Экологичные технологии
Навигация
Библиотека
Скачать Книги
Поиск по сайту

Главная > Традиционная энергетика > Новые технологии в обследовании ВЛ с воздуха

Новые технологии в обследовании ВЛ с воздуха

Дикой В.П. начальник департамента по ремонту и чрезвычайным ситуациям ОАО <ФСК ЕЭС>;

Коробков Н.М. генеральный директор филиала ОАО <ФСК ЕЭС> по специальным работам в электрических сетях Электросетьсервис;

Овсянников А.Г. директор Новосибирской СПБ филиала ОАО <ФСК ЕЭС> электросетьсервиса;

Колесников А.А. инженер ОНЭМДО Новосибирской СПБ филиала ОАО <ФСК ЕЭС> электросетьсервиса.

 

 

В условиях критического износа энергетического оборудования и нехватки финансовых ресурсов для его реновации большое значение приобретают методы оценки технического состояния и планирование акцентированных <точечных> ремонтов поврежденного оборудования по их результатам. Однако, если говорить о воздушных линиях (ВЛ) электропередачи, то можно констатировать, что традиционная система профилактического обслуживания, основанная на плановых пеших обходах и визуальных осмотрах, исчерпала себя. В данной работе обсуждается перспективный метод оценки технического состояния ВЛ с помощью легкомоторных летательных аппаратов и комплекса диагностической аппаратуры.

Воздушные линии электропередачи (ВЛ) классов напряжения 110 кВ и выше являются основными в системах электронного транспорта энергии. Для повышения надежности их эксплуатации ис-пользуется система технического обслуживания, включающая очередные и внеочередные осмотры, профилактические про-верки и измерения. Однако существующие методы профилактического контроля обладают значительной трудоёмкостью. В труднодоступной местности даже обходы ВЛ небезопасны, а в ряде случаев практически невозможны.

Облеты ВЛ на вертолетах типа <МИ-2> или <МИ-8> в значительной мере облегчают осмотр труднодоступных участков ВЛ, но они проводятся вручную. Как правило, облеты ВЛ проводит бригада обслуживающего персонала. Каждый член бригады проводит осмотр <своих> элементов ВЛ при помощи бинокля с высоты бреющего полета (100 - 150 м от поверхности земли) и старается успевать заполнять дефектную ведомость. Сделать это крайне непросто, т.к. крейсерская скорость полета вертолета составляет 100 - 120 км/час. Понятно, что все эти методы оценки технического состояния ВЛ морально устарели, к тому же эксплуатация ЛА гражданской авиации не всегда рентабельна, особенно при проведении обследования линий протяженностью менее 100 км, а так же полеты на таких ЛА на низких высотах и вблизи ВЛ имеют повышенный уровень опасности.

Значительный прогресс был достигнут с появлением технологии лазерного сканирования трассы ВЛ с борта летательного аппарата типа <Дирижабль>. Она обеспечила точную привязку опор ВЛ к цифровой карте местности, картину расположения проводов и опор, высоту густорасположеной поросли в зоне отчуждения линии. Однако задачи более тонкого уровня, решение которых необходимо для оценки состояния ВЛ, в этой технологии не решались. К тому же сам ЛА по своим летно-техническим и массогабаритным параметрам полностью не подходит для решения проблем диагностики ВЛ с воздуха, кроме проведения вышеописанного сканирования.

Одним из перспективных направлений в кардинальном обновлении методов контроля состояния ВЛ является создание <летающей лаборатории>, реализующей не менее пяти видов диагностики ВЛ.

Первый базируется на регистрации локального уровня интенсивности электромагнитного излучения разрядных процессов (ЭМИР) на ВЛ. Известно, что интенсивность коронных разрядов на проводах и арматуре, а также поверхностных разрядов на изоляторах при различного рода дефектах превышает таковые при нормальном состоянии этих элементов ВЛ.

Второй вид дополняет первый: он состоит в том, что оптическое излучение разрядных процессов (ОИР) регистрируется специальным оптическим приемником ультрафиолетового диапазона чувствительности.

Третий вид предназначен для обнаружения локальных нагревов проводов, шлейфов и контактных соединений средствами инфракрасной термографии.

Четвертый вид - контроль внешнего вида конструктивных элементов ВЛ, в том числе, не находящихся под напряжением, проводится с помощью видеозаписи и цифрового фотографирования.

Пятый вид - координатную привязку опор и проводов ВЛ к цифровой карте местности, картину расположения проводов и опор, высоту поросли в зоне отчуждения линии при помощи систем лазерного сканирования и GPC .

В целом, перечень возможных задач, которые принципиально можно решить с помощью аэродиагностики ВЛ, и методы их решения приведены в таблице 1.

 

 

Таблица 1

 

Задача диагностики

Метод

Оценка общего состояния трассы: высота поросли, наличие пожароопасного мусора, строений, состояние пересечений с другими ВЛ, автодорогами, подтопления, заболоченность, состояние обваловки фундаментов опор и др.

