CC BY
28
7. Tishchenko L.N. Development of a kinetic model for vibrocentrifugal separation of grain mixtures. Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. 2012; 4: 23-29.
8. Gurbanov M. Dynamics of grain vibrocentrifugal separator with differential drive: author. dis. ... Cand. Tech. Sci. M., 1984. 24 p.
9. Linenko A.V., Tuktarov M.F., Kamalov T.I. Principles of construction and calculation of linear asynchronous electric drives of complex oscillatory motion for technological machines of the agro-industrial complex. Electrotechnical and information complexes and systems. 2015; 11(3): 44-49.
10. Litvin V.I., Safonov A.S. Prospects for the use of linear electrical machines in the agro-industrial complex.
Bulletin of the Russian State Agrarian Correspondence University. 2013; 20(15): 51-55.
11. Methods for simplifying the kinematic schemes of the drive of agricultural machines based on a linear asynchronous motor / O.A. Lipa, S.I. Kopylov, L.V. Belyaeva, E.V. Khromov. Questions of electromechanics. Proceedings ofVNIIEM. 2015; 144(1): 16-20.
12. Mathematical model of the oscillatory-rotational electric drive of the leaf-stem forage chopper based on sliding combined cutting / R.S. Aipov, Ya.D. Osipov, V.V. Ebinger, Yu.Zh. Bayramgulov. Bulletin of the Bashkir State Agrarian University. 2011; 4: 46-51.
Андрей ВладимировичЛиненко, доктор технических наук, профессор, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6483-2442
Дмитрий Сергеевич Леонтьев, старший преподаватель, [email protected]
Булат Радикович Халилов, кандидат технических наук, старший преподаватель, [email protected]
Валинур Галинурович Байназаров, младший научный сотрудник, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8980-5301
Дамир Рифгатович Сыртланов, аспирант, [email protected]
Andrey V. Linenko, Doctor of Technical Sciences, Professor, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-6483-2442
Dmitry S. Leontiev, Senior Lecturer, [email protected]
Bulat R. Khalilov, Candidate of Technical Sciences, senior lecturer, [email protected]
Valinur G. Baynazarov, Junior researcher, [email protected], https://orcid.org/0000-0002-8980-5301
Damir R. Syrtlanov, postgraduate, [email protected]
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.
Статья поступила в редакцию 30.09.2022; одобрена после рецензирования 15.10.2022; принята к публикации 31.10.2022.
The article was submitted 30.09.2022; approved after reviewing 15.10.2022; accepted for publication 31.10.2022. -♦-
Научная статья УДК 629.735.3
Перспективы использования беспилотных летательных аппаратов при обследовании энергетических объектов АПК
Леонид Николаевич Андреев1, Алексей Юрьевич Клопотной1,
Александр Викторович Козлов2
1 Государственный аграрный университет Северного Зауралья, Тюмень, Россия
2 Тюменский колледж производственных и социальных технологий, Тюмень, Россия
Аннотация. Анализ мировых трендов свидетельствует о том, что область применения беспилотных летательных аппаратов для выполнения функций воздушного мониторинга в различных областях народного хозяйства постоянно расширяется, в том числе и объектов агропромышленного комплекса. Для обследования энергетических объектов АПК возможно применение БПЛА самолётного типа и мультироторные БПЛА вертолётного типа. Анализ системы электро- и энергоснабжения агропромышленного комплекса и объектов сельского хозяйства показывает, что в основном системы электроснабжения объектов представлены воздушными линиями электропередачи, большинство из которых выполнены неизолированными проводами на деревянных опорах и имеют физический износ, что подтверждает необходимость контроля за состоянием и частотой проведения периодических осмотров. Особый контроль предусмотрен за подвесом проводов, состоянием линейной арматуры и оборудования, контактным соединением трансформаторных подстанций с сопровождением тепловизионного контроля. Для выявления возможности использования беспилотных летательных аппаратов при аэрофотомониторинге энергетических объектов АПК с точки зрения их автономности были проведены фотосъемки энергетических объектов ЗАО «Падунское».
Ключевые слова: агропромышленный комплекс, беспилотный летательный аппарат, энергетический объект, линии электропередачи, верховой осмотр.
Для цитирования: Андреев Л.Н., Клопотной А.Ю., Козлов А.В. Перспективы использования беспилотных летательных аппаратов при обследовании энергетических объектов АПК // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 6 (98). С. 149 - 153.
