Определение степени критичности дефектов электрооборудования по параметрам наблюдаемых в УФ-диапазоне коронных разрядов

32

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

 1(36), 

март

 2025

Максим

ТОЛСТЫХ

, 

главный

специалист

управления

инноваций

Департамента

технологического

развития

и

инноваций

ПАО

 «

Россети

Северо

-

Запад

»

Определение

степени

критичности

дефектов

электрооборудования

по

параметрам

наблюдаемых

в

УФ

-

диапазоне

коронных

разрядов

В

статье

представлены

результаты

разработки

методи

-

ки

подсчета

интенсивности

коронного

разряда

и

класси

-

фикации

степени

критичности

дефектов

элементов

линий

электропередачи

по

наблюдаемой

яркости

свечения

ко

-

ронного

разряда

для

решения

задач

диагностики

. 

Отличи

-

тельной

особенностью

методики

является

возможность

однозначного

сопоставления

наблюдаемого

изображе

-

ния

коронного

разряда

и

степени

критичности

маркируе

-

мого

им

дефекта

. 

В

работе

приведен

алгоритм

определе

-

ния

наблюдаемой

яркости

свечения

коронного

разряда

, 

основанный

на

анализе

данных

покадровой

экранной

яр

-

кости

. 

Приведены

результаты

практической

апробации

предлагаемого

решения

на

базе

российского

ультрафио

-

летового

дефектоскопа

, 

работающего

в

солнечно

-

слепом

диапазоне

, 

на

примере

выполнения

диагностических

меро

-

приятий

в

дневное

время

суток

. 

Научно

-

исследовательская

работа

по

разработке

методики

классификации

дефектов

элементов

ЛЭП

по

наблюдаемой

яркости

УФ

-

свечения

ко

-

ронного

разряда

проведена

в

рамках

реализации

Програм

-

мы

инновационного

развития

ПАО

  «

Россети

Северо

-

За

-

пад

». 

Результатами

работы

являются

математическая

модель

, 

программное

обеспечение

, 

методика

проведе

-

ния

измерений

, 

программы

и

методики

испытаний

, 

проект

стандарта

организации

.

Сергей

КУЛИКОВ

, 

начальник

управления

инноваций

Депар

тамента

технологического

развития

и

инноваций

ПАО

 «

Россети

Северо

-

Запад

»

Диагностика

и

мониторинг

33

Ц

елью

работы

являлась

разработка

программного

обеспечения

и

нормативной

документации

для

внедрения

новых

средств

диагностического

мониторинга

в

производственную

деятельность

ПАО

 «

Россети

» 

для

раннего

выявления

, 

ло

-

кализации

и

категоризации

дефектов

на

высоковольтном

оборудовании

сетевой

инфраструктуры

при

осмотрах

ВЛ

.

Научно

-

исследовательская

работа

проводилась

в

три

этапа

. 

На

первом

этапе

были

реализованы

сбор

и

анализ

первичной

информации

и

эскизное

проектирование

решения

, 

включая

: 

–

обзор

информационных

источников

и

патентные

исследования

;

–

проведение

в

климатической

камере

лабораторных

исследований

влияния

внешних

воздействующих

факторов

 (

ВВФ

) 

и

расстояний

на

параметры

протекающих

коронных

разрядов

;

–

разработку

теоретических

основ

математической

модели

;

–

проведение

лабораторных

исследований

в

аттестованной

электроизмерительной

лаборатории

для

оценки

влияния

ВВФ

и

расстояний

на

параметры

протекающих

на

гирлянде

изоляторов

коронных

разрядов

под

рабочим

напряжением

;

–

изучение

и

анализ

влияния

абсолютной

яркости

коронных

разрядов

на

их

интенсив

-

ность

, 

регистрируемую

российским

ультрафиолетовым

дефектоскопом

, 

работающем

в

солнечно

-

слепом

диапазоне

.

Второй

этап

работ

включал

в

себя

:

–

разработку

методики

измерений

, 

программы

и

методики

испытаний

;

–

проведение

инспекции

состояния

действующей

ВЛ

и

демонтаж

гирлянд

изоляторов

с

выявленными

дефектными

изоляторами

;

–

проведение

в

климатической

камере

лабораторных

исследований

на

демонтиро

-

ванных

образцах

изоляторов

для

формирования

критериальных

зависимостей

влияния

дальности

обнаружения

, 

влажности

и

загрязненности

элементов

ЛЭП

, 

а

также

влияния

давления

воздуха

и

температуры

на

абсолютную

яркость

корон

-

ного

разряда

;

–

разработку

математической

модели

с

учетом

полученных

критериальных

зависимо

-

стей

ВВФ

;

–

разработку

программного

обеспечения

.

