DE102016011512A9 - Inspection of insulators of overhead lines using autonomously flying drones (multikopter, surface aircraft or UAV, UAS) - Google Patents
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Abstract
Aufgabe und Zielsetzung Äußere Einflüsse an Isolatoren von Freileitungen sind durch optische Verfahren erkennbar sind, versagen jedoch bei den inneren Einflüssen. Diese sind nur durch Sensoren erkennbar, die z. B. im elektromagnetischen Spektrum arbeiten und zudem in unmittelbare Nähe des Isolators gebracht werden müssen, um eine sichere Identifikation und Analyse zu ermöglichen. Ziel der Erfindung ist es, eine gezielte sensorbasierte Befliegung zur Inspektion der Isolatoren sowie zur zerstörungsfreien Prüfung auszuführen. Lösung Die erfinderische Tätigkeit betrifft ein neues Verfahren zur Inspektion von Isolatoren an Freileitungen der Nieder-, Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsebenen, wobei die Aufnahme von relevanten Messgrössen (siehe Zeichnung 1) durch den Einsatz von akustischen Sensoren, von Sensoren zur Messung elektrischer Felder von optischen Sensoren in verschiedenen Frequenzbändern, von Sensoren zur Messung elektro-magnetischer Felder, verschiedener Fusionen und durch eine automatisierte Befliegung der Freileitung/Objekte in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern erfolgt. Die Inspektion erfolgt kostengünstiger. Anwendungsgebiete Inspektion von Isolatoren der Nieder-, Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsebenen.Task and objectives External influences on insulators of overhead lines are visible by optical methods, but fail in the internal influences. These are recognizable only by sensors that z. B. in the electromagnetic spectrum and also need to be brought in the immediate vicinity of the insulator to allow safe identification and analysis. The aim of the invention is to carry out a targeted sensor-based aerial survey for insulator inspection and non-destructive testing. Solution The inventive step concerns a new method for inspecting insulators on overhead lines of low, medium, high and extra high voltage levels, the inclusion of relevant quantities (see drawing 1) by the use of acoustic sensors, sensors for measuring electric fields of optical sensors in different frequency bands, of sensors for measuring electromagnetic fields, of various fusions, and of an automated flying over of the overhead line / objects in high electric and electromagnetic fields. The inspection is cheaper. Fields of application Inspection of insulators of low, medium, high and extra high voltage levels.
Description
Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Inspektion von Isolatoren an Freileitungen betreff vorgegebener/nicht vorgegebener Inspektion zur Identifikation von Schäden durch Umwelteinflüssen, elektrischer oder mechanischer Abnutzung oder Beschädigung. Zum Teil bereits bekannte Verfahren sind dem Dokument „
Isolatoren von Freileitungen haben die Aufgabe, die unter Spannung stehenden Leiterseile vom Mast zu isolieren und die Leiterseile mechanisch zu tragen. Als Materialien kommen die klassischen Isolierwerkstoffe Glas und Keramik zum Einsatz. In den letzten Jahren sind auch Kunststoffisolatoren aus z. B. Silikonelastomeren hinzugekommen. Zum Isolator gehören die Verbindungselemente zum Leiterseil resp. zum Strommast, sowie weiteren metallischen Armaturen in Form von Koronaringen und Funkenstrecken. Die Länge eines Isolators wird durch die Spannungsebene und durch die Umwelteinflüsse vorgegeben. Je höher die Verschmutzung, umso höher die Kriechwege des Isolators. Auch Witterungseinflüsse wie Eis und Schnee sowie die Meereshöhe gehen in diese Betrachtung ein. Im Betrieb ist es wichtig, dass der Isolator seine mechanische und elektrische Aufgabe absolut zuverlässig erfüllt. Ein Versagen hat in der Regel nicht nur einen Ausfall der Leitung zur Folge, sondern auch eine Gefährdung durch das Abstürzen des Leiterseils. Ein elektrisches Versagen wird entweder durch äußere Einflüsse initiiert (Verschmutzung, Eis, Schnee, Fremdkörper, Bewuchs) oder durch mechanische Materialfehler (Risse, Lunker, Fehlstellen) und/oder durch schleichende elektrische Erosionserscheinungen (Teilentladungen, inhomogene Feldverteilung, Korona). Während äußere Einflüsse durch die in [0004] beschriebenen optischen Verfahren erkennbar sind, versagen sie bei den inneren Einflüssen. Diese sind nur durch Sensoren erkennbar, die z. B. im elektromagnetischen Spektrum arbeiten und zudem in unmittelbare Nähe des Isolators gebracht werden müssen, um eine sichere Identifikation und Analyse zu ermöglichen.Insulators of overhead lines have the task to isolate the live conductors from the mast and to mechanically support the conductors. The materials used are the classic insulating materials glass and ceramic. In recent years, plastic insulators z. B. added silicone elastomers. The insulator includes the connecting elements to the conductor cable resp. to the power pole, as well as other metallic fittings in the form of coronary rings and spark gaps. The length of an insulator is determined by the voltage level and by the environmental influences. The higher the pollution, the higher the creepage distances of the insulator. Also weather influences such as ice and snow as well as the sea level are included in this consideration. During operation it is important that the isolator performs its mechanical and electrical task absolutely reliably. A failure usually not only results in a failure of the line, but also a risk from the crash of the conductor cable. An electrical failure is initiated either by external influences (pollution, ice, snow, foreign bodies, fouling) or by mechanical material defects (cracks, voids, defects) and / or by creeping electrical erosion phenomena (partial discharges, inhomogeneous field distribution, corona). While external influences can be recognized by the optical methods described in [0004], they fail in their internal influences. These are recognizable only by sensors that z. B. in the electromagnetic spectrum and also need to be brought in the immediate vicinity of the insulator to allow safe identification and analysis.