Видеозапись, wифровое фото, GPC

Оценка состояния опор (тросостойки, траверсы, стойки, оттяжки, фундаменты): изгибы, поломки, некомплектность

Видеозапись, цифровое фото

Состояние проводов и контактных соединений:

  • общий вид, геометрия положения;
  • локальные перегревы проводов и шлейфов в местах контактных соединений;
  • негабарит шлейфов, местные истирания, нарушения верхнего повива, места перекрытия

Видеозапись, цифровое фото, GPC.
Инфракрасная термография.
Регистрация ЭМИР и ОИР.

Оценка состояния арматуры: перекосы и поломки распорок, гасителей вибрации, экранов, зажимов, лодочек и др.

Цифровое фото.
Регистрация ЭМИР и ОИР.

Оценка состояния изоляции:

  • количество и места положения нулевых изоляторов, расцепления;
  • степень загрязнения изоляции, места перекрытия

Видеозапись, цифровое фото.
Регистрация ЭМИР

Оценка состояния тросов и тросовой изоляции: нарушения верхнего повива, негабаритные размеры искровых промежутков на тросовых гирляндах

Видеозапись, цифровое фото.
Регистрация ЭМИР и ОИР

 

 

Российский опыт создания <летающей лаборатории>

Регистрация электромагнитного излучения разрядных процессов . Ценные исходные данные для разработки аппаратуры были получены в летных исследованиях ЭМИР от реальной ВЛ 500 кВ с помощью осциллографа. Установлены основные источники помех: заряды на лопастях винтов вертолета (автожира), коммутации в силовых цепях, бортовая связь КВ и УКВ диапазонов, излучение местных радио- и телевизионных станций и др. Определены частотные и амплитудные характеристики типичных видов помех и полезных сигналов ЭМИР (рис.1). Показана возможность селекции полезных сигналов по полярности, временным характеристикам, форме сигнала и амплитуде.

В результате исследований был разработан опытный образец комплекса ЛТ-2 и предполагаемый состав перспективного комплекса ЛТ-3. (линейный тестер или " LineTest"). Его состав приведен в табл. 2.

Регистрацию характеристик ЭМИР в нем производит многоканальный блок регистрации (МБР), на входы которого сигналы поступают от одной электростатической и двух магнитных антенн. Результаты регистрации записываются портативным персональным компьютером.

В состав программного обеспечения входят управляющая программа "LineTest " и программа обработки результатов измерений ЭМИР "Obrez" оригинальной разработки, а также стандартные программы обработки экспериментальных данных.

Перекос экранов натяжных гирлянд, ближний дефект.

Масштабы: 100 мВ/дел.

И 10 мкс/дел.

Перекос экранов натяжных гирлянд, <дальний> дефект.

Масштабы: 50 мВ /дел.

И 10 мкс /дел.

Пробой искрового промежутка тросовой изоляции, ближний дефект.

Масштабы: 100 мВ /дел.

И 10 мкс /дел.

Сломанная распорка, ближний дефект.

Масштабы: 100 мВ /дел.

И 10 мкс /дел.

Рис. 1. Типичные сигналы ЭМИР от ВЛ 500 кВ

 

 

Таблица 2

Состав бортового оборудования комплекса ЛТ-3

Наименование и выполняемая функция блока, субблока

Комплекс ЛТ-3

1.

Система регистрации электромагнитного излучения разрядных процессов

"LineTest"

2

Портативный персональный компьютер

Тип: NoteBook

3

Система оптической регистрации коронных разрядов и разрядов на поверхности изоляторов, состоящая из видеокамеры, ультрафиолетовой камеры и героскопического стабилизатора

"Corona 350 I SP"

4

Система предназначенная для обнаружения и записи изображения локальных перегревов, состоящая из видеокамеры, тепловизора и героскопического стабилизатора

"KELVIN 275 I SP"

6

Цифровая фотокамера

Sony DSC-V1

7

Система спутниковой навигации, обеспечивающую координатную привязку к электронной карте местности

"VECTOR 200"

Произведены испытания комплекса ЛТ -2 при аэроинспекциях ВЛ 330, 500 и 750 кВ. Сформированы предварительные критерии дефектоскопии ВЛ по характеристикам электромагнитного излучения разрядных процессов, приведенные в табл.3.

 

Таблица 3

Идентификация дефектов ВЛ по характеристикам ЭМИР

Вид дефекта инспектируемой ВЛ

Характерные признаки на диаграмме

Дефекты отсутствуют

Слабые (до 20%) и регулярные по пролетам ВЛ изменения уровня сигналов во всех каналах, соответствующие изменению высоты подвеса проводов в пролете и на опорах

Дефекты внутрифазовых распорок

Превышение сигнала в канале <300 Гц> в 2 и более раз над средним уровнем сигналов на исправных участках ВЛ при слабом изменении сигналов в других каналах

*Ослабленная изоляция: нули, загрязнения, набросы
*Места перекрытия
*Повреждения верхнего повива проводов

Превышение величины сигналов в каналах <300 Гц> и <Пик.дет> в 2 и более раз над средним уровнем сигнала на исправных участках ВЛ при слабом изменении сигналов в канале <МА>

Пробои защитных искровых промежутков тросовой изоляции из-за негабаритных размеров искровых промежутков

Превышение величин сигналов в каналах <МА> и <Пик.дет> в 2 и более раз над средним уровнем сигнала исправных участков ВЛ при слабом изменении сигналов в канале <300 Гц>

*Перекос, дефекты экранов
*Дефекты зажимов, лодочек

Превышение величин сигналов в канале <Пик.дет> в 2 и более раз над средним уровнем сигнала исправных участков ВЛ при слабом изменении сигналов в каналах <300 Гц> и <МА>

Типичные гистограммы интенсивности ЭМИР на ВЛ 500 кВ приведены на рис.2.