На

заключительном

этапе

было

реализовано

проведение

полевых

испытаний

 (

наблю

-

дение

одного

и

того

же

источника

коронных

разрядов

при

различных

погодных

условиях

с

различных

расстояний

) 

для

верификации

математической

модели

и

валидации

про

-

граммного

обеспечения

с

целью

:

–

оценки

надежности

результатов

измерений

в

различных

погодных

условиях

;

–

определения

возможности

однозначной

идентификации

дефектов

элементов

ВЛ

;

–

классификации

дефектов

элементов

ЛЭП

по

критериям

;

–

верификации

математической

модели

по

результатам

испытаний

на

базе

применения

сторонних

методов

диагностики

коронных

разрядов

;

–

разработки

проекта

стандарта

организации

и

формирования

комплекта

документации

для

регистрации

прав

на

полученные

результаты

интеллектуальной

деятельности

.

В

качестве

объектов

исследований

выступали

:

–

стеклянные

, 

фарфоровые

и

полимерные

опорные

, 

подвесные

и

проходные

изоляторы

;

–

провода

в

пролетах

;

–

гибкая

ошиновка

открытого

распределительного

устройства

;

–

изоляторы

разъединителей

; 

–

концевые

муфты

и

т

.

п

.

Типы

выявленных

дефектов

: 

–

поверхностные

загрязнения

, 

трещины

, 

сколы

;

–

отсутствие

тарелок

в

гирляндах

изоляторов

;

–

поверхностные

пробои

;

–

оплавления

деталей

линейной

арматуры

;

Ринат

МИСБАХОВ

,

д

.

т

.

н

., 

доцент

, 

руководитель

центра

энергетики

АНО

ВО

 «

Университет

Иннополис

»

Георгий

ВАГАПОВ

, 

д

.

т

.

н

., 

доцент

, 

профессор

кафедры

«

Электрические

станции

» 

им

. 

В

.

К

. 

Шибанова

ФГБОУ

ВО

 «

КГЭУ

», 

руководитель

направления

моделирования

в

энергетике

АНО

ВО

 «

Университет

Иннополис

»

34

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

 1(36), 

март

 2025

–

наличие

следов

перекрытий

, 

эрозии

и

микротрещин

полимерных

изоляторов

;

–

вспучивание

повивов

проводов

и

т

.

п

.

Объем

исследований

составил

 752 

измерения

, 

в

том

числе

:

–

лабораторные

макетные

исследования

в

климатической

камере

; 

–

лабораторные

исследования

в

аттестованной

элек

-

троизмерительной

лаборатории

под

рабочим

напря

-

жением

; 

–

лабораторные

исследования

в

климатической

камере

на

демонтированных

изоляторах

под

рабочим

напря

-

жением

;

–

полевые

испытания

на

ВЛ

 110 

кВ

Медвежьегорск

 — 

Пяльма

с

отпайками

  (

Л

-143) (

Карельский

филиал

ПАО

 «

Россети

Северо

-

Запад

»); 

–

полевые

испытания

до

и

после

демонтажа

гирлянд

изоляторов

с

ВЛ

 110 

кВ

Валдайского

РЭС

Новгородского

филиала

ПАО

 «

Россети

Северо

-

Запад

»;

–

полевые

испытания

одного

и

того

же

источника

коронных

разрядов

при

различных

погодных

условиях

с

различных

расстояний

.

Обрыв

части

жил

провода

, 

распушенные

провода

, 

усадочные

раковины

сварного

шва

, 

пробой

, 

загрязнение

, 

отсутствие

тарелок

изоляторов

являются

одними

из

наибо

-

лее

часто

встречающихся

дефектов

на

воздушных

линиях

электропередачи

. 

Обозначенные

дефекты

оказывают

не

-

гативное

влияние

на

функционирование

как

самих

ВЛ

, 

так

и

всей

системы

передачи

и

распределения

электроэнергии

в

целом

. 

В

большинстве

случаев

вышеперечисленные

де

-

фекты

сопровождаются

коронированием

, 

которое

возмож

-

но

использовать

в

качестве

диагностического

фактора

для

их

последующего

выявления

на

ранней

стадии

развития

. 

Таким

образом

, 

анализ

процессов

протекания

коронных

разрядов

  (

КР

) 

на

дефектных

элементах

ВЛ

является

ак

-

туальной

задачей

. 

Однако

решение

обозначенной

задачи

тесно

связано

с

необходимостью

теоретического

анализа

взаимосвязей

КР

и

дефектов

на

ВЛ

. 

В

качестве

одного

из

подходов

теоретического

анализа

возможно

использова

-

ние

математической

модели

 (

ММ

) 

пересчета

наблюдаемой

яркости

свечения

КР

. 

Дополнительной

теоретической

за

-

дачей

при

проведении

исследований

является

необходи

-

мость

учета

ВВФ

окружающей

среды

, 

оказывающих

влия

-

ние

на

физические

процессы

протекания

КР

, 

среди

которых

можно

выделить

:

–

влажность

окружающей

среды

;

–

температуру

окружающей

среды

;

–

атмосферное

давление

.

Также

в

ММ

необходимо

учитывать

расстояние

от

точки

съемки

до

коронного

разряда

.

