הצגת זיהוי פליטה חיצונית של מבודד חיצוני של כבecedor ריק חיצוני מבוססת הדמיה באולטרה סגול
מחברות מעגל חשמל ריקות בחוץ (נקראות כאן "מחברות") בשימוש נרחב ברשת הפצה בשל יתרונותיהן כגון גודל קטן, משקל קל, עמידות באש ופיצוץ, פעולה חלקה, רעש נמוך, פער מגע פתוח קטן, זמן פליטת קשת קצר והתחזוקה קלה. ככל שהזיהום האטמוספירי נהיה חמור יותר, בתנאי מזג אוויר גרועים כמו ערפל כבד, טיפות גשם קלות, תכונת מים או הפשרת קרח, עלול להתרחש שחרור חלקי (PD) על פני המשטח של המבודד העמוד של המחבר. זה יכול אפילו להוביל לפלאשאובר, מקצר את חיי השמש של המחברים ומפריע לפעילות הבטוחה והיציבה של מערכת החשמל.
במאמר זה, מחבר החשמל הריק החיצוני ZW32 - 12 (להלן יקרא "ZW32 - 12 HV") משמש כדוגמה, עובר מבחנים בתנאי אקלים שונים. תהליך השחרור על פני המשטח של המבודד העמוד של ZW32 - 12 נלכד באמצעות מצלמת UV, תוך מדידת כמות השחרור בו זמנית. לאחר עיבוד התמונות של תמונות ה-UV, מופקים פרמטרים מאפיינים לתיאור מאפייני התמונות. בהמשך, מחושבת כמות השחרור באמצעות שיטה של מכונת וקטור תמיכה עם מינימום ריבועים, מה שמאפשר קליברציה של תמונות ה-UV. זהו טכנולוגיה חדשה לשילוב בלתי מגע של שחרור חלקי של מחברים.
מחבר ZW32 - 12 הוא מכשיר חשמל חיצוני תלת-פאזי, 50Hz, 12kV. הוא משמש בעיקר כדי לשבור ולהסגר זרם עומס, זרם עומס עודף וזרם קצר-مدار. מבנהו מתואר בתמונה 1.
כדי ללכוד בו זמנית את התמונה ה-UV של השחרור על פני המשטח של המבודד ולמדוד את כמות השחרור החלקי (PD), תכנן מערכת מבחן לשחרור פני משטח מבודד, כפי שמוצג בתמונה 2. בתמונה 2, T מייצגת משקף מתח, B היא טרנספורטר העלאה, R₁ הוא 저ומן מגביל, ו-C₂ הוא קבל קישור, המשמש לאדגום מדידת PD.
הטרנספורטר שנעשה בו שימוש במערכת הוא דגם YDWT - 10kVA/100kV, כפי שמוצג בתמונה 3 - a. הוא משמש לייצור מקור מתח גבוה הנדרש למבודד.
מצלמת UV OFIL Superb משמשת ללכידת תמונות ה-UV של שחרור פני משטח המבודד, כפי שמוצג בתמונה 3 - b. הדגם הנבדק הוא המבודד העמוד של ZW32 - 12, שהיה בשימוש במשך שלוש שנים, כפי שמוצג בתמונה 3 - c. הדגם ממוקם בתוך תא אקלים מלאכותי, שבו ניתן לשלוט באופן יציב ברמת לחות היחסית.
במערכת זו, אומץ שיטה של זרם פולס למדידת כמות השחרור החלקי (PD). הקונסול מפעיל את משקף המתח והטרנספורטר כדי לייצר את המתח הרצוי. בהמשך, אות ה-PD מועבר למכשיר גילוי PD JFD - 3 דרך קבל קישור ו trở התנגדות גילוי.
בעזרת הẩmזה מזדמנת, ניתן לשמור על רמת לחות היחסית בתא האקלים המלאכותי בסטייה יציבה. המבודדים חשופים למתח במשך שעתיים כדי להבטיח שהם רטובים לחלוטין. אז מופעל מתח של 12kV על המבודד למשך 5 דקות. במהלך התקופה הזו, נלכדות תמונות UV ומדד כמות ה-PD. מרחק הצילום של מצלמת ה-UV הוא 5 מטרים, עם זווית של 0° ורווח של 110%. נוהלים חוזרים מתבצעים בכל רמה של לחות יחסית, שמגיעים מ-70% עד 90%, עם תהליך של עלייה של 5%.
תהליך תמונות UV
מצלמת ה-UV מצלמת סרטון, ולכן יש צורך בעיבוד מסגרות כדי לקבל מסגרות רצופות של הסרטון ה-UV לעיבוד נוסף. כל תמונה מסגרת היא תמונה צבעונית RGB [3]. השחרור על פני המשטח של המבודד מתבטא בתמונה UV כנקודה בהירה. ככל שהשחרור חזק יותר, כך שטח הנקודה גדול יותר. לכן, עיבוד התמונה וחלוקתה הם צעדים חיוניים לסינון רקע התמונה והוצאת חלק הנקודה.