Original article
Prospects for the use of unmanned aerial vehicles in the inspection of energy facilities of the agro-industrial complex
Leonid N. Andreev1, Aleksey Yu. Klopotnoy1, Alexander V. Kozlov2
1 Northern Trans-Ural State Agricultural University, Tyumen, Russia
2 Tyumen College of Industrial and Social Technologies, Tyumen, Russia
Abstract. An analysis of global trends indicates that the scope of unmanned aerial vehicles for performing air monitoring functions in various areas of the national economy is constantly expanding. In particular, proposals are being formed on the market for examining not only overhead power lines using UAV complexes of various types, but also energy facilities of various sectors of the national economy, including the agro-industrial complex. Aircraft-type UAVs and helicopter-type multi-rotor UAVs can be used to inspect the energy facilities of the agro-industrial complex.An analysis of the power and energy supply system of the agro-industrial complex and agricultural facilities shows that most of the power supply systems of objects are represented by overhead power lines, most of which are made with uninsulated wires on wooden poles and have physical wear, which confirms the need to monitor the condition and frequency of periodic inspections . Special control is provided for the suspension of wires, the condition of linear fittings and equipment, the contact connection of transformer substations with the support of thermal imaging control. To identify the possibility of using unmanned aerial vehicles in aerial photo monitoring of energy facilities of the agro-industrial complex from the point of view of their autonomy, photographs of energy facilities were carried out "Padunskoye".
Keywords: agro-industrial complex, unmanned aerial vehicle, energy facility, power lines, riding inspection
For citation: Andreev L.N., Klopotnoy A.Yu., Kozlov A.V. Prospects for the use of unmanned aerial vehicles in the inspection of energy facilities of the agro-industrial complex. Izvestia Orenburg State Agrarian University. 2022; 98(6): 149-153. (In Russ.).
Основной предпосылкой для применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) различных типов (вертолётного и самолётного) в качестве средства проведения воздушного мониторинга энергетических объектов агропромышленного комплекса (АПК) является возможность интеграции БПЛА с различного вида аппаратурой полезной нагрузки (далее по тексту ПН), к которым относятся:
- гиростабилизированные видеокамеры, которые обладают возможностью передачи изображения в онлайн-режиме и позволяют получать информацию оперативно, однако они обладают малой разрешающей способностью для дешифрирования большого количества нарушений и имеют ограниченный радиус применения;
- фотоаппараты, позволяющие выполнять аэрофотосъёмку с высокой разрешающей способностью (в несколько раз выше, чем у видеокамер) и могут быть использованы для дешифрирования большинства нарушений и дефектов элементов энергетических объектов АПК (кроме дефектов, которые в принципе не могут быть обнаружены в видимой части спектрального диапазона); такая информация записывается непосредственно на борту и может быть проанализирована только после посадки БПЛА;
- тепловизоры, которые позволяют получать данные о температуре обследуемых объектов АПК и могут быть использованы для выявления мест повышенного нагрева или перегрева, свидетельствующего о неисправности энергетического оборудования. Применяемые на БПЛА тепловизоры обладают достаточно высокими показателями чувствительности, но при этом имеют невысокое разрешение матриц;
- ультрафиолетовые камеры, позволяющие получать данные о наличии коронных разрядов или поверхностной разрядной активности, которые свидетельствуют о загрязнении изоляторов или нарушении целостности, повреждении грозозащитного троса и т.п. Обследование ультрафиолетовыми камерами при помощи БПЛА могут быть эффективны в определённых случаях [1 - 3].
Цель работы - анализ методов технического обслуживания энергетических объектов АПК (на примере линий электропередачи) и технологий применения БПЛА с целью уменьшения рисков критического состояния и аварийных последствий.
Методы технического обслуживания ЛЭП.
Осмотр линий электропередачи на объектах АПК производится поэтапно, включая в себя оценку следующих моментов: состояние железобетонных и металлических опор, фундаментов, заглубление в грунт, отсутствие пучения или проседания грунта около опор; целостность проводов, изоляторов, траверс, надёжность их крепления; наличие нумерации опор, наименований линии электропередачи в соответствии с требованиями нормативных документов; отсутствие посторонних предметов на опорах, траверсах, элементах конструкций и проводах воздушной линии; отсутствие зарослей кустарников и аварийных деревьев, которые способны повредить элементам линии электропередачи; соблюдений требований, предъявляемых к охранной зоне линий электропередачи.
После окончания осмотра ЛЭП электромонтёр заполняет лист осмотра, куда вносит все обнаруженные в ходе осмотра неисправности и дефекты [4].
