XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Проблемы мониторинга состояния ЛЭП

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Астафьева Д.В. 1

---

1МАОУ ДО "Центр дополнительного образования "Эрудит"

Щемелева Ю.Б. 1

---

1филиал ЮФУ в г.Геленджике

Работа в формате PDF

723.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Линии электропередач – это один из компонентов электрической сети, система энергетического оборудования, предназначенная для передачи электроэнергии посредством электрического тока. Они связывают электростанции с подстанциями и потребителями, а также служат для связи смежных энергосистем. Различают два вида линий электропередач: воздушные (ЛЭП) и подземные (подводные) (кабельные). В воздушных линиях провода подвешены над землёй или над водой, а подземных используется силовой кабель.

Общая протяженность линий России, по данным информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям ИТС 38-2017 , составляет почти 2650 тыс. км. Они имеют большую протяженность и проходят иногда по труднодоступным местам. При этом они должны обеспечивать круглосуточное электроснабжение потребителей качественной электроэнергией. Под качеством электроэнергии понимается степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных значений показателей качества электрической энергии. Гарантированность снабжения потребителя качественной электроэнергией обеспечивается исправностью линий электропередач, состоящих из достаточного большого числа составных компонентов.

Целью нашей работы является выработка предложений по мониторингу состояния ЛЭП.

Объектом исследования являются линии электропередач. Здесь следует сразу сделать оговорку, что речь в нашей работе идет о воздушных ЛЭП, расположенных в труднодоступных местах (пересеченная местность, горы, леса).

Для реализации указанной цели были поставлены следующие задачи:

- на основе нормативно-правовой базы электроэнергетики выделить параметры, требующие мониторинга, провести их группировку;

- определить параметры, определяемые средствами визуального осмотра, проанализировать способы проведения осмотра;

- разработать предложения по совершенствованию средств мониторинга;

- провести полевые эксперименты;

- разработать методику мониторинга состояния ЛЭП;

- предложить способы оценки повреждений.

Для поддержания параметров, обеспечивающих качественное бесперебойное электроснабжение потребителей, линии электропередач должны всегда находиться в исправном работоспособном состоянии. Согласно Приказа Министерства энергетики РФ от 26 июля 2017 г. № 676 "Об утверждении методики оценки технического состояния основного технологического оборудования и линий электропередачи электрических станций и электрических сетей", к ЛЭП предъявляется целый ряд требований.

Таблица 1 - Возможные фактические значения параметров технического состояния функциональных узлов воздушной линии электропередачи

Проведя анализ параметров технического состояния функциональных узлов воздушной линии электропередачи, можно разбить все параметры на следующие группы, как показано в таблице 2:

- параметры, мониторинг которых возможен средствами визуального наблюдения с дальнего расстояния (параметры повреждений имеют достаточно большую площадь (см) или хорошо заметны (например, искрение));

- параметры, мониторинг которых невозможен средствами визуального наблюдения с дальнего расстояния (параметры повреждений имеют малую площадь (мм)).

Таблица 2 – Разбиение параметров на группы

Как видно из таблицы 2, довольно большое количество параметров, способных привести к ухудшению условий эксплуатации, и дальнейшему выходу из строя электрооборудования, можно обнаружить при визуальном осмотре.

В настоящее время такой осмотр осуществляется в соответствии с указаниями, приведенными в Приказе Ростехнадзора от 23.07.2019 N 291 Об утверждении Методических рекомендаций по внедрению риск-ориентированного подхода при проведении плановых проверок деятельности юридического лица и (или) индивидуального предпринимателя субъекта электроэнергетики, эксплуатирующего объекты электросетевого хозяйства. Согласно этому документу, бригада выезжает на место, предупредив юридическое лицо за 3 дня до предполагаемой даты осмотра. Эти мероприятия следует проводить не реже 1 раза в год. Осмотр производится путем визуальной фиксации при объезде линий электропередачи оперативной бригадой. Если в черте населенных пунктов или вдоль автомобильных дорог такой осмотр не связан с трудностями, то в труднодоступных районах (горная или пересеченная местность, водная поверхность рек и озер) осмотр может сопровождаться необходимостью использования автовышки.