Aus dem gegebenen Stand der Technik heraus ist es Vorschrift gemäß für die Betreiber von Freileitungen in bestimmten zyklischen Abständen eine Inspektion der Isolatoren durchzuführen. Diese Inspektion im Rahmen der zustandsorientierten Wartung (Condition Based Maintenance) der Freileitung wird von speziell geschulten, sachkundigen Mitarbeitern teilweise unter Zuhilfenahme von Helikoptern und anderen Geräten oder auch durch Begehung/Besteigung durchgeführt), Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Folgende Verfahren sind üblich: Die Inspektion der Isolatoren erfolgt entweder vom Boden, vom Mast oder aus der Luft. Die Inspektion vom Boden findet mit bloßem Auge oder mit Hilfe von Ferngläsern und Teleobjektiven statt. Hierbei ist der Nachteil gegeben, dass durch den großen Abstand keine hohe Auflösung erreichbar ist. Durch die eingeschränkte Perspektive vom Boden aus sind große Flächen des Isolators nicht einsehbar. Zudem sind nur äußere, grobe Schäden erkennbar, wie z. B. zerstörte Kappen oder Fremdkörper (Äste). Die Inspektion vom Mast erfolgt durch Besteigen der Maste und visuelles Begutachten der Isolatoren aus sicherer Entfernung. Eine Inspektion aus der Luft kann durch Kräne oder Hebebühnen mit Personalkorb erfolgen. Dieser Methode werden vor allem in den Hoch- und Höchstspannungsebenen durch die Höhe der Objekte und durch die erreichbare Höhe der Hebezeuge Grenzen gesetzt. Die Kosten für die Hebezeuge sind erheblich. Der Vorteil dieser Methode ist, dass Sensoren mit langen Isolierstangen in die Nähe der Isolatoren gebracht werden können, um auch innere Schäden zu erkennen. In unwegsamen Geländen (Bergregionen, Sümpfe, Wälder) sind beide Methoden sehr schwierig anwendbar und zeitaufwendig. Dort bietet sich die Untersuchung mittels Helikopter oder Flächenflugzeugen an. Die Kosten für diese bemannten Fluggeräte sind erheblich. In urbanen Räumen kommt die Lärmbelastung hinzu. Für die Befliegung sind zudem Sondergenehmigungen erforderlich und die Piloten müssen eine spezielle Schulung erhalten Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Sämtliche Verfahren zur Inspektion haben den wesentlichen Nachteil dahingehend, dass sie hohe Kosten und Zeitaufwände verursachen Die Nachteile sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Ziel der Erfindung ist es, eine gezielte sensorbasierte Befliegung zur Datenaufnahme an und Inspektion der Isolatoren sowie zur zerstörungsfreien Prüfung auszuführen (siehe Zeichnung 1). Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Inspektion zu beschreiben, welches mit einem geringen Aufwand an Kosten und Zeit ein optimales, sensorgesteuertes Monitoring und eine Inspektion gewährleistet.The object of the invention is to describe a method for inspection, which ensures optimal, sensor-controlled monitoring and inspection with a low outlay on costs and time.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hautpanspruch 1 mit seinen Unteransprüchen realisiert wird. The object is achieved in that the
Dabei wird ein neuartiges Verfahren zur Inspektion von Isolatoren in der Zusammenführung der Anwendungen von Flugdrohnen, Steuerungs-, Analysesoftware sowie Sensorik so ausgeführt,
- – dass eine Inspektion mit Hilfe einer sensorgestützen Flugdrohne bekannter Bauart ausgeführt wird und dabei in einem geringen Abstand die Objekte optisch erfasst werden und mit einer Datenübertragung zwischen Flugdrohne und einer Basis Station die Auswertung stattfinden kann. Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass der Abstand der Flugdrohne zum Objekt zwischen 1–10 Meter ausgeführt wird,
- – dass die Flugdrohne mit Video-/Fotokameras und/oder sowie einem oder mehreren Sensoren ausgerüstet wird. Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass die Flugdrohne mit einer Kombination aus satellitengesteuerter und bildgesteuerter Navigation autonom fliegt, mit der Möglichkeit eines manuellen Eingriffs in die Steuerung Die Ausführungen sind bereits zum Teil bekannt, siehe
DE 601 24 224 T2 - – dass Sensoren verwendet werden, die eine invasive, zerstörungsfreie Prüfung des Isolators ermöglicht. Diese Sensoren arbeiten im elektromagnetischen, akustischen und multispektralen optischen Bereich, um die elektrische und mechanische Funktion des Isolators zu gewährleisten und dessen Zustand zu erfassen.
