आउटडोर वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के बाहरी इन्सुलेशन की सतही डिसचार्ज डिटेक्शन अल्ट्रावायलेट इमेजिंग पर आधारित

बाहरी वैक्युम सर्किट ब्रेकर (इसके बाद ब्रेकर के रूप में संदर्भित) अपने लघु आकार, हल्का वजन, आग और विस्फोट-प्रतिरोधी प्रकृति, नरम संचालन, कम शोर, छोटी खुली संपर्क दूरी, छोटी आर्किंग समय और आसान रखरखाव के लाभों के कारण वितरण नेटवर्क में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। जैसे-जैसे वातावरणीय प्रदूषण गंभीर हो रहा है, घोंसला, धुंआ, आंसू, या बर्फ़ गलने जैसी खराब मौसम की स्थितियों में, ब्रेकर के पोस्ट इन्सुलेटर की सतह पर आंशिक डिस्चार्ज (PD) होने की संभावना होती है। यह भारी डिस्चार्ज के रूप में भी जाना जाता है, जो ब्रेकर की सेवा जीवन को कम कर सकता है और विद्युत प्रणाली के सुरक्षित और स्थिर संचालन को प्रभावित कर सकता है।

इस शोध में, ZW32-12 बाहरी-पोल-माउंटेड उच्च-वोल्टेज वैक्युम सर्किट ब्रेकर (इसके बाद HV ZW32-12 ब्रेकर के रूप में संदर्भित) को विभिन्न जलवायु स्थितियों में परीक्षण किया गया है। ZW32-12 ब्रेकर के पोस्ट इन्सुलेटर की सतह पर डिस्चार्ज प्रक्रिया यूवी इमेजर द्वारा दर्ज की गई है, जबकि इसकी डिस्चार्ज मात्रा एक साथ मापी गई है। यूवी इमेज के इमेज प्रोसेसिंग के बाद, विशेष विशेषताओं को निकाला गया है ताकि इन इमेजों की विशेषताओं का वर्णन किया जा सके। इसके बाद, लीस्ट-स्क्वायर सपोर्ट वेक्टर मशीन विधि का उपयोग करके डिस्चार्ज मात्रा की गणना की गई है, जिससे यूवी इमेजों का कलिब्रेशन संभव हो गया है। यह ब्रेकर के आंशिक डिस्चार्ज के लिए एक नई गैर-संपर्क डिटेक्शन तकनीक है।

ZW32-12 ब्रेकर एक तीन-फेज, 50Hz, 12kV AC बाहरी विद्युत वितरण उपकरण है। इसका मुख्य उपयोग लोड धारा, ओवरलोड धारा, और शॉर्ट-सर्किट धारा को रोकने और बंद करने के लिए किया जाता है। इसकी संरचना चित्र 1 में दर्शाई गई है।

पोस्ट इन्सुलेटर के डिस्चार्ज यूवी इमेज और आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा को एक साथ मापने के लिए, एक इन्सुलेटर सतह डिस्चार्ज परीक्षण प्रणाली डिजाइन की गई है, जैसा कि चित्र 2 में दर्शाया गया है। चित्र 2 में, T वोल्टेज रेगुलेटर, B अप-स्टेप ट्रांसफार्मर, R₁ सीमित रेझिस्टर, और C₂ कोप्लिंग कैपेसिटर है, जो PD माप के लिए नमूना लेने के लिए उपयोग किया जाता है।

प्रणाली में उपयोग किया गया ट्रांसफार्मर YDWT-10kVA/100kV मॉडल है, जैसा कि चित्र 3-a में दर्शाया गया है। यह इन्सुलेटर के लिए आवश्यक उच्च-वोल्टेज स्रोत उत्पन्न करने के लिए उपयोग किया जाता है।

OFIL Superb यूवी इमेजर का उपयोग इन्सुलेटर सतह डिस्चार्ज के यूवी इमेज को दर्ज करने के लिए किया जाता है, जैसा कि चित्र 3-b में दर्शाया गया है। परीक्षण नमूना एक ZW32-12 ब्रेकर से लिया गया पोस्ट इन्सुलेटर है, जो तीन वर्षों से सेवा में है, जैसा कि चित्र 3-c में दर्शाया गया है। नमूना एक कृत्रिम जलवायु चेम्बर में रखा गया है, जहाँ सापेक्ष आर्द्रता को स्थिर रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।