а - третья четверть длины ВЛ

б - последний отрезок ВЛ перед Балаковской АЭС

Рис. 2. Гистограммы измеренных параметров электромагнитного излучения разрядных процессов на ВЛ 500 кВ <Балаковская АЭС - ПС Куйбышевская>, цепь1: курсор на диаграмме установлен на замере ЭМИР от группы распорок с несколькими дефектами

 

 

Наличие выявленных комплексом ЛТ-2 дефектов на обследованных ВЛ подтверждено видеосъемкой, наземными дневными осмотрами с биноклем и ночными осмотрами с помощью дефектоскопа <Филин>.

Регистрация оптического излучения разрядных процессов. Лучший российский электронно-оптический дефектоскоп <Филин-6> (рис.3) может работать только при сумеречном свете или при электрическом освещении. Использование его для дневных аэроинспекций без коренной доработки невозможно.

  Рис.3. Внешний ид электронно-оптического дефектоскопа <Филин-6>

 

 

Самые лучшие результаты были достигнуты в Шведском НИИ с помощью ультрафиолетовой камеры (рис. 4), выпускаемой в Израиле. Эта камера, как и камера (ЮАР), может работать в дневное время, но в отличие от последней, она может работать в режиме реального времени.

 

а

Б

в

Рис.4. Регистрация ОИР камерой < DayCor 11 TM >: а - внешний вид; б- корона на зажиме ВЛ 500 кВ; в - поврежденный полимерный изолятор

 

Аналог этой камеры входит в состав комплекса оптической регистрации коронных разрядов и разрядов на поверхности изоляторов " Corona 350 I SP ", включенной в состав перспективного диагностического комплекса ЛТ-3.

Видеосъемка и цифровая фотографирование. С учетом специфики задач и условий эксплуатации выработаны требования к видеокамерам. В пробных полетах были опробованы 5 видеокамер с различными форматами записи: VHS ( HITACHI VM -3300 A ), VHS - C ( PANASONIC HV - A 3 E ), S - VHS ( PANASONIC NV - MS 4), HI -8 ( SONY CCD - TR 3300 E ) и цифровой ( SONY DCR - PC 7 E ). Наилучшее качество изображения дали две последние модели, благодаря оптическому стабилизатору изображения. Определена оптимальная методика видеосъемки. Лучшие места съемки - открытая дверь и люки (вертолет), открытая форточка в кабине пилотов (самолет АН-2). Лучшее положение относительно солнца: ось визирования должна быть "от солнца" и под углом к нему. В этом случае обеспечивается наилучший контраст изображения проводов, изоляторов и других элементов ВЛ относительно фона подстилающей поверхности. Наилучший угол съемки - упреждающий, порядка 30:50 градусов к оси линии. Если применять последующую компьютерную обработку видеокадров, то можно улучшить в некоторой степени качество изображения с помощью подстроек яркости, контрастности, перевода в негативный или черно-белый вид и т.д.

Выявленные недостатки и осложнения видеосъемки состоят в следующем. Вибрация воздушного судна безусловно снижает разрешающую способность, однако применение специальных виброгасящих креплений камеры с устройством < Steady Shot > позволят улучшить качество изображения. При маневрировании вертолета на поворотах трассы ВЛ возможны пропуски в съемке отдельных опор ВЛ. Для легализации съемки требуется утомительное согласование с военными ведомствами.

Для увеличения пространственной разрешающей способности отдельные фрагменты съемки дублировались цифровыми камерами (рис.5). Лучшей из них оказалась модель CASIO QV 3000 (1,6 млн. пиксел).

 

Рис. 5. Цифровой снимок опоры ВЛ 500 кВ с разбитым изолятором в правой гирлянде

 

Тепловизионный контроль . На первом этапе работ в этом направлении, для опробования метода тепловизионного контроля с воздуха, был использован имеющийся в наличии тепловизор AGEMA 550, который был установлен на борту вертолета МИ-8. Облет ВЛ 500 кВ был выполнен 17 апреля 2001 года. Применялись различные режимы и настройки тепловизора. Запись информации осуществлялась на видеомагнитофон. Съемка проводилась из двух мест: через нижний грузовой люк и через боковой иллюминатор в хвостовой части вертолета. Наиболее интересные результаты, в виде термограмм приведены на рис. 6.

 

А. Съемка через боковой иллюминатор вертолета. Линия с левой стороны. Полет над линией на высоте около 30 метров и правее на 15:25 метров. Объектив 7 0 . Палитра цветов - побежалость.

В поле зрения попадает 2-3 фазы проводов.

Б. Фон более однородный. Солнце на момент облета освещало линию с правой стороны, на термограмах показаны <места нагрева>, которые на самом деле являются солнечными бликами на самих проводах и на распорках.