Существуют такие способы диагностики воздушных линий электропередачи, как пешие обходы, геодезические измерения, аэрофотосъёмка, космическая съёмка и другие. Большинство предприятий агропромышленного комплекса используют традиционные пешие обходы. Их проводят инженеры, техники и электромонтёры. Осмотры воздушной линии электропередачи, которые производятся с земли во время пешего обхода, не всегда позволяют выявить все повреждения, поэтому при необходимости проводятся верховые осмотры воздушной линии.
Верховые осмотры проводятся не реже чем один раз в шесть лет, при этом тщательно осматриваются верхняя часть опор, траверсы, тросы, крепление, арматура, а также степень загрязнения и изношенность изоляторов. При верховых осмотрах используют автовышки или беспилотные летательные аппараты [5, 6].
Верховой осмотр ЛЭП с помощью БПЛА используется относительно недавно, но данный способ уже нашёл применение во многих энергетических компаниях РФ и рассматривается как перспективный для предприятий иных секторов, в том числе и АПК, так как имеет ряд преимуществ относительно иных способов осмотра, например, с помощью вышки. Преимуществами верхового осмотра с помощью беспилотника являются: уменьшение количества обслуживающего персонала, участвующего в осмотре энергетического объекта до одного специалиста; уменьшение сроков и продолжительности обследования при наличии достаточного количества элементов питания или возможности зарядки, проведение осмотра объекта с помощью БПЛА значительно сокращает время обследования; не требуется оперативное отключение или переключение обследуемой линии электропередачи, что необходимо при осмотре с использованием вышки с целью обеспечения для безопасности сотрудников, выполняющих осмотр; возможность формирования фото- и видеоархива с материалами высокого качества; работа в труднодоступных местах, в местах пересечения с реками, озёрами, оврагами, возвышенностями, труднопроходимыми рельефами местности; минимизация рисков несчастных случаев и травматизма персонала [7].
Фотоснимки и видеофайлы, выполненные с использованием БПЛА, позволяют выявлять практически все возможные дефекты и нарушения. Например, такие дефекты опор, как падение или повреждение, отклонение, деформация, разрушение, разворот и загиб траверс на железобетонных опорах, деформация и разрушение поверхностного слоя железобетонных опор, нарушение целостности конструкции металлических опор. Также дефекты проводов, такие, как обрыв проводов, разрушение и утрата элементов стеклянных и фарфоровых изоляторов, отсутствие гасителей
вибрации и грузов, потеря работоспособности несущего тросика, смещение виброгасителей вдоль проводов относительно проектного положения, отсутствие и неправильное расположение соединителей проводов, изломы, отрывы лучей дистанционных распорок между проводами расщеплённой фазы [8].
Однако при выполнении данного исследования обнаружен главный недостаток применения беспилотных летательных аппаратов для выполнения верховых осмотров энергетических объектов АПК, в том числе линий электропередачи, который заключается в юридических ограничениях использования воздушного пространства. Так, Постановлением Правительства Российской Федерации от 25.05.2019 № 658 были утверждены правила учёта беспилотных гражданских воздушных судов, что обязывает производить регистрацию беспилотных летательных аппаратов перед началом их эксплуатации. Помимо этого, многие энергетические объекты могут находиться в запретных зонах для полётов на БПЛА. Для проведения верхового осмотра в таких местах необходимо получать дополнительное разрешение и уведомлять местную службу обеспечения полётов о плане полёта [9, 10].
При эксплуатации линий электропередачи происходит износ элементов воздушных линий, а также возникают дефекты и повреждения на трассах воздушных линий. Также вследствие роста древесно-кустарниковой растительности в границах охранных зон линий электропередачи возможно приближение на недопустимое расстояние к проводам воздушных линий стволов и ветвей деревьев, что может привести к технологическим нарушениям, обрывам, авариям. Для своевременного устранения и профилактики указанных угроз и принятия превентивных мер на воздушных линиях выполняются ежегодные осмотры воздушных линий, диагностика элементов несущих конструкций, а также систематические мониторинги в пожароопасный, грозовой периоды и в период льдообразования в зимний и переходный периоды года [11].
При аварийных отключениях воздушных линий выполняются осмотры воздушных линий, при которых определяются место и объёмы повреждений, и время обнаружения места аварии является одним из решающих факторов. Замена части осмотров очередных и внеочередных, в том числе и послеаварийных отключений ВЛ, на осмотр с применением беспилотных летательных аппаратов позволят сократить время обнаружения причин отключения ВЛ. При этом определяется и оценивается совокупность данных, полученных от фото-, видео-, тепловизионной техники, установленной на БПЛА, в связи с чем мониторинг воздушных линий средствами БПЛА является актуальной задачей.
