Detekto de Surfaca Elektroĉarĝo de Ekstera Izolado de Eksa Ĉirkaŭŝnurorompilo Bazita sur Ultravioleta Bildigo

Plena ĉirkaŭa vakuuma cirkvitoŝtopiloj (ĉi-malantaŭ nomitaj kiel ŝtopiloj) estas vaste uzataj en distribua reto pro siaj avantaĝoj, kiel malgranda volumeno, malpeza pezo, ignifendeco, eksplodo-protektado, glata operacio, malalta bruado, malgranda kontakta spaco, mallonga arktempo, kaj facila matenado. Kiam atmosfera poluo iĝas pli severa, en malfavoraj veteraj kondiĉoj, kiel dika brumo, drizo, kondenso, aŭ glaciomelto, parta elŝargo (PD) eble okazos sur la surfaco de la post-insulatoro de la ŝtopilo. Tio eĉ povas konduki al flamfendo, kiuj mallongigas la servoperiodon de la ŝtopiloj kaj influas la sekuran kaj stabilan operacion de la energisistemo.

En ĉi tiu artikolo, ZW32-12 eksterdoma kolona alta-volta vakuuma cirkvitoŝtopilo (ĉi-malantaŭ nomita kiel HV ZW32-12 ŝtopilo) estas uzata kiel ekzemplo, submetiĝante testojn en diversaj klimatikaj kondiĉoj. La surfaca elŝarĝoproceso de la post-insulatoro de la ZW32-12 ŝtopilo estas registrita per UV-imagilo, dum samtempe sia elŝargokvanto estas mezurata. Post la bildtraktado de la UV-bildoj, karakterizaj parametroj estas ekstraktitaj por priskribi la trajtojn de ĉi tiuj bildoj. Tiam la elŝargokvanto estas komputita uzante la metodon de plej malgrandaj kvadratoj subtenvektora maŝino, ebligante la kalibron de la UV-bildoj. Tio prezentas novan ne-kontaktan detektan teknikon por parta elŝargo de ŝtopiloj.

La ZW32-12 ŝtopilo estas tri-faza, 50Hz, 12kV AC eksterdoma energia distribua aparato. Ĝi estas ĉefe uzata por interrompi kaj fermi lastan kuranton, superlastan kuranton, kaj kortocircuitan kuranton. Lia strukturo estas montrita en Fig. 1.

Por samtempe registri la elŝarĝan UV-bildon de la post-insulatoro kaj mezuri la partan elŝargokvanton (PD), insulatorsurfaca elŝarĝotesta sistemo estas disvolvita, kiel montrite en Fig. 2. En Fig. 2, T reprezentas la voltregulilon, B estas la stigtransformilo, R₁ estas la limiga rezistoro, kaj C₂ estas la kunliganteko, kiu estas uzata por provspecimenejo de PD-mezurejo. 

La transformilo uzata en la sistemo estas modelo YDWT-10kVA/100kV, kiel montrite en Fig. 3-a. Ĝi estas uzata por generi la alta-voltan fonton bezonatan por la insulatoro.

OFIL Superb UV-imagilo estas uzata por registri la UV-bildojn de la insulatorsurfaca elŝargo, kiel montrite en Fig. 3-b. La testa specimeno estas la post-insulatoro el ZW32-12 ŝtopilo, kiu estis en servo dum tri jaroj, kiel montrite en Fig. 3-c. La specimeno estas metita en artifika klimatkamero, kie la relativa humideco povas esti stabile regula.

En ĉi tiu sistemo, impulsa kurantometodo estas adoptita por mezuri la partan elŝargokvanton (PD). La kontrolpanelo regulas la voltregulilon kaj transformilon por generi la deziratan voltan. Tiam, la PD-signalo estas transdonata al la PD-detektilo JFD-3 per kunliganteko kaj detektada impedanco.

Per intermita humidiĝo, la relativa humideco en la artifika klimatkamero povas esti tenata je stabila nivelo. Insulatoroj estas espostitaj al volto dum du horoj por certigi ke ili estas tute humigitaj. Tiam, 12kV volto estas aplikata al la insulatoro por 5 minutoj. Dum ĉi tiu periodo, UV-bildoj estas registritaj, kaj la PD-kvanto estas mezurata. La fotodistanco de la UV-imagilo estas 5 metroj, kun angulo de 0° kaj gajno de 110%. Ripetaj testoj estas faritaj je ĉiu relativa humidecnivelo, kiu varias de 70% ĝis 90%, per stiga proceso de 5%.