В. То же, что и в п.А. Полет над линией на высоте около 50 метров. В поле зрения попадают все 3 фазных провода.

Вывод : тот же, что в п. Б.

Рис. 6. Термограммы ВЛ 500 кВ полученные при аэроинспекции

 

 

По результатам применения тепловизора были сделаны следующие выводы .

  • Во время облета при тепловизионном осмотре не было обнаружено нагретых контактных соединений, что связано с низкой нагрузкой ВЛ.
  • Качество теплограмм показывает возможность выявления нагретых контактных соединений данным типом тепловизора.
  • Полученные результаты позволили сформировать методические приёмы по проведению тепловизонного контроля при аэроинспекции:
    • оптимальное расстояние до линии составляет 20:30 метров;
    • осмотр линии необходимо вести через боковой иллюминатор;
    • наиболее благоприятна для тепловизионного контроля пасмурная погода (в идеале ночь);
    • требуется предварительная настройка фокусного расстояния на земле;
    • для расцветки теплограмм использовать палитру - цвета побежалости;
    • подстройку диапазона температур производить таким образом, чтобы нижняя граница была на несколько градусов ниже температуры окружающей среды, а верхняя граница порядка 50 градусов.
    • при обследовании желательна нагрузка ВЛ 60:100 % от номинальной.
  • Установлены следующие ограничения метода:
    • возможна только ручная съемка (сильная вибрация при жестком закреплении не позволит получить устойчивую картинку);
    • будут обнаружены только высокотемпературные дефекты;
    • съемка должна осуществляться только в пасмурную погоду.
  • Выявлены также и ограничения использованного тепловизора, отрицательно влияющие на качество обследования: низкая временная разрешающая способность тепловизора, плохая работа механизма фокусировки, коротковолновый диапазон излучения принимаемого тепловизором и др.

 

 

Последние разработки в области аэроинспекции ВЛ

 

Актуальность перехода от тяжелых гражданских летательных аппаратов типа вертолеты <МИ-2>, <МИ-8> к сверхлегким летательным аппаратам, объясняется сформировавшимися, за время работы, требованиями к ЛА, который будет использоваться в качестве несущей базы <летающей лаборатории> и желанием снизить экономические затраты на проведение работ и на обслуживание самого ЛА.

Летательный аппарат должен удовлетворять следующим требованиям:

  1. крейсерская скорость 40 - 60 км/ч;
  2. высота подъема не менее 100 м;
  3. иметь возможность зависания над объектом;
  4. иметь высокий уровень управляемости и маневренности;
  5. быть устойчивым к порывам бокового ветра и другим колебаниям воздушных потоков;
  6. быть неприхотливым в техническом обслуживании (с высоким показателем моторесурса двигателя);
  7. иметь возможность быстрой частичной разборки и сборки, т. е. приспособленный к частой транспортировке на автомобиле или в ж/д контейнере;
  8. обладать высокой степенью надежности, с возможностью аварийной эвакуации людей и аппаратуры;
  9. приспособленный к взлету и посадке на специально неподготовленные взлетно-посадочные полосы (любая относительно ровная поверхность);
  10. дальность полета (без учета взлета и посадки) без дозаправки должна составлять не менее 100 км при крейсерской скорости 50 км/ч;
  11. иметь высокий уровень виброустойчивости и максимально низкий уровень тряски при полете (для максимально эффективной работы аппаратуры и проведения диагностики).

В данное время разработано множество ЛА различных типов и охватывающие широкую область применения. Среди них есть: ЛА у которых в качестве основного носителя служит баллон со сжатым летучим газом (аэростаты, дирижабли, геликоптеры), тяжелые пилотируемые самолеты и вертолеты различного назначения, легкомоторные пилотируемые самолеты и вертолеты, дельталеты и автожиры (сверхлегкие летательные аппараты СЛА), беспилотные авиационные системы.

Ниже будут рассмотрены преимущества и недостатки всех типов ЛА с учетом пригодность этих ЛА к нуждам аэроинспекции.

 

Газонаполненные ЛА (ГЛА).

Как уже упоминалось к такому типу летательных аппаратов относятся различные типы аэростатов, геликоптеров и дирижаблей.

Рассмотрим каждый из перечисленных видов ЛА.

 

Аэростаты.

В самом названии этого ГЛА заключен смысл этого летательного аппарата: прямолинейное поднятие в воздух при статичной атмосфере. Этот ГЛА состоит из шара наполненного горячим воздухом и корзины с пассажирами. В воздух этот ГЛА поднимается за счет постоянного подогрева объема воздуха в шаре, а опускается при его (воздуха) охлаждении. Помимо устройства подогрева воздуха (иначе говоря - руля высоты) больше никаких механизмов управления у реостата не существует и перемещается он в воздухе только по направлению ветра.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод: ГЛА типа аэростат для выполнения целей аэроинспекции не применим.

 

Геликоптеры.