- - That an inspection is carried out using a sensor-supported aircraft drone known type and thereby the objects are optically detected at a small distance and the evaluation can take place with a data transfer between drone and a base station. The versions are already partially known, see
DE 601 24 224 T2 - - that the distance of the flight drone to the object is between 1-10 meters,
- - That the aerial drone is equipped with video / photo cameras and / or one or more sensors. The versions are already partially known, see
DE 601 24 224 T2 - - that the flying drone autonomously flies with a combination of satellite-controlled and image-controlled navigation, with the possibility of a manual intervention in the control The designs are already partially known, see
DE 601 24 224 T2 - - That sensors are used that allow an invasive, nondestructive testing of the insulator. These sensors operate in the electromagnetic, acoustic and multispectral optical domains to ensure the electrical and mechanical functioning of the isolator and to detect its condition.
Das Verfahren wird erfindungsgemäß so ausgeführt, dass die Inspektion im Abstand von 1–10 Metern zum Isolator mit Flugdrohnen durchgeführt wird, die mit optischen Erfassungsgeräten und anderen Sensoren ausgerüstet sind Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
Es ist vorteilhafterweise sinnvoll, eine direkte Bildfernübertragung von der Flugdrohne während des Fluges über einen Bildschirm oder eine Videobrille auszuführen und somit das Objekt vor Ort direkt zu inspizieren Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
Bei Detektion einer Schadensstelle wird eine detailliertere Analyse eingeleitet. Dabei wird der Abstand zwischen der Flugdrohne und dem Objekt zur besten Aufnahmemöglichkeit in ihrer Entfernung zueinander optimal verändert oder die Fokussierung der optischen Instrumente und anderen Sensoren vergrößert.Upon detection of a damaged area, a more detailed analysis is initiated. In this case, the distance between the flying drone and the object to best recording option in their distance from each other optimally changed or increases the focus of the optical instruments and other sensors.
Die Flugdrohne ist eine Trägerplattform in der Größe eines Modellfluggerätes bekannter Bauart, mit Flugeigenschaften wie Steig- und Sinkflug, Vorwärts-, Rückwarts- und Seitwärtsflug sowie Schwebeflug und Streckenflug (long distance flights). Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
Die Vorteile des Verfahrens im Rahmen der gewerblichen Anwendbarkeit liegen darin begründet, dass die Inspektion kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand durchführbar ist. Durch die sensorbasierte Inspektion der Objekte ist es möglich, den Zustand des jeweiligen Objektes bezüglich Alterung, Abnutzungsgrad ... etc. zu treffen. Es ist weiterhin möglich, ohne großen finanziellen und zeitlichen Aufwand eine erste Einschätzung zum Zustand des Objektes (Gefährdung) sowie eine erste Klassifizierung zu erstellen und über mögliche Maßnahmen (Reparatur, Austausch) zu entscheiden. Die Ausführung ist bereits bekannt, siehe
- – die höhere Qualität der Inspektion, da Bereiche optisch erfassbar sind, die von der Bodenperspektive verborgen bleiben,
- – die höhere optische Auflösung durch den geringeren Abstand zu den Objekten, gegenüber der Boden oder Helikoptersicht,
- – die erweiterten Analysemöglichkeiten durch spezielle Sensoren, die erst durch die unmittelbare Nähe zur Schadensstelle wirksam werden.
- – die Messdatenaufnahme bei laufendem Betrieb.