 Procezo de UV-bildoj

La UV-imagilo registras video, do kadro-traktado estas necesa por akiri sukcesivajn kadrojn de la UV-video por plua analizo. Ĉiu bildo-kadro estas RGB-verkolora bildo [3]. La insulatorsurfaca elŝargo estas reflektita en la UV-bildo kiel lumeta punkto. Ju pli intenca estas la surfaca elŝargo, des pli granda estas la areo de la punkto. Do, bild-pretraktado kaj bild-segmentado estas esencaj paŝoj por filtrigi la bildan fonon kaj ekstrakti la punktan parton.

Ĉar la ruja komponento (R), verda komponento (G), kaj blua komponento (B) en la RGB-kolorspaco nur indikas la kolorproporcion de rujo, verdo, kaj bluo kaj ne povas reprezenti la bildan lumon, ni analizas ĉiun bild-kadron en la HSL-kolorspaco. HSL signifas Huon, Saturacion, kaj Lumon respektive. La HSL-komponentoj de bild-kadro estas montritaj en Fig. 4. Laŭ Fig. 4, ni povas determini ke la H aŭ S komponento ne povas distingi la punkton de la fono, dum la L komponento povas faritajn ĉi tiun diskriminon [4].

Kiel vidite el Fig. 4-c, la L komponento de la punkta parto estas pli granda ol tiu de la fono. Do, limvalora segmentado estas efika metodo por ekstrakti la punktan parton. La klavpunkto kuŝas en elekti la ĝustan L-komponentan limvaloron. Ĉi tie, ni uzas la Otsu-limvaloran metodon por kalkuli la L-komponentan limvaloron [5]. Post Matlab kodado de la Otsu-metodo, la optimuma L-komponenta limvaloro estas determinita kiel 216, kaj la segmenta rezulto estas prezentita en Fig. 5-c. Evidente, la fono estas filtrigita, lasante nur la UV-punktan parton.

Kiel montrite en Fig. 5-c, krom la UV-punkta parto, ankoraŭ estas multaj malgrandaj bruopunktoj. Por solvi tion, ni aplikas matematikan morfologian operacion kun struktura elemento en formo de cirklo kun radiuso de 4 pikseloj por forigi ĉi tiujn bruopunktojn [6]. Post la matematika morfologia traktado, la rezulto estas montrita en Fig. 5-d. Ĉiuj bruopunktoj estas eliminataj, kaj nur la punkta parto restas. Ni difinas la nombron de pikseloj en la punkta parto kiel la "faculareo" de ĉi tiu UV-bildo.

Post komputado de la faculareo por sukcesivaj kadroj en UV-video, ni povas akiri la facularan kurbon. La faculara kurbo je 85% da humideco estas montrita en Fig. 6. Laŭ Fig. 6, la faculareo fluktuas en malgranda amplekso, kun granda punkto aperanta foje. Do, tri parametroj estas difinitaj por karakterizi la elŝargforton: la meza faculareo, la intermita faculareo, kaj la ripetoj de intermita faculareo respektive [7]. Ni elektas 100 sukcesivajn kadrojn post la okazo de parta elŝargo kiel studobjektoj. La meza faculareo estas la meznombro de la areoj de 100 kadroj' faculoj. La intermita faculareo estas la meznombro de la areoj de faculoj, kiuj estas pli grandaj ol la meza faculareo, dum la ripetoj de intermita faculareo estas la nombro de faculoj kun areo pli granda ol la meza faculareo. Laŭ Fig. 6, la meza faculareo estas 665 pikseloj. La intermita faculareo estas 902 pikseloj. La ripetoj de intermita faculareo estas 32.

Unufoje la tri karakterizaj parametroj estas kalkulitaj kaj la parta elŝargokvanto (PD) estas mezurita sinkrone, ni provas determini la PD-kvanton uzante ĉi tiujn tri UV-bildparametrojn per la plej malgrandaj kvadratoj subtenvektora maŝina metodo.

Naŭdek specimenoj de UV-videoj estas elektitaj. Por ĉiu kadro de ĉi tiuj specimenoj, tri UV-bildparametroj estas kalkulitaj, kaj la respondanta parta elŝargokvanto (PD) estas registrata per la JFD3 PD-detektilo. La eniga argumento por la vektormaŝino estas elektita kiel la meza faculareo, la intermita faculareo, la ripetoj de intermita faculareo, kaj la relativa humideco. La eliga argumento estas la PD-kvanto. La Radia Bazfunkcio (RBF) estas elektita kiel la kernfunkcio. Post normaligo, 80 specimenoj estas uzataj por lernado. Ambaŭ la kernparametroj kaj la punparametroj de la vektormaŝino estas agorditaj al defaŭltaj valoroj. La lerna rezulto estas montrita en Fig. 7.