Геликоптер - это усовершенствованная модель аэростата. Геликоптер имеет функцию управления горизонтального перемещения и возможность регулирования высоты. Конструктивно геликоптер представляет собой следующее: газонаполненный тор, под ним в вертикальном положении установлен ротор, который и создает подъемную силу. Сзади установлен маршевый двигатель с обдуваемым рулем управления. Тор заполнен газом настолько, чтобы сделать всю конструкцию геликоптера невесомой, за счет вращения вертикального винта создается подъемная сила, а за счет силы тяги маршевого двигателя создается возможность горизонтального перемещения аппарата.

На базе Новосибирского Государственного Технического Университета, на факультете летательных аппаратов был изготовлен геликоптер подобного типа и весной 2001 года прошли его испытания. В результате испытаний было установлено следующее:

  • аппараты такого типа очень чувствительны к различного рода колебаниям атмосферы (боковые и встречные ветра, восходящие и нисходящие воздушные потоки, и т. д.);
  • такие аппараты очень сложны в управлении и для эффективного управлении и стабилизации аппарата в воздухе необходимы дополнительные двигателя и устройства;
  • аппарат имеет большие габариты, очень неудобен при транспортировке, требует затрат большого количества времени для сборки и подготовке к полету после транспортировки.

Из всего этого можно сделать вполне закономерный вывод: ГЛА типа геликоптер абсолютно не применим в качестве несущей платформы для <летающей лаборатории>.

 

Дирижабль.

Этот аппарат конструктивно представляет собой продолговатый баллон, наполненный летучим газом, с подвешенной корзиной.

В качестве преимуществ данного типа ГЛА, касательно аэроинспекции ВЛ, можно выделить только одну: данные типы ГЛА очень тихоходны. Дирижабли имеют очень большие габариты вследствие необходимости большого объема баллона с газом для подъема незначительного груза (1 м3 газа поднимает в воздух 0,5 кг груза). И, следовательно, у аппаратов такого типа очень высокий уровень парусности. Этот факт является не существенным если использовать дирижабль как транспортное средство для перевозки больших объемов груза, но для целей диагностики, где нужен очень маневренный и устойчивый в воздухе аппарат, дирижабль просто не применим.

 

Пилотируемые самолеты.

Явных и существенных недостатков у ЛА данного типа значительное количество. Первым основным недостатком следует указать необходимость подготовленной взлетно-посадочной полосы, что не всегда можно обеспечить даже для легких ЛА. Следующим отрицательным фактором можно определить скоростные характеристики ЛА. Минимальная скорость легких ЛА составляет порядка 80 - 100 км/ч для разных типов самолетов. Эта характеристика наносит отпечаток на качество проведения диагностического контроля. Чем выше скорость регистрации - тем ниже объем и качество полезной информации.

Следующим отрицательным моментом может явиться тот факт, что максимальную информативность можно получить, проводя обследования в ночное время или при пасмурной погоде. А, в свою очередь, это является недопустимым для проведения полетов повышенного уровня сложности на низких высотах на пилотируемых самолетах.

И последним существенным отрицательным моментом можно определить высокие экономические затраты на содержание ЛА, а так же низкий коэффициент окупаемости.

Итак, из всего вышесказанного следует, что тяжелые пилотируемые самолеты не применимы для целей аэроинспекции с условием получения максимально информативных результатов обследования.

 

Пилотируемые вертолеты.

В настоящее время существует масса разновидностей легких вертолетов которые обладают удовлетворяющими нас (диагностов) характеристиками. Хотя и в применении таких ЛА можно выделить ряд существенных недостатков.

Одним из первых отрицательных моментов использования легких вертолетов можно назвать необходимость дозаправки вертолета во время проведения полета, но по маршруту полета, привязанному к расположению ВЛ, не всегда можно найти специализированные заправочные станции.

Вторым моментом следует назвать низкий уровень безопасности при проведении полетов. Поскольку для получения более четкой и достоверной информации полеты необходимо проводить на низкой высоте и в непосредственной близости от ВЛ.

Еще одним отрицательным моментом можно определить процесс транспортировки ЛА к месту проведения работ.

Так же очень высоки затраты на содержание и тех. обслуживание ЛА такого типа.

Следовательно, использование пилотируемых вертолетов для проведения аэроинспекции ВЛ вполне возможно при наличии больших объемов работ и отсутствии более экономичных аналогов.

 

Представители легкомоторной авиации (мотодельтопланы, автожиры).

Данный тип СЛА имеют большее количество преимуществ по сравнению с вышеописанными ЛА. Они легки в управлении, маневренны, экономичны, малогабаритны и легки при транспортировке, дальнейшей сборки и подготовке к проведению полетов, не требуют специально подготовленных взлетно-посадочных площадок.

 

Дельталеты, мотодельтапланы.

Данный тип СЛА (рис.7) практически полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям за исключением нескольких недостатков:

  • у этого типа СЛА очень высокий показатель аварийности;
  • они не удобны в управлении;
  • крейсерская скорость, при условии обеспечения максимально безопасного полета - 60 км/ч;
  • нет возможности остановки (зависания) в воздухе;
  • очень чувствительны к встречным и боковым порывам ветра, а так же к другим колебаниям атмосферы.

Следовательно: применение ЛА такого типа не является разумным решением.

 

Рис. 7. Дельталет МД-50П.

 

Автожиры.

В России массовое использование этой модели ЛА началось не так уж давно. Хотя, если вспомнить историю авиации, то именно автожир являлся родоначальником современного вертолета.