- - the higher quality of the inspection, as areas are optically detectable, which remain hidden from the ground perspective,
- The higher optical resolution due to the smaller distance to the objects, compared to the ground or helicopter view,
- - The extended analysis options by special sensors, which only become effective through the immediate proximity to the damaged area.
- - Measurement data recording during operation.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Inspektion von Isolatoren an Freileitungen, von denen Verfahrensteile – insbesondere die Aufnahme von Bildern – bereits bekannt sind und auf welche oberhalb verwiesen wurde. Das neuartige Verfahren beschäftigt sich mit der Aufnahme von Messdaten an Isolatoren von Freileitungen in der Neuartigkeit, dass die Datenaufnahmen (siehe Zeichnung 1), welche in der ursprünglichen Anmeldung enthalten sind, wie unterhalb beschrieben erfolgen, insbesondere
- – durch den Einsatz von akustischen Sensoren,
- – durch den Einsatz von Sensoren zur Messung elektrischer Felder,
- – durch den Einsatz von optischen Sensoren in verschiedenen Frequenzbändern,
- – durch den Einsatz von Sensoren zur Messung elektro-magnetischer Felder
- – durch den Einsatz verschiedener Fusionen, insbesondere Informations-, Daten- und Sensorfusionen
- – durch eine automatisierte Befliegung der Freileitung/Objekte in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe Zeichnung 1) basierend auf einer Kombination aus satellitengesteuerter und bildgesteuerter Navigation.
- - through the use of acoustic sensors,
- - through the use of sensors to measure electric fields,
- - through the use of optical sensors in different frequency bands,
- - through the use of sensors for the measurement of electromagnetic fields
- - through the use of various mergers, in particular information, data and sensor mergers
- - by automated aerial guidance of the overhead line / objects in high electrical and electromagnetic fields (see drawing 1) based on a combination of satellite-controlled and image-guided navigation.
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von optischen Sensoren in verschiedenen Frequenzbändern und deren Auswertung erfolgt die Identifizierung und Ortung von Fehlstellen und Fremdkörpern an der Freileitung. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung/Lokalisierung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe Zeichnung 1).Through the data acquisition using optical sensors in different frequency bands and their evaluation, the identification and location of defects and foreign bodies on the overhead line takes place. The inventive step lies in the correlation of different sensors and the autonomous detection / localization of defects in high electric and electromagnetic fields (see drawing 1).
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von akustischen Sensoren und deren Auswertung erfolgt die Identifizierung und Ortung von Fehlstellen insbesondere durch elektrische Teilentladungen. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe Zeichnung 1).By the data acquisition using acoustic sensors and their evaluation, the identification and location of defects is carried out in particular by electrical partial discharges. The inventive step lies in the correlation of different sensors and the autonomous detection of defects in high electric and electromagnetic fields (see drawing 1).
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von Sensoren zur Aufnahme elektrischer Felder und deren Auswertung erfolgt die Identifizierung und Ortung von Fehlstellen inbesondere durch nichtlineare Spannungsverteilung. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe Zeichnung 1).Through the data acquisition using sensors for recording electric fields and their evaluation, the identification and location of defects is carried out in particular by non-linear voltage distribution. The inventive step lies in the correlation of different sensors and the autonomous detection of defects in high electric and electromagnetic fields (see drawing 1).
Durch die Datenaufnahme unter Einsatz von Sensoren zur Aufnahme elektro-magnetischer Impuls-Felder erfolgt die Identifizierung und Ortung von äußeren und inneren Fehlstellen des Isolators. Die erfinderische Tätigkeit liegt in der Korrelation von verschiedenen Sensoren und der autonomen Erkennung von Fehlstellen in hohen elektrischen und elektromagnetischen Feldern (siehe Zeichnung 1).By the data acquisition using sensors for receiving electro-magnetic pulse fields, the identification and location of external and internal imperfections of the insulator takes place. The inventive step lies in the correlation of different sensors and the autonomous detection of defects in high electric and electromagnetic fields (see drawing 1).
Die Abfolge der einzelnen Funktionen innerhalb des Geschäftsprozesses ist dem Dokument „Geschäftsprozessbeschreibung” zu entnehmen (siehe Zeichnung 2). Anhang zu Zeichnung 2 Steuerung Übersicht Steuerungs-/IT-Systeme 
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 60225614 T2 [0003, 0004, 0005, 0006, 0013, 0014] DE 60225614 T2 [0003, 0004, 0005, 0006, 0013, 0014]
- DE 60124224 T2 [0009, 0009, 0009, 0010, 0011, 0013] DE 60124224 T2 [0009, 0009, 0009, 0010, 0011, 0013]
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