В

свою

очередь

выходными

данными

математической

модели

являются

следующие

параметры

:

–

относительная

яркость

УФ

-

свечения

коронного

разряда

;

–

абсолютная

яркость

УФ

-

свечения

коронного

разряда

;

–

класс

дефекта

  (

критический

, 

существенный

, 

несуще

-

ственный

и

отсутствие

дефекта

).

Категории

критичности

дефекта

:

–

критический

 (

аварийный

) — 

свидетельствующий

о

высо

-

ком

риске

отказа

оборудования

и

требующий

скорейшего

исправления

;

–

существенный

 — 

не

приводящий

к

риску

немедленного

отказа

линии

, 

но

требующий

ремонта

при

ближайшем

плановом

отключении

;

–

несущественный

 — 

не

несущий

рисков

отказа

в

обозримой

перспективе

, 

но

требующий

продолжения

наблюдения

.

Критерии

критичности

дефекта

и

их

визуальные

при

-

знаки

были

синхронизированы

с

системой

управления

производственными

активами

 (

СУПА

) 

ПАО

 «

Россети

Севе

-

ро

-

Запад

».

Существует

несколько

определений

КР

. 

В

данном

ис

-

следовании

применительно

к

его

цели

принято

следую

-

щее

определение

: 

КР

 — 

один

из

видов

самостоятельного

разряда

, 

возникающий

в

широком

диапазоне

давлений

(

от

сотен

долей

Па

до

значений

атмосферного

давления

и

выше

). 

КР

никогда

не

завершается

пробоем

изолирую

-

щего

промежутка

, 

так

как

в

момент

пробоя

КР

перестает

существовать

, 

уступая

место

искровому

или

дуговому

разряду

, 

в

чем

и

заключается

его

особенность

. 

КР

, 

харак

-

теризующийся

высоким

напряжением

на

изолирующем

промежутке

и

очень

малым

током

разряда

, 

сменяется

ис

-

кровым

или

дуговым

разрядом

, 

характеризующимся

ма

-

лым

напряжением

на

изолирующем

промежутке

и

боль

-

шим

током

разряда

. 

КР

возникает

преимущественно

у

электрода

с

малым

радиусом

кривизны

и

горит

в

виде

светящегося

ореола

 – «

короны

», 

что

и

обусловило

в

не

-

которой

степени

его

название

. 

Обязательным

условием

возникновения

КР

является

значительная

неоднород

-

ность

электрического

поля

: 

К

н

≥

 3 (

К

н

 — 

коэффициент

не

-

однородности

электрического

поля

, 

равный

отношению

максимальной

напряженности

электрического

поля

к

ее

среднему

значению

).

Пример

электрического

поля

со

значительным

коэф

-

фициентом

неоднородности

возникает

, 

например

, 

у

про

-

водов

ВЛ

. 

Сопутствующие

ионизационные

процессы

в

КР

происходят

только

вблизи

электрода

с

малым

радиусом

кривизны

, 

эту

зону

называют

чехлом

короны

. 

За

счет

про

-

цессов

ударной

ионизации

в

чехле

короны

непрерывно

создаются

заряженные

частицы

обоих

знаков

. 

Частицы

того

же

знака

, 

что

и

коронирующий

электрод

под

дей

-

ствием

электрического

поля

выходят

из

чехла

короны

во

внешнюю

область

и

постепенно

перемещаются

к

проти

-

воположному

электроду

. 

Соответственно

параметры

КР

непосредственно

будут

находиться

во

взаимосвязи

как

с

параметрами

электрического

поля

 (

напряжения

), 

пара

-

метрами

процессов

ионизации

, 

так

и

с

параметрами

ВВФ

. 

Исследованию

обозначенных

взаимосвязей

посвящены

Диагностика

и

мониторинг

35

значительное

количество

трудов

, 

по

результатам

которых

опубликованы

многочисленные

статьи

и

монографии

. 

Однако

на

сегодняшний

день

проблема

до

конца

не

ре

-

шена

ввиду

ее

значительной

многозадачности

и

разно

-

плановости

.

Таким

образом

, 

научная

новизна

исследования

заклю

-

чается

в

развитии

теории

обозначенных

взаимосвязей

и

яв

-

ляется

целью

исследования

в

настоящей

статье

. 

Одновре

-

менно

с

этим

указанные

взаимосвязи

рассмотрены

с

точки

зрения

протекания

физических

процессов

при

КР

для

со

-

здания

ММ

.

Обозначенная

цель

достигается

посредством

решения

следующих

задач

:

1) 

обобщение

физических

признаков

выявления

КР

;

2) 

практическая

апробация

предлагаемого

метода

;

3) 

выводы

по

результатам

практической

апробации

и

пути

для

дальнейшего

развития

исследования

.

Область

исследований

, 

связанных

с

изучением

КР

, 

всегда

представляла

значительный

интерес

для

широкого

круга

как

исследователей

, 

так

и

эксплуатирующих

организа

-

ций

РЭС

, 

поскольку

КР

может

выступать

в

качестве

диагно

-

стического

признака

. 