Kiel montrite en Fig. 7, por la plejmulto de la lernspecimenoj, la eraro komparita kun la mezurita PD-kvanto estas relative malgranda. Tamen, por kelkaj specimenoj, la eraro superas 20%. La Meza Kvadrata Eraro (MSE) estas kalkulata jene:

Por minimumigi la Mezan Kvadratan Eraron (MSE) de la regresrezulto kaj plibonigi la precizecon de la vektormaŝino, genetika algoritmo (GA) estas uzata por optimizi la kernparametrojn kaj punparametrojn. [8-9]

La fina generacio estas agordita al 100, kaj la popolgrando estas agordita al 20. La optimiza procezo estas montrita en Fig. 8. Kiel montrite en Fig. 8, post 30 generacioj de evoluo, la MSE malkreskas de 0,07 al 0,01, indikante ke la genetika algoritmo atingis sian optimumon. [10] La optimizitaj kern- kaj punparametroj estas 0,2861 kaj 82,65 respektive.

Post optimizado de la parametroj uzante la genetikan algoritmon (GA), la sama 80 specimenoj estas re-lernitaj, kaj la regresrezulto estas prezentita en Fig. 9. Kiel videblas el Fig. 9, preskaŭ ĉiuj specimenoj montras tre malgrandan eraron komparita kun la mezurita parta elŝargokvanto (PD). La Meza Kvadrata Eraro (MSE) nun estas 10, kio estas signife pli malgranda ol la valoro de 80 antaŭ la parametro-optimumigo. Do, estas evidente ke la GA-parametro-optimumigo efike reduktas la MSE de la regresrezulto kaj plibonigas la precizecon de la vektormaŝino.

La finaj 10 specimenoj estas uzataj por farado de testo al la modelo. La regresrezultoj estas prezentitaj en Tab. 1. Klare povas esti observita ke la eraro inter la regresrezultoj kaj la reala parta elŝargokvanto (PD) estas malpli ol 6,1%. Tiu trovo indikas ke la lernita modelo montras excelan ĝeneraligeblan kapablon.

UV-bilda teknologio estas uzata por detekti la surfacan elŝargon de eksterdomaj vakuumcirkvitoŝtopilaj post-insulatoroj. La rilato inter la faculareo en UV-bildoj kaj la parta elŝargokvanto estas esplorata per la plej malgrandaj kvadratoj subtenvektora maŝina metodo, oferante novan proponon por izolaĵa faŭldiagnostiko de eksterdomaj vakuumcirkvitoŝtopiloj bazitaj sur ultravioleta bildigo.

A. Bildtraktado kaj Parametradifino

Post L-komponenta limvalora segmentado kaj matematikaj morfologiaj operacioj sur UV-bildoj, la punkta parto de la UV-bildo estas ekstraktita, ebligante la kalkulon de la faculareo. Tri parametroj estas difinitaj por kvantigi la elŝargforton: la meza faculareo, la intermita faculareo, kaj la ripetoj de intermita faculareo.

B. Datobazigo kaj Analizo

Unufoje UV-videoj estas registritaj kaj la parta elŝargokvanto (PD) estas mezurita sinkrone, la relativa humideco kaj la tri UV-bildaj karakterizaj parametroj estas uzataj kiel eniga variabloj. Per regresanalizo per la plej malgrandaj kvadratoj subtenvektora maŝino, kune kun kernparametro-optimumigo uzante genetikan algoritmon (GA), la PD-kvanto povas esti precize determinita.

C. Diagnostika Precizeco kaj Signifo

Kondukante regresanalizon por etabli la rilaton inter la insulatorsurfaca elŝargokvanto kaj ĝia UV-bilda faculareo, oni trovis ke la PD-kvanto diagnostikita nur el UV-bildoj havas eraron malpli ol 6% komparite kun la mezurita PD-kvanto. Tiu nivelo de precizeco kontentigas la postulojn de praktikaj aplikiĝoj kaj provizas novan ne-invasivan metodon por diagnozi eksterajn izolaĵfaŭlojn en eksterdomaj vakuumcirkvitoŝtopiloj bazitaj sur ultravioleta bildigo.

Ĉi tiu esplorado estis financita de la Nacionala Scienco-Fondaĵo de Ĉinio kaj la Statara Laboratorio pri Elektra Izolado kaj Energia Aparataro. La aŭtoroj volonte esprimas sinseran dankon al ĉiuj, kiuj prokuris subtenon por ĉi tiu projekto.