इस प्रणाली में, पल्स धारा विधि का उपयोग आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा को मापने के लिए किया जाता है। कंसोल वोल्टेज रेगुलेटर और ट्रांसफार्मर को नियंत्रित करता है ताकि आवश्यक वोल्टेज उत्पन्न किया जा सके। फिर, PD सिग्नल को एक कोप्लिंग कैपेसिटर और डिटेक्टिंग इम्पीडेंस के माध्यम से JFD-3 PD डिटेक्टर तक पहुंचाया जाता है।

अन्तर्वर्ती आर्द्रता द्वारा, कृत्रिम जलवायु चेम्बर में सापेक्ष आर्द्रता को स्थिर रखा जा सकता है। इन्सुलेटर को दो घंटे तक वोल्टेज दिया जाता है ताकि वे पूरी तरह से गीले हो जाएं। फिर, इन्सुलेटर पर 12kV वोल्टेज 5 मिनट तक लगाया जाता है। इस अवधि के दौरान, यूवी इमेज दर्ज किए जाते हैं, और PD मात्रा मापी जाती है। यूवी इमेजर की फोटोग्राफी दूरी 5 मीटर, कोण 0° और गेन 110% है। प्रत्येक सापेक्ष आर्द्रता स्तर पर लगातार परीक्षण किए जाते हैं, जो 70% से 90% तक होते हैं, 5% के अंतराल पर।

 यूवी इमेजों की प्रक्रिया

यूवी इमेजर एक वीडियो दर्ज करता है, इसलिए फ्रेम प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है ताकि यूवी वीडियो के लगातार फ्रेम आगे के विश्लेषण के लिए प्राप्त किए जा सकें। प्रत्येक इमेज फ्रेम एक RGB ट्रू-कलर इमेज [3] है। इन्सुलेटर की सतह पर डिस्चार्ज यूवी इमेज पर एक चमकीला बिंदु के रूप में प्रतिबिंबित होता है। सतह पर डिस्चार्ज जितना तीव्र होता है, उतना ही बिंदु का क्षेत्र बड़ा होता है। इसलिए, इमेज प्री-प्रोसेसिंग और इमेज सेगमेंटेशन इमेज बैकग्राउंड को फिल्टर करने और बिंदु भाग को निकालने के लिए आवश्यक चरण हैं।

क्योंकि RGB रंग स्थान में लाल घटक (R), हरा घटक (G), और नीला घटक (B) केवल लाल, हरा, और नीले रंगों के अनुपात को दर्शाते हैं और इमेज की रोशनी को नहीं दर्शाते, हम प्रत्येक इमेज फ्रेम का HSL रंग स्थान में विश्लेषण करते हैं। HSL क्रमशः Hue, Saturation, और Luminance का अर्थ है। एक इमेज फ्रेम के HSL घटक चित्र 4 में दर्शाए गए हैं। चित्र 4 के अनुसार, हम यह निर्धारित कर सकते हैं कि H या S घटक बिंदु और बैकग्राउंड को अलग नहीं कर सकते, जबकि L घटक इस विभेदन कर सकता है [4]।

चित्र 4 - c से स्पष्ट है कि बिंदु भाग का L घटक बैकग्राउंड से अधिक है। इसलिए, थ्रेशहोल्ड सेगमेंटेशन बिंदु भाग को निकालने की एक प्रभावी विधि है। यहाँ, हम Otsu's थ्रेशहोल्डिंग विधि का उपयोग L-घटक थ्रेशहोल्ड की गणना करने के लिए करते हैं [5]। Matlab कोडिंग के बाद, Otsu's विधि का उपयोग करके ऑप्टीमल L-घटक थ्रेशहोल्ड 216 निर्धारित किया गया है, और सेगमेंटेशन परिणाम चित्र 5 - c में दर्शाया गया है। स्पष्ट रूप से, बैकग्राउंड फिल्टर किया गया है, और केवल यूवी बिंदु भाग बचा है।

चित्र 5 - c में दिखाए गए यूवी बिंदु भाग के अलावा, अभी भी बहुत सारे छोटे शोर बिंदु हैं। इस समस्या का समाधान करने के लिए, हम एक वृत्ताकार संरचनात्मक तत्व के साथ 4 पिक्सेल की त्रिज्या के साथ गणितीय रूपांतरण ऑपरेशन लागू करते हैं ताकि इन शोर बिंदुओं को हटा दिया जा सके [6]। गणितीय रूपांतरण ऑपरेशन के बाद, परिणाम चित्र 5 - d में दर्शाया गया है। सभी शोर बिंदु हटा दिए गए हैं, और केवल बिंदु भाग बचा है। हम यूवी इमेज के बिंदु भाग के पिक्सेलों की संख्या को "फेक्यूला क्षेत्र" के रूप में परिभाषित करते हैं।