Однако

процессы

при

КР

достаточно

сложные

, 

поскольку

кроме

процессов

ионизации

и

возбуж

-

дения

нейтральных

атомов

и

молекул

, 

образования

и

рас

-

пада

отрицательных

и

положительных

ионов

имеют

место

также

процессы

рекомбинации

ионов

и

переходы

атомов

и

молекул

из

возбужденных

в

нормальные

стабильные

со

-

стояния

 [1, 2]. 

Эти

процессы

сопровождаются

излучением

как

в

видимой

, 

так

и

в

более

коротковолновой

УФ

-

областях

спектра

 [1–5]. 

Также

для

зон

ионизации

короны

характерны

быстрые

процессы

, 

происходящие

со

скоростью

электро

-

нов

или

стримеров

. 

Поэтому

ток

короны

, 

помимо

медленно

меняющейся

составляющей

, 

определяемой

перемещени

-

ем

объемного

заряда

, 

содержит

большое

количество

крат

-

ковременных

пиков

. 

Эти

высокочастотные

составляющие

служат

источником

интенсивного

электромагнитного

излу

-

чения

с

широким

спектром

частот

в

интервале

от

 0,15 

до

100 

МГц

 [6, 7]. 

Благодаря

данным

процессам

возможно

устанавливать

местоположение

коронного

разряда

на

про

-

водах

и

изоляторах

ВЛ

и

подстанций

.

Наиболее

перспективными

по

мнению

ряда

авторов

видятся

оптические

методы

фиксации

КР

 [8]. 

Оптико

-

элек

тронные

приборы

, 

решающие

различные

задачи

в

натурных

атмосферных

условиях

, 

в

настоящее

время

обычно

работают

на

поверхности

земли

. 

Излучение

, 

па

-

дающее

на

объектив

оптико

-

электронного

прибора

, 

бу

-

дет

включать

не

только

УФ

-

излучение

от

объекта

  (

в

на

-

шем

случае

плазмы

коронного

разряда

в

атмосфере

), 

но

также

видимое

и

инфракрасное

излучение

от

объекта

, 

от

солнца

, 

а

также

от

мешающих

объектов

, 

излучение

которых

должно

быть

исключено

, 

а

прибор

должен

за

-

регистрировать

полезную

информацию

 [9]. 

В

настоящее

время

разработчики

оптико

-

электронных

систем

активно

осваивают

ультрафиолетовый

диапазон

спектра

. 

Данное

обстоятельство

вызывает

необходимость

оценки

в

этой

области

спектра

характеристик

рассеянного

в

земной

ат

-

мосфере

излучения

солнца

, 

которое

является

фоновой

характеристикой

.

Соответствующая

оценка

была

проведена

в

 [10–12], 

она

показала

интенсивность

рассеянного

излучения

в

средней

УФ

-

области

спектра

в

так

называемом

солнечно

-

слепом

диапазоне

  (

ССД

) — 

между

 230–290 

нм

. 

Нижний

предел

этого

интервала

обусловлен

концом

полосы

Шумана

-

Рун

-

ге

для

кислорода

, 

а

верхний

предел

определен

солнечной

радиацией

, 

прошедшей

через

стратосферный

озоновый

слой

. 

В

ССД

практически

полностью

отсутствует

солнечное

излучение

, 

что

благоприятно

для

практического

примене

-

ния

. 

Также

была

показана

перспективность

использования

ССД

-

спектра

для

функционирования

оптико

-

электронного

прибора

, 

функционирующего

на

основе

регистрации

излу

-

чения

объекта

в

диапазоне

длин

волн

 230–290 

нм

, 

свобод

-

ном

от

рассеянного

фонового

излучения

.

Отечественные

разработки

представлены

оптически

-

ми

приборами

  «

Филин

» 

и

  «

Корона

», 

а

также

ультразву

-

ковым

прибором

УЗД

-201. 

Однако

среди

отечественных

разработок

, 

предназначенных

для

УФ

-

диагностики

, 

на

сегодняшний

момент

отсутствуют

устройства

в

откры

-

той

продаже

, 

обеспечивающие

четкую

визуализацию

коронных

разрядов

на

высоковольтных

электроустанов

-

ках

в

дневное

время

суток

. 

Наиболее

распространенные

в

эксплуатационных

службах

энергохозяйств

различные

модификации

  «

Филина

» 

требуют

проведения

работ

но

-

чью

, 

что

удорожает

УФ

-

диагностику

и

приводит

к

повы

-

шенной

опасности

, 

так

как

она

проводится

фактически

на

необесточенных

ВЛ

и

подстанциях

. 

По

оптическим

свойствам

 «

Филин

» 

соответствует

зарубежным

разработ

-

кам

, 

так

как

обладает

большим

полем

зрения

 (

около

 10°) 

и

дальностью

обнаружения

не

менее

 5 

м

.