В связи с тем что автономность беспилотников является одной из ключевых характеристик, нами проведён анализ динамики изменения запаса хода различных беспилотных летательных аппаратов (таких фирм, как DJI и Geoscan) в зависимости от применяемой полезной нагрузки (тепловизоры, мультиспектральные камеры, газоанализаторы), необходимой для мониторинга и обследования энергетических объектов агропромышленного комплекса, в том числе и ЛЭП [12].
Результаты и обсуждение. С целью опытной проверки автономности беспилотных летательных аппаратов при мониторинге энергетических объектов АПК была произведена аэрофотосъемка объектов ЗАО «Падунское» на предмет выявления скрытых дефектов кровли, опор линий электропередачи, электрооборудования, элементов конструкций зданий и сооружений (рис. 1).
Аэромониторинг проводился в соответствии со стандартным алгоритмом по плану выполнения работ, содержащему следующую информацию:
- цель и задачи выполнения полетов;
- временные рамки выполнения полетов;
- номер борта беспилотного воздушного судна;
- состав и комплектация аппаратуры полезной нагрузки;
- требуемая высота и скорость полёта, необходимая для получения качественных фотоданных;
- маршрутизация движения беспилотного воздушного судна;
- контактные данные оператора беспилотного летательного аппарата.
После анализа воздушной и наземной обстановки в районе предполагаемого полёта происходит согласование полёта и получение соответствующих разрешений.
Экономический эффект от использования БПЛА при верховых осмотрах линий электропередачи ожидается за счёт следующих факторов: уменьшение количества единиц персонала при проведении осмотра; исключение убытков при отключении линии и оповещении абонентов об отключении при проведении осмотра; улучшение качества осмотра позволит выявлять дефекты на ранней стадии и предотвращать непредвиденное отключение линии электропередач.
Таким образом, можно сделать вывод о целесообразности применения беспилотных летательных аппаратов при диагностике энергетических объектов АПК, в том числе линий электропередачи. Освоение беспилотных летательных аппаратов для осмотров ЛЭП является перспективной задачей компаний и предприятий АПК, так как решает актуальные проблемы и может дать существенный экономический эффект.
Список источников
1. Линник И.И., Гришин И.Ю., Линник Е.П. «Умный город» - совместные системы наблюдения за воздушным пространством в районе аэропорта // Повышение конкурентоспособности социально-экономических систем в условиях трансграничного сотрудничества регионов: сб. матер. IX Междунар. науч.-практич. конф. Симферополь, 2022. С. 111 - 114.
2. Антти С. Беспилотники: автомобили, дроны, мультикоптеры. М.: ДМК Пресс, 2018. 120 с.
3. Беспилотники на дорогах России (уголовно-правовые проблемы): монография / под редакцией А.И. Чучаева. М.: Проспект, 2021. 520 с.
4. Приказ Минэнерго России от 13.01.2003 № 6 (ред. от 13.09.2018) «Об утверждении Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей» (зарегистрировано в Минюсте России 22.01.2003 № 4145)
5. Бабич А.А., Демченко В.В. Исследование методов определения остаточного ресурса неизолированных
проводов воздушных линий электропередачи // Проблемы электроэнергетики и телекоммуникаций Севера России-2020: сб. ст. I Всерос. с междунар. участ. науч.-практич. онлайн-конференции. Сургут, 2020. С. 114 - 120.
6. Еремеев Т.А. Современные методы обследования водушных линий электропередачи // XXV Всерос. аспирант.-магистерск. науч. семинар, посвящ. Дню энергетика: матер. конф. В 3-х томах / под общ. ред. Э.Ю. Абдуллазянова. Казань, 2022. С. 11 - 13.
7. Знаменский В.А., Зацепин Е.П. Диагностика воздушных линий электропередачи с помощью беспилотных летательных аппаратов // Тенденции развития современной науки: сб. тез. докл. науч. конф. студ. и аспирант. Липецкого государственного технического университета: в 2-х част. Липецк, 2017. С. 605 - 607.
8. Алферова Т.В., Пухальская О.Ю., Алферов А.А. Надёжность электроснабжения потребителей агропромышленного комплекса: учеб. пособ. Гомель, 2017.
9. Сазонова Е.А. Тенденции использования беспилот-ников в России // Инновационные тенденции развития российской науки: матер. XV Междунар. науч.-практич. конф. молод. учёных. Красноярск, 2022. С. 256 - 258.
