CC BY
112УДК 621.311
Мясоедова Лариса Анатольевна
Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: [email protected] Козырева Анастасия Евгеньевна Амурский государственный университет г. Благовещенск, Россия E-mail: [email protected] Myasoedova Larisa Anatolyevna Amur State Univetsity Blagoveschensk, Russia E-mail: [email protected] Kozyreva Anastasia Evgenievna Amur State Univetsity Blagoveschensk, Russia E-mail: [email protected]
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ
EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE USE OF UNMANNED AIRCRAFT SYSTEMS IN MONITORING POWER TRANSMISSION LINES
Аннотация. В статье рассмотрены основные направления применения беспилотных авиационных систем (БАС) для мониторинга линий электропередачи (ЛЭП). Приведены основные технические и программные компоненты, необходимые для решения эксплуатационных задач диагностики ЛЭП в электрических сетях Российской Федерации. Дана экономическая оценка эффективности их применения.
Abstract. The article discusses the main areas of application (unmanned aircraft systems) BAS for monitoring power transmission lines (power lines). The main technical and software components necessary for solving operational problems of power line diagnostics in the electrical networks of the Russian Federation are given. An economic assessment of the effectiveness of their application is given.
Ключевые слова: линия электропередачи, мониторинг, беспилотная авиационная система, эффективность.
Key words: power transmission line, monitoring, unmanned aircraft system, efficiency.
DOI: 10.22250/20730268_2022_99_46
Известно, что oт качеств и свoевременности получaемой информaции o отстоянии высоковольтных линий электропередач зависит надежность работы всего электросетевого хозяйства. Для получения актуальных данных о состоянии воздушных линий обслуживающий персонал регулярно
производит осмотр (мониторинг) ЛЭП. В него входит диагностика воздушной линии: получение систематизированных и географически привязанных данных, фиксирующих отклонения от требований нормативной и технической документации в эксплуатации оборудования воздушных линий электропередачи (ВЛ), состояние охранных зон. Эта информации используется для объективной оценки технического состояния всех элементов линии (изоляторы, провода, подвесы, опоры, фундаменты), для выявления их дефектов, нарушений правил технической эксплуатации, для формирования плана ремонта и составления графика ремонта ВЛ [1].
Спектр применяемых методов осмотра сегодня достаточно широк. Это и осмотры с земли (пешие), и осмотры с использованием моторизированной техники, и аэроосмотры с применением летательных аппаратов. Традиционные методы осмотра ВЛ нашли широкое применение из-за отсетствия альтернативных методов, но в труднодоступных условиях (болотистая местность, горная местность, тундра, низкие температуры) они неэффективны и затратны.
В последнее время отмечаются большие достижения в области беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Осуществляется разработка беспилотных летательных аппаратов различных размеров, обладающих повышенными возможностями обработки, памяти, хранения и связи на борту [2].
Цель нашей статьи - оценка эффективности использования беспилотных авиационных систем при мониторинге линий электропередачи, проведение сводного анализа экономической эффективности и технических решений использования БАС для мониторинга ЛЭП с воздуха.
Беспилотные летательные аппараты (БЛА) с каждым годом находят в энергетике все большее применение. Однако многие специалисты высказываются негативно по поводу эффективности данных осмотров, а особенно диагностики - необходимости подготовки эксплуатационников по новому набору компетенций.
БЛА зможно рассматривать как самостоятельное средство для решения многих задач, связанных не только с осмотром ВЛ, но и газопроводов, зданий и сооружений, требующих подъема на высоту. Главным критерием при выборе БЛА является установленное на нем оборудование, определяющее перечень решаемых в области электроэнергетики задач:
воздушная диагностика объектов электросетевого хозяйства - воздушных линий электропередачи всех типов, трансформаторных, иных подстанций, распределительных пунктов и других объектов;
аэрообследование инженерных сооружений: градирен, технологических корпусов электростанций, плотин гидроэлектростанций, ветроэнергетических установок, солнечных станций; тепловизионное обследование зданий и сооружений;
оперативный учет состояния дымовых труб, запасов угля в открытых хранилищах. Мониторинг ЛЭП с помощью БАС безопасен, так как полет осуществляется на малых высотах и без экипажа на борту. Кроме того, существует еще ряд преимуществ: возможность съемки в сложных метеоусловиях, получение полной и документированной информации, т.е. ЛЭП обследуется на всей протяженности, съемка осуществляется с разных ракурсов, а полученные снимки имеют высокое разрешение. Схема мониторинга ЛЭП представлена на рис. 1.