Зарубежные

разработки

представлены

различными

модификациями

приборов

 DayCor 

и

 CoroCAM 

и

т

.

д

. 

Все

они

предназначены

для

проведения

УФ

-

диагностики

, 

как

в

тем

-

ное

, 

так

и

в

светлое

время

суток

. 

Данные

оптические

при

-

боры

имеют

относительно

небольшие

массы

и

размеры

, 

обладают

умеренным

энергопотреблением

, 

что

позволяет

их

использовать

одному

оператору

в

течение

продолжи

-

Рис

. 1. 

Внешний

вид

УФ

-

дефектоскопа

36

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

 1(36), 

март

 2025

Ethernet

USB

Система

фильтров

SSD

WiFi

Bluetooth

GSM

УФ

камера

Камера

видимого

диапазона

Вычислитель

Построение

рельефа

частости

Определение

амплитуды

гармоник

промышленной

частоты

Определение

координат

пиков

яркости

Определение

координат

пиков

частости

Построение

блобов

частости

Блок

принятия

решений

Расчет

относительной

яркости

Пересчет

зависимостей

от

ВВФ

Расчет

абсолютной

яркости

ВВФ

Отчет

Построение

блобов

яркости

Определение

средней

амплитуды

в

спектре

Построение

рельефа

яркости

Расчет

количества

событий

в

секунду

Расчет

покадровой

экранной

яркости

Расчет

спектров

Фурье

Кадры

видео

тельного

отрезка

времени

. 

Недостатком

, 

присущим

всем

зарубежным

приборам

, 

является

их

высокая

стоимость

и

отсутствие

универсального

программного

обеспечения

, 

позволяющего

автоматизировать

процесс

обработки

изо

-

бражений

в

УФ

-

диапазоне

.

Для

устранения

этих

двух

недостатков

было

предложено

использование

УФ

-

дефектоскопа

 (

рисунки

 1, 2) 

как

одного

из

перспективных

отечественных

решений

. 

Однако

у

рассмат

-

риваемого

решения

присутствует

программное

обеспечение

для

визуализации

КР

без

возможности

его

обработки

. 

Такой

же

особенностью

обладают

подавляющее

большинство

оп

-

тических

систем

.

Для

решения

этой

проблемы

была

разработана

мате

-

матическая

модель

, 

блок

-

схема

принятия

решений

которой

представлена

на

рисунке

 3. 

Экспресс

-

анализ

на

основе

ММ

выполняется

для

об

-

наружения

дефектов

элементов

ВЛ

и

определения

при

-

знака

его

критичности

на

месте

выполнения

съемки

, 

если

коронный

разряд

, 

фиксируемый

УФ

-

дефектоскопом

, 

об

-

услов

лен

этим

дефектом

. 

ММ

включает

в

себя

следую

-

щие

стадии

.

Построение

рельефа

частости

. 

При

построении

ре

-

льефа

частости

используется

весь

массив

кадров

, 

получен

-

ных

в

данном

эпизоде

съемки

. 

Рельеф

частости

представля

-

ет

собой

трехмерный

график

над

плоскостью

изображения

, 

в

каждом

пикселоместе

которой

 (

координаты

x

и

y 

в

едини

-

цах

номеров

строки

и

столбца

) 

восстанавливается

количе

-

ство

отличающихся

от

нуля

интенсивностей

 (

координата

z

), 

которые

обнаруживаются

в

данном

пикселоместе

по

всему

массиву

кадров

.

В

процессе

построения

рельефа

частости

устанавлива

-

ются

координаты

пика

частости

, 

то

есть

координаты

пиксе

-

ломеста

с

максимальным

значением

частости

, 

а

также

само

это

максимальное

значение

.

В

процессе

построения

рельефа

частости

формируются

блобы

частости

, 

определяются

координаты

пикселоместа

с

максимальным

значением

частости

внутри

блоба

, 

а

также

само

это

максимальное

значение

. 

Под

блобами

понимаются

Рис

. 2. 

Схема

УФ

-

дефектоскопа

Рис

. 3. 

Блок

-

схема

математической

модели

по

определению

критичности

дефектов

Диагностика

и

мониторинг

37

отличимые

друг

от

друга

пятна

в

сечении

рельефа

на

уровне

интенсивности

, 

совпадающим

с

порогом

Отсу

для

бинари

-

зации

изображения

, 

сопоставляемого

с

полученным

релье

-

фом

частости

после

его

нормирования

на

максимальное

значение

 255.

Построение

рельефа

яркости

. 

При

построении

релье

-

фа

яркости

используется

весь

массив

кадров

, 

полученных

в

данном

эпизоде

съемки

. 

Все

кадры

массива

суммируют

-

ся

, 

в

результате

чего

формируется

суммарный

кадр

. 