यूवी वीडियो के लगातार फ्रेमों के लिए फेक्यूला क्षेत्र की गणना करने के बाद, हम फेक्यूला क्षेत्र वक्र प्राप्त कर सकते हैं। 85% आर्द्रता पर फेक्यूला क्षेत्र वक्र चित्र 6 में दर्शाया गया है। चित्र 6 से स्पष्ट है कि फेक्यूला क्षेत्र एक छोटे रेंज में उतार-चढ़ाव करता है, जिसमें अक्सर एक बड़ा बिंदु भाग दिखाई देता है। इसलिए, डिस्चार्ज तीव्रता का वर्णन करने के लिए तीन पैरामीटर परिभाषित किए गए हैं: औसत फेक्यूला क्षेत्र, असतत फेक्यूला क्षेत्र, और असतत फेक्यूला की पुनरावृत्ति बारीकी [7]। हम 100 लगातार फ्रेमों को आंशिक डिस्चार्ज के बाद अध्ययन के विषय के रूप में चुनते हैं। औसत फेक्यूला क्षेत्र 100 फ्रेमों के फेक्यूला क्षेत्रों का औसत है। असतत फेक्यूला क्षेत्र उन फेक्यूला क्षेत्रों का औसत है जो औसत फेक्यूला क्षेत्र से बड़े हैं, जबकि असतत फेक्यूला की पुनरावृत्ति बारीकी उन फेक्यूला क्षेत्रों की संख्या है जो औसत फेक्यूला क्षेत्र से बड़े हैं। चित्र 6 के अनुसार, औसत फेक्यूला क्षेत्र 665 पिक्सेल है। असतत फेक्यूला क्षेत्र 902 पिक्सेल है। असतत फेक्यूला की पुनरावृत्ति बारीकी 32 है।

जब तीन विशेष पैरामीटरों की गणना की जाती है और आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा एक साथ मापी जाती है, हम लीस्ट-स्क्वायर सपोर्ट वेक्टर मशीन विधि का उपयोग करके PD मात्रा का निर्धारण करने का प्रयास करते हैं।

90 यूवी वीडियो के नमूने चुने गए हैं। इन नमूनों के प्रत्येक फ्रेम के लिए, तीन यूवी इमेज पैरामीटरों की गणना की गई है, और JFD3 PD डिटेक्टर द्वारा आंशिक डिस्चार्ज (PD) मात्रा का रिकॉर्ड रखा गया है। वेक्टर मशीन के इनपुट तर्कों को औसत फेक्यूला क्षेत्र, असतत फेक्यूला क्षेत्र, असतत फेक्यूला की पुनरावृत्ति बारीकी, और सापेक्ष आर्द्रता के रूप में चुना गया है। आउटपुट तर्क PD मात्रा है। रेडियल बेसिस फंक्शन (RBF) को कर्नल फंक्शन के रूप में चुना गया है। नॉर्मलाइजेशन के बाद, 80 नमूनों का उपयोग प्रशिक्षण के लिए किया गया है। वेक्टर मशीन के कर्नल पैरामीटर और दंडन पैरामीटर को डिफ़ॉल्ट मानों पर सेट किया गया है। प्रशिक्षण का परिणाम चित्र 7 में दर्शाया गया है।

चित्र 7 से स्पष्ट है कि अधिकांश प्रशिक्षण नमूनों के लिए, मापी गई PD मात्रा के साथ तुलना में त्रुटि अपेक्षाकृत कम है। हालांकि, कुछ नमूनों के लिए, त्रुटि 20% से अधिक है। मीन स्क्वायर एरर (MSE) की गणना निम्नलिखित रूप से की गई है:

रिग्रेशन परिणाम के मीन स्क्वायर एरर (MSE) को कम करने और वेक्टर मशीन की सटीकता को बढ़ाने के लिए, एक जेनेटिक एल्गोरिथ्म (GA) का उपयोग करके कर्नल पैरामीटर और दंडन पैरामीटर का ऑप्टीमाइजेशन किया जाता है [8-9]।

टर्मिनेशन पीढ़ी 100 और जनसंख्या आकार 20 सेट किया गया है। ऑप्टीमाइजेशन प्रक्रिया चित्र 8 में दर्शाई गई है। चित्र 8 से स्पष्ट है कि 30 पीढ़ियों के बाद, MSE 0.07 से 0.01 तक घटता है, जो यह दर्शाता ह