В России для мониторинга ЛЭП применяют БЛА самолетного и мультироторного типов, различающиеся конструкцией, принципом работы и назначениями [3]. Среди БАС самолетного типа (рис. 2) следует отметить «Геоскан 101» и «Геоскан 201» (ГК «Геоскан», Санкт-Петербург), «Супер-кам 100F», «Суперкам 250F» и «Суперкам 350F» («Финко», Ижевск), «Птеро_G0» («АФМ-Серверс»), а среди БАС мультироторного типа (рис. 3) — «Геоскан 401» (ГК «Геоскан»), «Суперкам Х8» («Финко») и «Форпост Х6» [4-5].
Рис. 1. Схема мониторинга ЛЭП с помощью БАС мультироторного типа.
Рис. 2. Основные БАС самолетного типа, используемые в России для обследования воздушных ЛЭП: а) «Птеро G0»; б) «Суперкам 350F»; в) «Геоскан 201».
Рис. 3. Основные БАС мультироторного типа, используемые в России для обследования воздушных ЛЭП.
БЛА самолетного типа известны также как «БЛА с жестким крылом». Подъемная сила у них создается аэродинамическим способом за счет напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большой длительностью полета, большой максимальной высотой полета и высокой скоростью.
Существует множество разнообразных подтипов БЛА самолетного типа, различающихся по форме крыла и фюзеляжа. Практически все схемы компоновки самолета и типы фюзеляжей, которые встречаются в пилотируемой авиации, применимы и в беспилотной.
Компания «Геоскан» разработала сразу несколько беспилотников самолетного типа. Один из
них - «Геоскан 201». Он предназначен для получения геопривязанных фотографий отдельных объектов ЛЭП, площадной и линейной аэрофотосъемки, развивает скорость до 130 км/час, а продолжительность полета может достигать трех часов. Использование БЛА дает возможность производить мониторинг территорий, на которых располагаются электросетевые объекты компании, на предмет обнаружения безучетного пользования электроэнергией (воровство), причем данный мониторинг может проводиться в любое время суток. Персонал сетевых компаний получает возможность эффективно и объективно давать оценку состоянию оборудования ПС, состоянию ВЛ, опор и т.д., прогнозировать воздействие природных факторов на состояние оборудования, определять дефекты, отклонения от норм проводов и изоляции, обследовать территории для прокладки новых маршрутов ЛЭП.
В качестве движителей аппаратов самолетного типа используются тянущие или толкающие винты, а также импеллеры (лопаточные машины, заключенные в цилиндрический кожух) или реактивные двигатели. Для аппаратов самолетного типа обычно необходима взлетно-посадочная полоса (ВПП) или же стартовые катапульты. Есть также самолетные БЛА легкого класса, запускаемые «с руки». При посадке может применяться ВПП, парашют или специальные уловители (тросы, сетки, растяжки).
Взлеты и посадки традиционных БЛА самолетного типа - процесс достаточно трудоемкий и затратный, требующий специальных вспомогательных средств (ВПП, устройств запуска и посадки), поэтому разработчики новой техники все чаще обращаются к нетрадиционным схемам самолетных БЛА, позволяющим создать безаэродромные беспилотные системы. Речь идет прежде всего о самолетах вертикального взлета и посадки (СВВП). На сегодняшний день существует множество разновидностей аппаратов ВВП. Часть из них - гибриды самолетов и вертолетов.
Среди мультироторных (вертолетных) систем одним из наиболее массовых является мульти-коптер. К этой группе относятся БЛА, имеющие больше двух несущих винтов. Реактивные моменты уравновешиваются за счет вращения несущих винтов попарно в разные стороны или наклона вектора тяги каждого винта в нужном направлении. Беспилотные мультикоптеры, как правило, относятся к классам мини- и микро-БЛА.
Коптеры могут работать в режиме зависания и приближаться к объекту обследования ближе, чем самолеты (некоторые виды съемки в ручном режиме управления могут быть выполнены с расстояния 5 м). Главный недостаток коптера - малая продолжительность полета, составляющая не более 1 часа. Горизонтальное перемещение коптера на скоростях более 15 км/час приводит к дополнительным затратам энергии и существенно уменьшает продолжительность полета. Таким образом, радиус применения коптеров находится в пределах 0 - 15 км. Эффективное использование возможно в радиусе не более 1 км, поскольку необходимо иметь достаточный запас времени для выполнения съемки объекта.