Конструктивно эта модель ЛА представляет собой (рис. 8.): фюзеляж, с одним или более посадочным местом и закрепленным в задней части тяговым двигателем с винтом; в задней части фюзеляжа закреплен руль управления горизонтального перемещения, обдуваемый винтом тягового двигателя и хвостовое оперение; в верхней части фюзеляжа расположен несущий винт приводимый в движение за счет эффекта авторотации.

 

Рис. 8 . Автожир модели <АМ-1>

 

Этот единственный тип ЛА полностью соответствует нашим требованиям (требованиям диагностов). Основные характеристики автожира следующие:

  • характерный собственный вес автожира (тандем) порядка 300 кг;
  • характерный максимальный взлетный вес от 500 до 700 кг, в зависимости от типа двигателя и несущего винта;
  • характерные скоростные характеристики 0 - 200 км/ч;
  • характерная крейсерская скорость 50 км/ч;
  • максимальная высота подъема 6000м;
  • на этих моделях установлены экономичные бензиновые двигатели (тип топлива: бензин Аи-93, Аи-95, Аи-96) с мощностью белее 100 л/с и более 1000 часов наработки до первого капитального ремонта;
  • максимальное время полета без дозаправки не менее 2-х часов (зависит от объема топливного бака, расхода топлива двигателем и режима полета);
  • автожиры имеют малые габариты;
  • за счет своей конструкции автожир легко разбирается для транспортировки (снимается ротор и винт маршевого двигателя);
  • для транспортировки можно использовать легковой автомобиль с прицепом или небольшой грузовик;
  • за счет своей конструкции этот ЛА может останавливаться (зависать) в воздухе (при отказе или остановке тягового двигателя) и за счет эффекта авторотации плавно планировать в горизонтальном направлении с постепенной потерей висоты;
  • эти ЛА очень легки в управлении (для подготовки пилота, не имеющего ни какого летного опыта, требуется порядка 20 часов налета);
  • для взлета автожиру необходимо 20 - 50 м относительно ровной и твердой поверхности, а приземляться он может точечно, в намеченную область;
  • за счет своей конструкции автожир имеет очень высокий уровень надежности по сравнению со всеми типами ЛА при полетах на низких высотах;
  • автожиры очень устойчивы в воздухе, не чувствительны к боковым и встречным порывам ветра, а также к другим колебаниям атмосферы (вместо крыла используется несущий винт).

В настоящее время существует большое количество различных типов автожиров выпускаемых как зарубежными так и отечественными фирмами. На рисунках 8,9,10, соответственно, представлены двухместные автожиры отечественного и импортного производства модели <АМ-1>, <Доминатор> и модель < RAF 2000> производимый в Москве по канадской технологии.

 

Рис. 9. Автожир модели <Доминатор>, США

 

Рис. 10. Автожир модели < RAF 2000>, США

 

Данный тип ЛА в настоящее время эффективно используется геологами для проведения аэрофотосъемки объектов, фермерскими хозяйствами для орашения полей и другими организациями и структурами для выполнен6ия различного рода работ.

Данный тип ЛА полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ЛА используемому в качестве базы для установки диагностикеской аппаратуры.

В 2004 году одна из энергосистем России подписала договор с производителями автожиров на покупку их продукции. И в скором времени это будет первая и единственная энергосистема России имеющая аппарат такого типа, приспособленный к целям диагностики линий электропередач.

Итак , возвращаясь к поэтапному развитию направления аэроинспекции ВЛ, второй этап работ включал в себя: проведение обследования линий 500 и 220 кВ с применением длинноволнового (дневного) тепловизора " AGEMA 695", цифровой и аналоговой видеокамер, сверхлегкого летательного аппарата (СЛА) типа <АВТОЖИР> российского производства.

Полеты проходили 6 - 8 июля 2004 года на одном из аэродромов ФЛА, расположенной в Подмосковье.

Целью проведения данных экспериментальных полетов являлось: определение пригодности данного типа ЛА в качестве несущей базы для создания <летающей лаборатории> по диагностике состояния высоковольтных ЛЭП.

Программа полетов включала в себя:

  • уточнение заявленных летно-технических характеристик СЛА;
  • определение физических условий для работы оператора-метролога в воздухе;
  • проведение видео съемки всех режимов полета;
  • проведение тепловизионного сканирования и видео съемки трасс ВЛ 220 и 500 кВ;
  • проведение анализа полученных результатов ведущими специалистами <Электросетьсервиса> с последующей выдачей рекомендаций по возможности применения СЛА данного типа для аэроинспекции ВЛ.

Первоначально вся измерительная и регистрирующая аппаратура (тепловизор, видеокамеры), при помощи штатива была закреплена на корпусе инженера метролога, а затем вся видеосъемка и термосканирование проводилось с <рук>. Место посадки инженера-метролога на борту ЛА находилось за местом пилота. На рис.11 показано место расположения пилота и инженера-метролога, с закрепленной на штативах аппаратурой, на борту ЛА.

 

Рис. 11. Расположение пилота и инженера-метролога с аппаратурой на борту ЛА.