Сум

-

марный

кадр

анализируется

скользящей

рамкой

 13×13 

пик

-

селей

, 

сканирующей

суммарный

кадр

по

горизонтали

и

вертикали

с

шагом

 1 

пиксель

от

крайней

левой

границы

кадра

до

крайней

правой

, 

и

от

крайней

верхней

границы

кадра

до

крайней

нижней

. 

В

каждом

положении

аналити

-

ческой

рамки

вычисляется

удельная

яркость

на

пиксель

(

сумма

интенсивностей

всех

пикселей

в

рамке

, 

деленная

на

 169). 

Рельеф

яркости

представляет

собой

трехмерный

график

над

плоскостью

изображения

, 

в

каждом

пикселоме

-

сте

которой

 (

координаты

x

и

 y 

в

единицах

номеров

строки

и

столбца

) 

восстанавливается

удельная

яркость

в

анали

-

тической

рамке

с

центром

в

этом

пикселоместе

  (

коорди

-

ната

z

). 

В

процессе

построения

рельефа

яркости

устанав

-

ливаются

координаты

пика

яркости

, 

то

есть

координаты

пикселоместа

с

максимальным

значением

яркости

, 

а

также

само

это

максимальное

значение

.

В

процессе

построения

рельефа

яркости

формируются

блобы

яркости

, 

определяются

координаты

пикселоместа

с

максимальным

значением

яркости

внутри

блоба

, 

а

также

само

это

максимальное

значение

. 

Под

блобами

понимают

-

ся

отличимые

друг

от

друга

пятна

в

сечении

рельефа

на

уровне

интенсивности

, 

совпадающим

с

порогом

Отсу

для

бинаризации

изображения

, 

сопоставляемого

с

полученным

рельефом

яркости

после

его

нормирования

на

максималь

-

ное

значение

 255. 

Определение

совпадений

блобов

и

пиков

яркости

и

час

тости

.

Если

наблюдается

совпадение

пиков

яркости

и

частости

друг

с

другом

или

блобов

яркости

и

частости

друг

с

другом

, 

или

пиков

яркости

с

блобами

частости

, 

а

так

-

же

пиков

частости

с

блобами

яркости

, 

то

такое

совпадение

с

большой

вероятностью

указывает

на

наличие

дефекта

элемента

линии

электропередачи

в

месте

такого

совпа

-

дения

. 

При

сравнении

сопоставляются

координаты

пиков

частости

и

яркости

и

координаты

пикселей

внутри

блобов

с

максимальными

значениями

интенсивности

. 

Координаты

считаются

совпавшими

, 

если

их

разность

по

строкам

и

по

столбцам

по

модулю

не

превышает

 11 

пикселей

.

Расчет

количества

событий

в

секунду

.

Под

количе

-

ством

событий

в

секунду

понимается

количество

ненулевых

пикселей

в

массиве

кадров

, 

снятых

УФ

-

дефектоскопом

за

1 

секунду

. 

Данный

параметр

назван

количеством

событий

в

секунду

 (

соб

/

сек

), 

так

как

его

теоретический

расчет

хорошо

описывает

зависимость

одноименного

параметра

от

темпе

-

ратуры

абсолютно

черного

тела

, 

приведенную

в

методике

поверки

изделия

 CoroCam 6, 7, 8. 

Параметр

рассчитывается

по

всему

массиву

кадров

с

шагом

 1 

кадр

.

Расчет

покадровой

экранной

яркости

.

Под

покадровой

экранной

яркостью

понимается

сумма

всех

значений

интен

-

сивности

по

всем

пикселоместам

данного

кадра

. 

На

выходе

получается

числовой

ряд

, 

количество

членов

которого

равно

количеству

кадров

в

обрабатываемом

массиве

. 

Поскольку

кадры

отделяются

друг

от

друга

некоторым

интервалом

вре

-

мени

, 

то

покадровая

экранная

яркость

является

временным

рядом

. 

Этот

временной

ряд

выводится

на

экран

УФ

-

дефек

-

тоскопа

и

позволяет

оценить

развитие

коронного

разряда

во

времени

и

наличие

 (

или

отсутствие

) 

кадров

очень

большой

интенсивности

, 

обязанной

своим

происхождением

корон

-

ным

разрядам

. 

Расчет

спектров

Фурье

.

При

расчете

однопиксель

-

ного

спектра

Фурье

преобразованию

Фурье

подвергается

числовой

ряд

, 

каждый

член

которого

равен

интенсивности

пикселя

в

выбранном

пикселоместе

. 

Как

правило

, 

выбран

-

ное

пикселоместо

совпадает

с

пиком

частости

и

/

или

пиком

яркости

. 

Однопиксельный

спектр

Фурье

наблюдается

при

мощном

коронном

разряде

. 

Наличие

в

однопиксельном

спектре

Фурье

ярко

выраженных

гармоник

промышленной

частоты

 50 

Гц

, 

а

также

гармоник

частоты

 100 

Гц

однознач

-

но

свидетельствует

о

наличии

коронного

разряда

и

о

его

локализации

.

Покадровый

спектр

Фурье

.