Основное назначение мультикоптеров - фото- и видеосъемка различных объектов, поэтому они, как правило, оснащаются управляемыми подвесами для камер. Мультикоптеры также используются в качестве устройств для оперативного мониторинга ЛЭП.
Для регулярного использования БЛА с целью решения широкого круга задач потребуется оснащение эксплуатирующего подразделения необходимым оборудованием; обучение специалистов более широкого профиля; организация производственных процессов обработки и анализа пространственных данных аэрофотосъемки; применение управленческих технологий. Широкий спектр возможностей БЛА - установка оборудования фото- и видеофиксации, маневренность, способность приближаться к опасным для жизни человека объектам и т.д. - говорит о том, что необходимо рассматривать БЛА как отдельные способы эксплуатации и диагностики электроэнергетического хозяйства. Эффективность применения БЛА по сравнению с традиционными методами осмотра энергетических объектов доказана, она может быть значительно повышена путем выбора и установки соответствующего оборудования. Традиционные методы осмотра ВЛ специалистами — достаточно
трудоемкая задача, однако для определения большинства дефектов этот способ пока единственный. Сравнение стоимости работ при обследовании ВЛ наземной группой специалистов и при использовании БАС приведено в таблице. С применением БЛА возможны дополнительные услуги в регионах, где проходят полеты, можно обеспечить дополнительные рабочие места в удаленных регионах. В то же время по экономическим соображениям предприятие, эксплуатирующее ВЛ, может получать готовый аналитический материал по результатам аэродиагностики, выполняемой внешней организацией.
Экoнoмичeский эффeкт при использовании БЛС для oбслeдoвaния BЛ
Параметр Наземная группа «Геоскан 201»
Число человек в рабочей группе 3 2
Заработная плата, руб.:
человека в месяц 30 000 45 000
группы в день 3913 3913
Число рабочих часов в день, час. 8 5
Скорость обследования, км:
в час 2 85
в день 16 191
Заработная плата специалистов на обслуживании 1 км, руб. 245 20
Стоимость комплекса, руб. - 1 500 000
Стоимость эксплуатации БАС, руб.:
при 500 взлетов/посадок (250 дн.) - 500 000
в течение 1 дня - 4000
при обследовании 1 км ВЛ - 21
Общая стоимость обследования 1 км ВЛ, руб. 245 41
Время обследования 1000 км ВЛ, дн. 63 5
Стоимость обследования 1000 км ВЛ, руб. 244 565 41 375
В заключение следует отметить, что применение беспилотных авиационных систем, особенно в труднодоступных районах и при чрезвычайных ситуациях, - одна из лучших возможностей получения оперативной информации о состоянии воздушных ЛЭП. Использование этих данных позволяет компаниям, занимающимся эксплуатацией воздушных ЛЭП, анализировать состояние проводов, опор, просек и принимать правильные управленческие решения, основываясь на точных фактах, а не на субъективном мнении специалиста, осматривающего ЛЭП. Мониторинг воздушных ЛЭП с помощью БАС является гораздо более оперативным, достоверным и экономически выгодным по сравнению с наземными методами контроля.
1. Барбасов, В.К. Мультироторные беспилотные летательные аппараты, представленные на российском рынке / В.К. Барбасов, А.В. Гречищев // Инженерные изыскания. - М. - 2014. - № 8. - С. 27-31.
2. Левин, Е.Л. Мультироторный БПЛА как средство получения геоинформационного контента в чрезвычайных ситуациях / Е.Л. Левин, П.Р. Руднев // Геоинформационные науки и экологическое развитие: новые подходы, методы, технологии. - М., 2013. - С. 234-240.
3. Орлов, П.Ю. Применение малых беспилотных летательных аппаратов для съемки местности и подготовки геоинформационного контента в чрезвычайных ситуациях / П.Ю. Орлов, П.Р. Руднев // Интерэкспо ГеоСибирь. - 2013. - Т. 7, № 2. - С. 61-66.
4. Сайт компании «Геоскан» [Электронный ресурс]: URL: https://www.geoscan.aero/ (дата обращения: 23.09.2022г).
5. Сайт компании Agisoft PhotoScan [Электронный ресурс]: URL: http://www.agisoft.com/ (дата обращения:
24.09.2022г).