 

Для проведения полетов был выбран автожир российского производства модели <АМ-1>, с расположением пилота и пассажира на борту - друг за другом. На рис.12 показа внешний вид автожира модели <АМ-1>, а конструктивная схема фюзеляжа представлена на рис. 13.

 

Рис.12. Внешний вид автожира модели <АМ-1>

 


Рис.13. Конструктивная схема фюзеляжа автожира модели <АМ-1>

 

Основные параметры автожира <АМ-1> с ротором " Dragon Wings -28" :

Диаметр ротора, м

9,24

Ометаемая площадь, м2

67,02

Высота, м

3,6

Длина, м

2,5

Колея шасси, м

1,9

Размер колес шасси, мм

400 х 100

Двигатель

BMW

Мощность двигателя, л.с.

105

Диаметр винта, м

1,72

Масса автожира, (сухая), кг

280

Масс ротора, кг

20

 

 

Технические характеристики винтомоторной установки.

Винтомоторная установка (ВМУ) состоит из двигателя, редуктора и воздушного винта. Двигатель - BMW ( Германия).

Тип двигателя

4-х такт., оппозитный, с разд. системой смазки.

Максимальная мощность, л. с.

105;

Минимальные обороты двигателя

450;

Макс. доп. N двигателя, об./мин.

7200;

Система охлаждения

жидкостная, принудительная;

Используемый бензин

октановое число не ниже 92

Используемое масло в двигателе

Сорт СЕ 10 W 30

Используемое масло в редукторе

API-GL-5 или GL6, SAE 85-150 ЕР

Используемое масло в гидрораскрутке

ATF Dexron ;

Редуктор

шестеренчатый, 1 2,21

Воздушный винт

трёхлопастной пластиковый

Диаметр винта

1,72 м.

 

 

Приборное оборудование :

 

Приборное оборудование включает в себя:

  • Пилотажно-навигационное оборудование:
  • Указатель скорости УС-250;
  • Высотомер ВД- 10;
  • Вариометр ВД-1 ОМ;
  • GPS-"ETREX".
  • Приборы контроля двигателя:
  • Тахометр;
  • Указатель температуры головок цилиндров;
  • Счётчик моточасов.

Летно-технические характеристики

 

Масса пустого аппарата, кг

260

Максимальная масса полезной нагрузки, кг

195

Масса ротора, кг

20

Масса силовой установки, кг

105

Количество мест, чел

2

Емкость топливного бака, л

30

Ометаемая площадь ротора, м2

67,02

Диаметр ротора, м

9,24

Диаметр винта, мм

1720

Редуктор, передаточное отношение

1 : 2.21

Тип и мощность двигателя

BMW ; 105

Максимальные обороты двигателя об/мин

7200

Обороты малого газа об/мин

450

Статическая тяга кг.

200-250

Бензин

не ниже АИ-92

Расход топлива (крейсерский), л/час

7-9

Скорость отрыва, км/час

45

Скорость крейсерская, км/час

70

Скорость минимальная, км/час

45

Скорость максимальная, км/час

120

Скорость балансировочная, км/час

70

Скорость посадочная, км/час

0

Максимальная скороподъёмность у земли, м/с

4

Длина разбега (грунт), м.(с ма x . нагрузкой)

70

Длина пробега, м

0

Максимальное время полета,час

3.30

Практический потолок, м

6000

Эксплуатационные ограничения.

 

Метеоусловия:

Скорость ветра у земли, м/с

не более 15

Боковая составляющая, м/с

не более 5

Уровень турбулентности

не выше умеренной

Температура воздуха, С

-20. ..+40

Относительная влажность, %

до 99

Горизонтальная видимость, км

не менее 0.1

 

Ограничения по взлетно-посадочным площадкам:

Продольный уклон на взлете, град

-10 +5

Продольный уклон на посадке, град

-10 +5

Боковой уклон на взлете и посадке, град

З

Максимальная высота неровностей, мм

50

Высота растительного покрова, мм

не более 400

Примечание: Плотность грунта должна обеспечивать глубину следа задних колёс шасси (при полном обжатию пневматиков) не более 40 мм .

 

Ограничения по маневренности :

Максимально допустимый угол крена, град.

60

Диапазон эксплуатационных перегрузок, n у

+1 +4

Диапазон скоростей, км/час

45-120

Примечание: Допускаются кратковременные отрицательные и околонулевые перегрузки!

 

Полеты проходили в течении двух дней, в дневное и вечернее время суток, при солнечной, дождливой (переменный моросящий дождь) и ветреной (порывистый ветер до 18 м/с) погоде. Общее число вылетов равнялось 10, общее летное время составило около 8 часов, общая длина обследованных линий 220 и 500 кВ составила 90 км.

