211service.com
Robo Crawler Monitorer underjordiska strömkablar
Ofta innan en strömkabel går, ger den några subtila tecken på nöd. Tyvärr ligger många kritiska distributionskablar under jord, vilket gör dem svåra för människor att komma åt och övervaka. Men nu kan en ny kabelkrypande robot, utvecklad av forskare vid University of Washington (UW), Seattle, ge välbehövlig insikt i underjordiska kraftsystems hälsa.
Bilden visar en del av en robot som är designad för att autonomt korsa underjordiska kraftkablar, med hjälp av sensorer ombord för att upptäcka skador. Genom att upptäcka dålig kabel innan den går sönder kan roboten spara tid och pengar för kraftbolagen på underhåll och reparation av elnätet.
Att övervaka kabelsystem är en av elindustrins heliga graler, säger Don Von Dollen, programledare för IntelliGrid-programmet på Electric Power Research Institute (EPRI), i Palo Alto, CA. När du får ett kabelfel är det jobbigt att hitta den, gräva upp den och fixa den. Att komma med bra diagnostik har varit en långvarig utmaning, och det är en svår nöt att knäcka.
I decennier har forskare och företag arbetat med olika sätt att övervaka elnät. En traditionell metod, som har använts i 50 år, kallas ett högpotentialtest, säger Von Dollen. Man kopplar i princip bort kabeln och skickar en stor spänningsspets över den, säger han. Om det finns några problem kommer det att leda till att kabeln misslyckas. Det är en brute-force-metod, säger han, men om kabeln misslyckas, är det åtminstone i en kontrollerad miljö. På senare tid har människor använt radar för att upptäcka fel.
Men dessa metoder kräver en hel del mänsklig interaktion. UW-forskarna närmade sig utmaningen genom att designa en robot som autonomt kan passera underjordiska kablar nedgrävda i rör och tunnlar. Roboten, som rullar på små neoprenhjul och drivs av ett batteripaket, kramar om kabeln hårt medan dess tre inbyggda sensorer letar efter tecken på slitage. Endast cirka 10 procent av jordkablarna finns i rör eller tunnlar (resten är nedgrävd direkt i marken). Men dessa kablar är ofta de som upplever oväntade förhållanden som vattendropp, säger Alexander Mamishev , professor i elektroteknik vid UW och projektledare, vilket gör dem mer mottagliga för misslyckanden.
Att övervaka dessa underjordiska kraftsystem är ett tvådelat problem, säger Mamishev. För det första är terrängen svår för en robot att navigera självständigt. Miles av kablar består av vridningar, svängar, konsoler och överhäng som kan hindra framsteg. Dessa överväganden var integrerade i designen, säger han. Roboten har ett gyroskop som hjälper till att upprätthålla balansen och stabiliserande armar som hjälper till att rätta till den om den glider av spåret. Roboten är byggd i segment, ungefär som ett tåg med flera bilar, och den sitter tre tum ovanför en kabel. Det ena segmentet är ägnat åt robotstyrningen, och det andra innehåller sensorer och databehandlingsenheter.
Den andra utmaningen med att övervaka strömkablar handlar om vilken typ av sensor som används. Mamishev misstänker att en kombination av sensorer kan hitta problem i kablar bättre än en enskild metod kan. Därför inkluderar hans teams robot en termisk sensor för att lokalisera hot spots; en akustisk sensor för att lokalisera det tysta knäppet, knastret och gnistor från en partiell elektrisk urladdning; och en dielektrisk sensor för att mäta närvaron av fukt som kan ha sipprat in i isoleringen. Dessutom har roboten en videokamera så att dess framsteg kan övervakas på distans.
Mamishev och hans team tog nyligen roboten till New Orleans för att testa den på Lockheed Martins Michoud NASA Assembly Facility. Målet var att hitta skador som kunde ha orsakats av orkanen Katrina, eftersom saltvatten från översvämningarna kan sippra in i kabelisoleringen. De hittade inga skador i anläggningens ledningar. Detta första fälttest var dock ett bra proof of concept, säger Mamishev, och roboten navigerade framgångsrikt tre miles av kabel.
Forskarnas teknik ser väldigt spännande och lovande ut, säger Dave Hawkins, projektledare för integration av förnybara resurser på Kalifornien oberoende systemoperatör , en ideell organisation som hanterar majoriteten av statens högspänningsnät. Roboten skulle kunna förbättra den elektriska tillförlitligheten genom att identifiera kablar som har nått slutet av sin livslängd, säger han. Genom att prognostisera potentiella fel kan kablar tas ur drift på ett planerat sätt, vilket sparar tid och pengar.
EPRIs Von Dollen säger att forskningen är på rätt väg för att ta itu med en del av branschens kabelövervakningsproblem. Det är ett intressant tillvägagångssätt, säger han. Men eftersom roboten sitter några centimeter högre än rören kan den ha svårt att navigera i de trånga utrymmena i kanalerna och rören där vissa kablar är inrymda.
Mamishev säger att roboten har potential att krympa ner till en höjd av cirka en tum, men inte tunnare. Men även vid tre tum kan den fortfarande krypa obehindrat längs ett antal underjordiska kabelsystem, säger han.
Under de kommande månaderna planerar forskarna att ersätta de nuvarande stela stabilisatorerna med nya som är flexibla och anpassningsbara. Sedan, om roboten stöter på ett trångt utrymme, kan armarna böjas ur vägen; om den tippar kan armarna räta ut roboten mer exakt. Dessutom kommer Mamishev att lägga till fler batterier, kanske genom att lägga till fler segment till robottåget.
Robotarna har potential att kommersialiseras relativt snart, säger han. Tidslinjen skulle dock helt bero på kommersiella partners intresse. Om vi hade bra partners, säger han, skulle vi på ett år kunna erbjuda en kabelkontrolltjänst.