Patrol Monitoring Plan for Transmission Towers with a Commercial Drone and its Field Tests

상용화 드론을 이용한 송전선로 점검방안 및 현장시험

Abstract

Various types of robots running on power transmission lines have been developed for the purpose of line patrol monitoring. They usually have complex mechanism to run and avoid obstacles on the power line, but nevertheless did not show satisfactory performance for going over the obstacles. Moreover, they were so heavy that they could not be easily installed on the lines. To compensate these problems, flying robots have been developed and recently, multi-copter drones with flight stability have been used in the electric power industry. The drones could be remotely controlled by human operators to monitor power distribution lines. In the case of transmission line patrol, however, transmission towers are huge and their spans are very long, and thus, it is very difficult for the pilot to control the patrol drones with the naked eye from a long distance away. This means that the risk of a drone crash onto electric power facilities always resides. In addition, there exists another danger of electromagnetic interference with the drones on autopilot waypoint tracking under ultra-high voltage environments. This paper presents a patrol monitoring plan of autopilot drones for power transmission lines and its field tests. First, the magnetic field effect on an autopilot patrol drone is investigated. Then, how to build the flight path to avoid the magnetic interference is proposed and our autopilot drone system is introduced. Finally, the effectiveness of the proposed patrol plan is confirmed through its field test results in the 154 kV, 345 kV and 765 kV transmission lines in Chungcheongnam-do.

과거 송전선로를 점검하기 위하여 선로를 주행하는 로봇시스템을 이용하여 점검방법이 있었으나 선로를 주행하기 위한 구동장치와 장애물을 회피하기 위한 복잡한 메커니즘 등으로 시스템 자체가 무거워 선로에 설치하기가 어렵고 선로의 장애물을 완벽하게 회피하여 주행하지 못하는 단점이 있었다. 그래서 공중에서 비행하며 점검하는 비행로봇 형태가 개발됐고 최근 회전익 멀티콥터 형태 드론의 비행안정도가 높아짐에 따라 전력산업에도 전력설비 점검에 이용되기 시작했다. 배전설비를 수동조종으로 비행하는 드론을 이용하여 점검해 왔다. 그러나 송전선로나 철탑의 경우, 설비 규모가 크고 경간 거리가 멀어 비행 중인 드론의 위치와 송전선로간의 거리를 가늠하기 어렵기 때문에 드론을 수동으로 시계비행하며 송전선로를 점검하기에는 선로와의 충돌위험에서 자유롭기 어렵다. 또한, 수동조종으로 선정된 웨이포인트(Way-point)에 의존한 자동비행점검도 송전선로에 형성되는 자기장에 의해 드론의 전자식 나침판이 오작동하여 비행방향의 오류를 초래하므로 송전선로와의 충돌 가능성이 여전히 상존한다. 그러므로 본 논문에서는 송전선로의 자기장을 영향에 대한 드론점검 작업환경을 조사하고 이를 근거로 자기장 영향권 밖에서 비행경로를 생성하여 고배율카메라와 열화상 카메라가 탑재된 상용화 드론을 이용하여 자동비행하면서 송전선로를 점검할 수 있는 체계를 소개한다. 또한, 이 점검체계를 이용하여 충남지역의 154 kV, 345 kV, 765 kV 등 전압별 실 선로에 대하여 적용한 현장시험결과를 소개하고자 한다.

Fig. 1. LineScout의 현장시험 및 수리도구. (a) LineScout 프로토타입 현장시험[2], (b) LineArm와 Tool modules [3].

Fig. 1. LineScout의 현장시험 및 수리도구. (a) LineScout 프로토타입 현장시험[2], (b) LineArm와 Tool modules [3].

Fig. 2. Expliner의 주요구성 및 송전선 점검결과.

Fig. 2. Expliner의 주요구성 및 송전선 점검결과.

Fig. 3. AApe‐B의 현장시험과 점검사진 [6].

Fig. 3. AApe‐B의 현장시험과 점검사진 [6].

