرده و از موانع عبور کنند. عبور از موانع از چالش های اساسی این ربات است.

منابع:

[۱] G. Andersson et al..  “Causes of the 2003 major grid blackouts in North America and Europe, and recommended means to improve system dynamic performance” .IEEE Trans. Power Systems. vol. 20. is. 4. Nov. 2005. pp.1922-1928.

[۲] Paulo Debenest, Michele Guarnieri, Kenskue Takita1, Edwardo F. Fukushima, Shigeo Hirose, Kiyoshi Tamura, Akihiro Kimura, Hiroshi Kubokawa, Narumi Iwama, Fuminori Shiga, Yukio Morimura and Youichi Ichioka.”Expliner – Toward a Practical Robot for Inspection of High-Voltage Lines”  .

[۵] R. Ishino and F. Tsutsumi. “Detection System of Damaged Cables Using Video Obtained from an Aerial Inspection of Transmission Lines”. IEEE Power Engineering Society General Meeting. 2. 2004. pp. 1857-1862.