При

расчете

покадрового

спектра

Фурье

преобразованию

Фурье

подвергается

пока

-

дровая

экранная

яркость

. 

Наличие

в

покадровом

спектре

Фурье

ярко

выраженных

гармоник

промышленной

частоты

50 

Гц

, 

а

также

гармоник

частоты

 100 

Гц

однозначно

свиде

-

тельствует

о

наличии

коронного

разряда

. 

Однако

поскольку

покадровый

спектр

Фурье

не

позволяет

оценить

локализа

-

цию

дефекта

, 

то

он

и

не

позволяет

утверждать

, 

что

данный

коронный

разряд

порожден

дефектом

ВЛ

.

Для

выявления

тонких

особенностей

гармоник

и

расчета

их

измеренной

частоты

и

амплитуды

анализируется

полу

-

ченный

покадровый

спектр

в

диапазонах

частот

 50±0,4 

Гц

и

 100±0,8 

Гц

. 

Для

оценки

относительной

величины

амплитуд

гармоник

рассчитывается

среднее

значение

гармоник

по

всему

спек

-

тру

. 

Принято

, 

что

гармоника

промышленной

частоты

имеет

место

быть

, 

если

ее

частота

совпадает

с

частотой

анализи

-

руемой

ВЛ

, 

а

амплитуда

более

, 

чем

в

три

раза

превышает

среднее

значение

.

Поблобовый

спектр

Фурье

.

При

расчете

поблобово

-

го

спектра

Фурье

преобразованию

Фурье

подвергается

поблобовая

экранная

яркость

. 

Под

поблобовой

экранной

яркостью

понимается

сумма

всех

значений

интенсивности

по

всем

пикселоместам

данного

блоба

  (

для

упрощения

анализа

всем

блобам

назначается

размер

 13×13 

пкс

). 

На

выходе

получается

числовой

ряд

, 

количество

членов

кото

-

рого

равно

количеству

кадров

в

обрабатываемом

массиве

. 

Поскольку

кадры

отделяются

друг

от

друга

некоторым

ин

-

38

Ежеквартальный

спецвыпуск

№

 1(36), 

март

 2025

тервалом

времени

, 

то

поблобовая

экранная

яркость

явля

-

ется

временны м

рядом

.

Наличие

в

поблобовом

спектре

Фурье

ярко

выраженных

гармоник

промышленной

частоты

 50 

Гц

, 

а

также

гармоник

частоты

 100 

Гц

однозначно

свидетельствует

о

наличии

ко

-

ронного

разряда

и

указывает

на

его

локализацию

.

Для

выявления

тонких

особенностей

гармоник

, 

расчета

их

измеренной

частоты

и

амплитуды

анализируется

полу

-

ченный

поблобовый

спектр

в

диапазонах

частот

 50±0,4 

Гц

и

 100±0,8 

Гц

. 

Для

оценки

относительной

величины

амплитуд

гармоник

рассчитывается

среднее

значение

гармоник

по

всему

спек

-

тру

. 

Принято

считать

, 

что

гармоника

промышленной

часто

-

ты

имеет

место

быть

, 

если

ее

частота

совпадает

с

частотой

анализируемой

ВЛ

, 

а

амплитуда

более

, 

чем

в

три

раза

пре

-

вышает

среднее

значение

.

Таким

образом

, 

в

результате

теоретического

исследо

-

вания

разработана

математическая

модель

определения

величин

КР

, 

которая

основывается

на

анализе

данных

, 

по

-

лучаемых

с

УФ

-

дефектоскопа

.

Практическая

часть

.

В

целях

практической

апробации

предложенной

математической

модели

  (

рисунок

 3) 

было

проведено

ее

внедрение

в

опытную

эксплуатацию

в

виде

программного

обеспечения

. 

В

процессе

экспресс

-

анализа

рассчитываются

следую

-

щие

параметры

:

–

координаты

на

изображении

пиков

частости

по

всему

кадру

и

их

интенсивность

;

–

координаты

на

изображении

пиков

яркости

по

всему

кадру

и

их

интенсивность

;

–

координаты

на

изображении

самых

интенсивных

пиков

частости

в

пределах

блобов

частости

и

их

интенсив

-

ность

;

–

координаты

на

изображении

самых

интенсивных

пиков

яркости

в

пределах

блобов

яркости

и

их

интенсивность

;

–

количество

событий

в

секунду

;

–

частоты

и

амплитуды

гармоник

промышленной

частоты

50 

Гц

и

 100 

Гц

в

покадровом

спектре

Фурье

 (

при

наличии

этих

гармоник

);

–

частоты

и

амплитуды

гармоник

промышленной

частоты

50 

Гц

и

 100 

Гц

в

поблобовых

спектрах

Фурье

 (

при

нали

-

чии

этих

гармоник

);

–

удельная

яркость

на

пиксель

в

аналитической

рамке

13×13 

пкс

в

положении

на

кадре

, 

при

котором

удельная

яркость

максимальна

 (

в

пике

яркости

) 

при

сканировании

суммарного

кадра

;

–

средняя

экранная

яркость

, 

равная

сумме

покадровых

экранных

яркостей

, 

деленной

на

число

кадров

в

выборке

.