מאחר שהרכיב האדום (R), הירוק (G) והכחול (B) במרחב הצבע RGB מצביעים רק על יחס הצבעים האדום, הירוק והכחול ולא יכולים לייצג את בהירות התמונה, אנו מפענחים כל תמונה מסגרת במרחב הצבע HSL. HSL מייצגים Hue, Saturation ו-Luminance בהתאמה. רכיבי HSL של תמונה מסגרת מוצגים בתמונה 4. לפי תמונה 4, ניתן לקבוע שהרכיב H או S אינו יכול להבחין בין הנקודה לבין הרקע, בעוד שהרכיב L יכול לבצע את ההבחנה הזו [4].
כפי שניתן לראות בתמונה 4 - c, הרכיב L של חלק הנקודה גדול יותר מאשר זה של הרקע. לכן, חלוקה על בסיס סף היא שיטה יעילה להוצאת חלק הנקודה. המפתח הוא לבחור סף מתאים עבור רכיב L. כאן, אנחנו משתמשים בשיטת הסף של Otsu לחישוב הסף של רכיב L [5]. לאחר יישום קוד Matlab לשיטת Otsu, נקבע הסף האופטימלי של רכיב L להיות 216, והתוצאה של החלוקה מוצגת בתמונה 5 - c. ברור שרקע התמונה נסנן, ונשאר רק חלק הנקודה UV.
כפי שמוצג בתמונה 5 - c, בנוסף לחלק הנקודה UV, ישנם עדיין מספר רב של נקודות רעש קטנות. כדי להתמודד עם זה, אנחנו משתמשים בפעולות מורפולוגיות מתמטיות עם אלמנט מבנה בצורת עיגול ברדיוס של 4 פיקסלים כדי להסיר את נקודות הרעש הללו [6]. לאחר עיבוד המורפולוגי, התוצאה מוצגת בתמונה 5 - d. כל נקודות הרעש נעלמו, ונשאר רק חלק הנקודה. אנחנו מגדירים את מספר הפיקסלים בחלק הנקודה כ"שטח פאקול" של התמונה UV הזו.
לאחר חישוב שטח הפאקול במספר רצוף של מסגרות בסרטון UV, ניתן לקבל עקומת שטח פאקול. עקומת שטח הפאקול ברמת לחות של 85% מוצגת בתמונה 6. כפי שמראה תמונה 6, שטח הפאקול מתנדנד במגמה קטנה, עם הופעה מקרית של נקודה גדולה. לכן, שלושה פרמטרים מוגדרים לתאר את עוצמת השחרור: שטח הפאקול הממוצע, שטח הפאקול המזדמן, ומספר הפעמים של שטח הפאקול המזדמן בהתאמה [7]. אנחנו בוחרים 100 מסגרות רצופות אחרי הופעת שחרור חלקי כובייקטים למחקר. שטח הפאקול הממוצע הוא הממוצע של שטחי 100 מסגרות. שטח הפאקול המזדמן הוא הממוצע של שטחי הפאקול הגדולים משטח הפאקול הממוצע, בעוד שמספר הפעמים של שטח הפאקול המזדמן הוא מספר הפאקולים בעלי שטח גדול משטח הפאקול הממוצע. לפי תמונה 6, שטח הפאקול הממוצע הוא 665 פיקסלים. שטח הפאקול המזדמן הוא 902 פיקסלים. מספר הפעמים של שטח הפאקול המזדמן הוא 32.
ברגע שחושבו שלושת הפרמטרים המאפיינים וכמות השחרור החלקי (PD) נמדדה בו זמנית, אנחנו מנסים לקבוע את כמות ה-PD באמצעות שלושת פרמטרי התמונה UV דרך שיטה של מכונת וקטור תמיכה עם מינימום ריבועים.
נבחרו 90 דגימות של סרטונים UV. לכל מסגרת של הדגימות האלו, חושבו שלושה פרמטרי תמונה UV, וכמות השחרור החלקי (PD) המתאימה נרשמה על ידי גלאי PD JFD3. המשתנים הקלט של המכונה הווקטורית נבחרו כשטח הפאקול הממוצע, שטח הפאקול המזדמן, מספר הפעמים של שטח הפאקול המזדמן, ורמת לחות היחסית. המשתנה הפלט הוא כמות ה-PD. נבחרה פונקציית הבסיס הרדיאלי (RBF) כפונקציית הליבה. לאחר נרמול, 80 דגימות נעשו לאמן. שני פרמטרי הליבה ופרמטרי העונש של המכונה הווקטורית הוגדרו לערכים ברירת מחדל. תוצאות האימון מוצגות בתמונה 7.