10. Дехтярев А.С. Правовая основа применения беспилотных летательных аппаратов с целью обеспечения общественной безопасности в период проведения массовых мероприятий // Актуальные вопросы теории и практики в деятельности подразделения полиции: матер. внутриведомств. науч.-практич. конф. М., 2022. С. 150 - 154.
11. Некоторые аспекты выбора средств борьбы с гололёдными отложениями на ЛЭП / В.С Ратушняк, В.С. Ратушняк, Е.С. Ильин, О.Ю. Вахрушева // Известия Транссиба. 2019. № 1 (37). С. 102 - 111.
12. Устинов Я.В. Применение БВС «Геоскан-101» для экологического аэромониторинга // Актуальные проблемы и перспективы развития гражданской авиации: сб. труд. X Междунар. науч.-практич. конф. Иркутск, 2021. С. 310 - 315.
References
1. Linnik I.I., Grishin I.Yu., Linnik E.P. "Smart City" -joint airspace surveillance systems in the airport area // Increasing the competitiveness of socio-economic systems in the context of cross-border cooperation between regions: coll. mater. IX international scientific-practical. conf. Simferopol, 2022, pp. 111-114.
2. Antti S. Drones: cars, drones, multicopters. M.: DMK Press, 2018. 120 p.
3. Drones on the roads of Russia (criminal and legal problems): monograph / edited by A.I. Chuchaev. M.: Prospekt, 2021. 520 p.
4. Order of the Ministry of Energy of Russia dated January 13, 2003 N 6 (as amended on September 13, 2018) "On approval of the Rules for the technical operation of consumer electrical installations" (Registered in the Ministry of Justice of Russia on January 22, 2003 N 4145)
5. Babich A.A., Demchenko V.V. Study of methods for determining the residual life of uninsulated wires of overhead power lines // Problems of the electric power industry and telecommunications of the North of Russia-2020: coll. Art. I All-Russian with international participation scientific-practical. online conferences. Surgut, 2020, pp. 114-120.
6. Eremeev T.A. Modern methods of inspection of water transmission lines // XXV Vseros. graduate studentmaster scientific seminar dedicated to Day of energy: mater. conf. In 3 volumes / ed. ed. E.Yu. Abdullazyanov. Kazan, 2022, pp. 11-13.
7. Znamensky V.A., Zatsepin E.P. Diagnosis of overhead power lines using unmanned aerial vehicles // Trends in the development of modern science: coll. abstract report scientific conf. stud. and graduate student. Lipetsk State Technical University: in 2 parts. Lipetsk, 2017. P. 605-607.
8. Alferova T. V., Pukhalskaya O.Yu., Alferov A.A. Reliability of power supply to consumers of the agro-industrial complex: textbook. Allowance. Gomel, 2017.
9. Sazonova E.A. Trends in the use of drones in Russia // Innovative trends in the development of Russian science: mater. XV Intern. scientific-practical. conf. young. scientists. Krasnoyarsk, 2022. P. 256-258.
10. Dekhtyarev A. S. Legal basis for the use of unmanned aerial vehicles to ensure public safety during mass events // Topical issues of theory and practice in the activities of the police department: mater. internal departments. scientific-practical. conf. M., 2022. P. 150-154.
11. Some aspects of the choice of means to combat ice deposits on power lines / V.S. Ratushnyak., V.S. Ratushnyak, E.S. Ilyin, O.Yu. Vakhrusheva.. Izvestiya Transsib. 2019; 37(1): 102-111.
12. Ustinov Ya.V. The use of UAV «Geoscan-101» for environmental aerial monitoring // Actual problems and prospects for the development of civil aviation: Sat. work. X Intl. scientific-practical. conf. Irkutsk, 2021, pp. 310-315.
Леонид Николаевич Андреев, кандидат технических наук, доцент, [email protected], https://orcid. org/0000-0003-0601-1264
Алексей Юрьевич Клопотной, аспирант, [email protected] Александр Викторович Козлов, преподаватель, [email protected]
Leonid N. Andreev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, [email protected], https://orcid. org/0000-0003-0601-1264
Aleksey Yu. Klopotnoy, postgraduate, [email protected] Alexander V. Kozlov, teacher, [email protected]
Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article.The authors declare no conflicts of interests. Статья поступила в редакцию 14.09.2022; одобрена после рецензирования 04.10.2022; принята к публикации 31.10.2022.
The article was submitted 14.09.2022; approved after reviewing 04.10.2022; accepted for publication 31.10.2022. -♦-