Пересчет

параметров

к

стандартной

дальности

. 

Все

параметры

зависят

от

расстояния

между

источником

излучения

и

УФ

-

дефектоскопом

. 

Поэтому

для

сравнения

результатов

анализа

на

различных

опорах

одной

и

той

же

ВЛ

необходимо

пересчитывать

параметры

, 

измеренные

на

дальности

измерений

, 

приведенной

к

некоторой

стандарт

-

ной

дальности

.

Зависимость

интенсивности

излучения

от

расстояния

L

между

источником

излучения

и

УФ

-

дефектоскопом

можно

описать

формулой

:

I

L

= (

I

∙

e

–

kL

) / 

L

2

, (1)

где

I

 — 

интенсивность

излучения

в

точке

нахождения

излучателя

 (

в

нашем

случае

 — 

коронного

разряда

); 

k

 — 

коэффициент

ослабления

света

при

прохождении

через

атмосферу

. 

Формула

базируется

на

общеизвестном

поло

-

жении

об

обратно

квадратичной

зависимости

интенсивно

-

сти

излучения

от

расстояния

до

точечного

источника

и

на

законе

ослабления

излучения

в

атмосфере

Бугера

-

Лам

-

берта

-

Бера

.

В

формулу

 (1) 

входит

два

неизвестных

параметра

 (

k

и

I

), 

для

определения

которых

нужно

иметь

систему

из

двух

уравнений

. 

Если

выполнить

измерения

на

двух

различных

дальностях

L

1

и

L

2

, 

то

эти

уравнения

будут

иметь

вид

:

I

1

= (

I 

∙

e

–

kL

) / 

L

1

2

,    

I

2

 = (

I 

∙

e

–

kL

) / 

L

2

2

. 

(2)    

Вычисление

коэффициента

ослабления

k

и

интенсивно

-

сти

источника

I

по

этим

двум

измерениям

приводят

к

следу

-

ющему

результату

: 

 1 

I

1 

L

1

 k 

= — 

ln

—  —

2

, (3)

L

2

 – 

L

1

I

2

L

2

 I 

= 

I

1 

∙

L

1

2

∙

e

kL

1

. (4)

С

учетом

соотношений

 (3) 

и

 (4) 

формула

пересчета

ин

-

тенсивности

излучения

I

2

на

дальности

L

2

к

интенсивности

излучения

I

э

на

эталонной

дальности

L

э

будет

иметь

вид

:

I

э

= 

I

2

 (

L

2 

/

L

э

 )

2

∙

e

k

(

L

2

–

L

э

)

. (5)

С

учетом

вышесказанного

методика

измерений

должна

предусматривать

следующие

шаги

:

–

определить

приблизительное

расстояние

от

нижней

точки

контролируемого

изолятора

до

земли

L

з

  (

задать

эталонную

дальность

L

э

 = 0,8

L

з

);

–

измерить

интенсивность

свечения

предполагаемого

коронного

разряда

с

некоторого

расстояния

L

1

, 

макси

-

мально

приближенного

к

опоре

;

–

отойти

от

точки

первого

измерения

по

любому

доступ

-

ному

направлению

, 

сохраняя

коронный

разряд

в

поле

зрения

УФ

-

дефектоскопа

, 

на

расстояние

, 

примерно

рав

-

ное

L

ш

 = 0,2÷0,3

L

з

, 

определить

расстояние

до

коронного

раз

ряда

L

2

;

–

выполнить

измерение

интенсивности

с

расстояния

L

2

;

–

по

формуле

 (3) 

определить

значение

коэффициента

k

;

–

пересчитать

значение

интенсивности

I

1

к

значению

интенсивности

на

эталонной

дальности

I

э

.

Камеральный

анализ

.

К

камеральному

анализу

отно

-

сятся

процедуры

, 

которые

в

силу

своей

ресурсоемкости

и

длительности

выполнения

не

могут

быть

выполнены

в

УФ

-

дефектоскопе

. 

Данный

анализ

выполняется

для

Диагностика

и

мониторинг

39

значение

амплитуды

приписывается

пикселоместу

в

цен

-

тре

аналитической

рамки

. 

Для

полученного

таким

образом

рельефа

определяет

-

ся

максимальное

значение

амплитуды

по

кадру

, 

а

затем

по

значению

этой

амплитуды

определяются

координаты

пик

-

селоместа

, 

которому

приписано

значение

этой

амплитуды

.

Чем

больше

значение

N

, 

тем

ярче

полученные

спектры

, 

но

тем

меньше

точность

локализации

коронного

разряда

. 

В

пределе

при

N

, 

равном

размеру

кадра

, 

местом

локализа

-

ции

разряда

является

весь

кадр

.

Чем

больше

значение

S

, 

тем

меньше