כפי שמוצג בתמונה 7, עבור רוב דגימות האימון, השגיאה בהשוואה לכמות ה-PD המדידה היא קטנה יחסית. אך עבור כמה דגימות, השגיאה עולה על 20%. השגיאה הריבועית הממוצעת (MSE) מחושבת כדלקמן:
כדי להפחית את השגיאה הריבועית הממוצעת (MSE) של תוצאות הרגרסיה ולהגביר את הדיוק של המכונה הווקטורית, נעשה שימוש באלגוריתם גנטי (GA) כדי להפוך את פרמטרי הליבה ואת פרמטרי העונש. [8 - 9]
דור הסיום נקבע ל-100, וגודל האוכלוסייה נקבע ל-20. תהליך האופטימיזציה מוצג בתמונה 8. כפי שמוצג בתמונה 8, לאחר 30 דורות של אבולוציה, MSE יורדת מ-0.07 ל-0.01, מה שמציין שהאלגוריתם הגנטי הגיע לנקודת האופטימום שלו. [10] פרמטרי הליבה והעונש המופטמים הם 0.2861 ו-82.65 בהתאמה.
לאחר אופטימיזציה של הפרמטרים באמצעות אלגוריתם גנטי (GA), 80 הדגימות אותן נאמדו שוב, והתוצאה של הרגרסיה מוצגת בתמונה 9. כפי שניתן לראות בתמונה 9, כמעט כל הדגימות מציגות שגיאה מאוד קטנה בהשוואה לכמות השחרור החלקי (PD) המדודה. השגיאה הריבועית הממוצעת (MSE) עכשיו היא 10, שהיא משמעותית קטנה מהערך של 80 לפני אופטימיזציה של הפרמטרים. לכן, ברור שאופטימיזציה של פרמטרי GA יכולה להפחית באופן יעיל את MSE של תוצאות הרגרסיה ולהגביר את דיוק המכונה הווקטורית.
ה-10 דגימות האחרונות נעשו לבדיקה של המודל. תוצאות הרגרסיה מוצגות בטבלה 1. ניתן לראות בבירור שהשגיאה בין תוצאות הרגרסיה לכמות השחרור החלקי (PD) המדויקת היא פחות מ-6.1%. ממצא זה מצביע על כך שהמודל המאומן מציג יכולת גנרליזציה מצוינת.
טכנולוגיה של תמונות UV משמשת לגילוי שחרור פני משטח של מבודדי עמודים של מחברי חשמל ריקים בחוץ. הקשר בין שטח הפאקול בתמונות UV לכמות השחרור החלקי נחקר באמצעות שיטה של מכונת וקטור תמיכה עם מינימום ריבועים, ומציעה גישה חדשה לאבחון תקלות מבודדים עבור מחברי חשמל ריקים בחוץ מבוססת הדמיית UV.
A. עיבוד תמונה והגדרת פרמטרים
לאחר ביצוע חלוקה על בסיס סף רכיב L ופעולות מורפולוגיות מתמטיות על תמונות UV, מופק חלק הנקודה של התמונה UV, מה שמאפשר חישוב שטח הפאקול. שלושה פרמטרים מוגדרים לכמת את עוצמת השחרור: שטח הפאקול הממוצע, שטח הפאקול המזדמן, ומספר הפעמים של שטח הפאקול המזדמן.
B. איסוף נתונים ואנליזה
ברגע שסרטי UV נלכדים וכמות השחרור החלקי (PD) נמדדת בו זמנית, רמת לחות היחסית ושלושת פרמטרי התמונה UV משמשים כמשתנים קלט. באמצעות אנליזה רגרסיבית באמצעות מכונת וקטור תמיכה עם מינימום ריבועים, יחד עם אופטימיזציה של פרמטרי הליבה באמצעות אלגוריתם גנטי (GA), ניתן לקבוע בדיוק את כמות ה-PD.
C. דיוק אבחון והמשמעות
באמצעות אנליזה רגרסיבית להצבת הקשר בין כמות השחרור על פני המשטח של המבודד לשטח הפאקול בתמונות UV, נמצא שהשגיאה בכמות ה-PD שאובחנה רק מתמונות UV היא פחות מ-6% בהשוואה לכמות ה-PD המדודה. רמת דיוק זו עומדת בדרישות היישום המעשי ומספקת שיטה חדשה ללא פגיעה לאבחון תקלות מבודדים חיצוניים של מחברי חשמל ריקים בחוץ מבוססת הדמיית UV.
מחקר זה ממומן על ידי קרן המדע הטבעי הלאומי של סין ומעבדת המדינה למדעי המבודדים והציוד החשמלי. המחברות מעוניינות להביע את הערכה העמוקה שלהן לכל אלה שהעניקו תמיכה בפרויקט זה.