Методика проведения полетов:

  • предполетная подготовка ЛА;
  • проведение ознакомительного инструктажа, а так же инструктажа по условиям проведения полетов и технике безопасности пассажиру и пилоту ЛА;
  • проведение ознакомительного полета в течении 30 минут с целью уточнения летного маршрута и видеосъемкой полета с момента запуска маршевого двигателя до момента посадки ЛА на аэродроме. В программу полета входили: выполнение фигур высшего пилотажа, остановка маршевого двигателя в воздухе, посадка на не подготовленную поверхность земли;
  • подготовка измерительной и регистрирующей аппаратуры, установка аппаратуры на штативы;
  • взлет ЛА, выход на ВЛ 220 кВ, бреющий полет по трассе ВЛ на протяжении 20 км, с обеих сторон линии, со сменой высоты полета от 5 до 40 м от поверхности земли и со скоростью 50 - 70 км/ч, тепловизионное сканирование трассы ВЛ с параллельной видео съемкой;
  • посадка на аэродроме, дозаправка ЛА, вылет на ВЛ 500 кВ;
  • выход на ВЛ 500 кВ, бреющий полет по трассе ВЛ на протяжении 20 км, с обоих сторон линии, со сменой высоты полета от 5 до 50 м от поверхности земли и со скоростью 50 - 70 км/ч, тепловизионное сканирование трассы ВЛ с параллельной видео съемкой;
  • посадка на аэродроме.

Во время проведения полетов ЛА показал себя как очень маневренный надежный и безопасный вид воздушного транспортного средства с очень высоким уровнем виброустойчивости и минимальным уровнем тряски даже при боковых порывах ветра (иногда пассажиру казалось что он сидит на стуле в комнате перед включенным вентилятором). Проведение видеосъемки и термосканирования со штатива и даже с рук не составило никаких сложностей.

Результаты тепловизионного сканирования ВЛ 500 кВ, а так же результаты видео съемки представлены на официальном сайте ОАО <ФСК ЕЭС> в виде двух видео файлов. Все преимущества использования тепловизионного и оптического сканирования линии, а так же дефекты, которые удается выявить при помощи этих методов описаны выше, в таблице 1 и разделе <Российский опыт создания летающей лаборатории>.

Итак, после проведения экспериментальных полетов можно дать следующее заключение:

  • летательный аппарат данного типа (<Автожир>) по своим летно-техническим характеристикам полностью удовлетворяет требованиям предъявляемым к ЛА используемого в качестве несущей базы <летающей лаборатории> по диагностике ВЛ;
  • применение ЛА данного типа позволит проводить обследование до 150 км линии за одну рабочую смену (8 часов с учетом взлета-посадки, дозаправки и часового перерыва на отдых летной бригады);
  • при использовании специальной регистрирующей диагностической аппаратуры качество проведения обследования и достоверность получаемой информации увеличиться в несколько раз;
  • экономическое преимущество использования ЛА данного типа, с учетом соотношения цена - качество в сравнении с другими методами.

 

Основы методики инструментальной аэроинспекции ВЛ. В ходе летных испытаний отработаны требования к режиму полета и основные методические приемы аэродиагностики. Не рекомендуется производить инспекцию при изморози и резкой смене температуры воздуха. Температура и давление воздуха не регламентируются, однако при интерпретации результатов должны учитываться. Рекомендуется производить полеты при отсутствии осадков и порывистого ветра.

Полеты производятся при крейсерской скорости воздушного судна. Высота и боковое смещение от крайней фазы обследуемой ВЛ порядка 30...40 метров. Размещение антенн по борту, обращенному к линии. Для получения детальной видеозаписи и повышения помехоустойчивости и надежности выявления дефектов желателен облет линии в обоих направлениях. Измерения интенсивности ЭМИР можно производить только около опор, т.к. запоминание максимальных сигналов детекторами происходит на время в несколько секунд, что соответствует перемещению воздушного судна на расстояние порядка половины пролета ВЛ.

Для привязки текущих координат вертолета, несущего на борту комплект диагно-стической аппаратуры к местности и инспектируемой ВЛ, перспективны современные бортовые навигационные системы, относящиеся к семейству GPS, например, комплекс аэрогеофизических работ АНК-ГФ. Особенно эффективна работа с комплексом АНК-ГФ в сочетании с радиолока-ци-онной информацией о трассе ВЛ, нанесенной на электронную карту местности системы < MAP INFO >.

Окончательный анализ информации производится в камеральных условиях.

  • Производится анализ видеозаписи для определения общего состояния трассы ВЛ, количества нулевых изоляторов в подвесках, ремонтных муфт, распорок, визирования провода, дефектов опор, наличия всех уголков на них и т.д.
  • Производится нормирование измеренных уровней ЭМИР к одному расстоянию от вертолета до проводов ВЛ. Расстояние в любой момент времени восстанавливается из замеров напряженности поля частоты 50 Гц с привлечением видеозаписи полета.
  • Производится выделение сигналов с отличающимися от средних уровней в 2 и более раз. Особо отмечаются замеры, в которых повышенная интенсивность ЭМИР была зафиксирована в обоих направлениях полета. По табл. 3 уточняется вид дефекта.
  • По меткам времени на видеозаписи и компьютере идентифицируются участки ВЛ, на которых зарегистрированы сигналы ЭМИР, характерные для того или иного дефекта.
  • Производится тщательный анализ видеоизображения. Если вид дефекта на видео- и цифровой записи не определяется, то принимается решение о необходимости подробного наземного осмотра данного пролета или опоры ВЛ.
  • Производится анализ записи теплограмм проводов и шлейфов.
  • Оформляется протокол аэроинспекции.