Fig. 4. 산동전력 과학연구원(SEPRI)의 개발 무인헬기 및 촬영영상. (a) visible ‐light image with 2× optical zoom, (b) Visible‐light image with 20× optical zoom, (c) Enlarged view of the insulatior in (b), (d) Infrared thermal image.

Fig. 4. 산동전력 과학연구원(SEPRI)의 개발 무인헬기 및 촬영영상. (a) visible ‐light image with 2× optical zoom, (b) Visible‐light image with 20× optical zoom, (c) Enlarged view of the insulatior in (b), (d) Infrared thermal image.

Fig. 5. 스페인 RELIFO Project의 무인헬기 시스템 구성도 및 적용 사례 [9]. (a) RELIFO 시스템의 구성, (b) 적용사례 및 SMS와 이메일 알림기능.

Fig. 5. 스페인 RELIFO Project의 무인헬기 시스템 구성도 및 적용 사례 [9]. (a) RELIFO 시스템의 구성, (b) 적용사례 및 SMS와 이메일 알림기능.

Fig. 6. 국내 연선작업 및 배전선로 전력설비 점검 드론이용 사진 [출처: 전기신문].

Fig. 6. 국내 연선작업 및 배전선로 전력설비 점검 드론이용 사진 [출처: 전기신문].

Fig. 7. 소형 상용 드론을 이용한 활선 작업환경 분석 시험.

Fig. 7. 소형 상용 드론을 이용한 활선 작업환경 분석 시험.

Fig. 8. 송전선로 이격거리에 따른 자기장 세기 측정사례.

Fig. 8. 송전선로 이격거리에 따른 자기장 세기 측정사례.

Fig. 9. 드론 수직비행을 통한 거리별 자기장 영향 확인 시험.

Fig. 9. 드론 수직비행을 통한 거리별 자기장 영향 확인 시험.

Fig. 10. 자기장 영향으로 인한 전자식 나침판 오작동 발생.

Fig. 10. 자기장 영향으로 인한 전자식 나침판 오작동 발생.

Fig. 11. 765 kV 선로 자기장 세기 측정데이터.

Fig. 11. 765 kV 선로 자기장 세기 측정데이터.

Fig. 12. 송전선로 점검드론 운용절차.

Fig. 12. 송전선로 점검드론 운용절차.

Fig. 13. 345 kV 선로 안전비행 이격거리 설정.

Fig. 13. 345 kV 선로 안전비행 이격거리 설정.

Fig. 14. 765 kV 선로 안전비행 이격거리 설정.

Fig. 14. 765 kV 선로 안전비행 이격거리 설정.

Fig. 15. 고도측정용 드론 위치.

Fig. 15. 고도측정용 드론 위치.

Fig. 16. 드론의 송전선 투영점 Pt1에 대한 도식.

Fig. 16. 드론의 송전선 투영점 Pt1에 대한 도식.

Fig. 17. GCS와 점검드론과의 통신구조.

Fig. 17. GCS와 점검드론과의 통신구조.

Fig. 18. 송전선로 점검드론.

Fig. 18. 송전선로 점검드론.

Fig. 19. 철탑 GPS좌표측정용 좌표측정기.

Fig. 19. 철탑 GPS좌표측정용 좌표측정기.

Fig. 20. 송전선로 고도측정용 드론.

Fig. 20. 송전선로 고도측정용 드론.

Fig. 21. 고도측정 사례.

Fig. 21. 고도측정 사례.

Fig. 22. 345 kV 아산‐화성 T/L 11‐12 비행경로.

Fig. 22. 345 kV 아산‐화성 T/L 11‐12 비행경로.

Table. 1 송전설비 점검의 종류 [1]

Table. 1 송전설비 점검의 종류 [1]

Table. 2 송전설비 진단의 종류 [1]

Table. 2 송전설비 진단의 종류 [1]

Table. 3. 154 kV 및 345 kV 선로의 점검결과

Table. 3. 154 kV 및 345 kV 선로의 점검결과

Table. 4. 154 kV 및 345 kV 선로의 점검결과

Table. 4. 154 kV 및 345 kV 선로의 점검결과