Проведя анализ, мы пришли к выводу, что процедура визуального осмотра требует внедрения новых подходов. Одним из перспективных решений, по нашему мнению, может стать использование современных средств слежения – дронов, оборудованных камерами видеофиксации и/или фотофиксации. Нами проведен анализ предлагаемых на рынке дронов, оснащенных видеокамерами. Результаты анализа приведены в таблице

Таблица 3 – Технические параметры дронов(общие)

Таблица 4 – Технические параметры дронов

В нашей стране использование дронов регламентируется законом о беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) Минтранса (Закон о БПЛА Минтранса от 3 февраля 2020 года (поправки от 5 апреля 2021)). Этим документом вводятся следующие ограничения на их использование:

необходима регистрация дронов массой от 250 грамм до 30 кг;

разрешен полет на высоте до 150 метров, нельзя летать в диспетчерских зонах, вблизи аэропортов и диспетчерских зон, охранных зонах;

нельзя летать над массовыми мероприятиями (митинги, соревнования, демонстрации, концерты и прочие культурные мероприятия.

По нашему мнению, для осмотра оборудования линий электропередач в труднодоступных районах возможно получить согласования на проведение работ. По нашему мнению, использование дронов для мониторинга технического состояния ЛЭП является перспективной задачей, требующей технического решения.

При этом работа по мониторингу будет систематической с накоплением результатов и созданием информационной системы на основе базы данных. Просмотр всех фото- и видеоматериалов является трудоемкой работой, требующей повышенного внимания и связанной с возможными ошибками (человеческий фактор). Мы предлагаем использовать алгоритмы обработки цифровой информации на основе искусственного интеллекта, позволяющие выявлять на изображениях отклонения от нормальных параметров: близкое расположение проводов и посторонних объектов, например, веток деревьев, искрение, трещины на изоляционных материалах, сколы и т.п.. Примерный алгоритм работ представлен в таблице 5.

Таблица 5 – Порядок проведения работ

Нами в настоящее время проводятся полевые испытания для подтверждения возможности фотофиксации и видеофиксации повреждений на опорах и проводах линий электропередач. Получаемые в настоящее время данные сводятся в базу данных, на основе которой в дальнейшем планируется обучение алгоритмов по распознаванию образов. Одновременно нами начаты работы по изучению возможностей искусственного интеллекта по распознаванию образов с точки зрения анализа изображений.

При этом нами используется понятие «компьютерное зрение». Компьютерное зрение — это научное направление в области искусственного интеллекта и связанные с ним технологии получения изображений объектов реального мира, их обработки и использования полученных данных для решения разного рода прикладных задач без участия (полного или частичного) человека.

Компьютерное зрение – достаточно молодая (ее возникновение можно отнести к 1950-м гг.) и быстро развивающаяся область научных и прикладных исследований, основной целью которых является построение систем, способных «видеть», то есть извлекать из изображений информацию об объектах внешнего мира, полезную для дальнейшего использования в рамках решения прикладных задач. При этом обработка видеоинформации осуществляется на универсальных или специализированных компьютерах, оснащенных интеллектуальными информационными системами.

В качестве изображения может выступать пространственно-организованный массив измерений некоторых физических величин. К примеру, для решения поставленной нами задачи на рисунке 1 приведен алгоритм идентификации повреждения изолятора на опоре воздушной линии электропередач путем наложения «идеального» изображения.

Рисунок 1 – Идентификация повреждения изолятора путем наложения «идеального» изображения

Поступающие с дронов видеоизображения «нарезаются» на фото-фрагменты для анализа с заранее заданным шагом по времени (к примеру, через каждые 0,25 секунды). Алгоритм работы информационной системы заключается в просмотре и анализе полученных с дронов изображений на предмет их возможного несовпадения с «идеальным» изображением, сформированным в процессе обучения системы компьютерного зрения. В случае, если система обнаружит такое несовпадение, она ставит метку на данном участке записи и подает сигнал оператору. Оператор просматривает полученные изображения в «ручном» режиме и принимает решение необходимости срочного или планового ремонта или же (при недостаточно четкой картинке) выезде оперативной бригады на данный участок и визуальном осмотре с вышки мехруки. Все идентифицированные интеллектуальной системой несоответствия должны заноситься в ее базу данных для дальнейшего машинного обучения.

На рисунке 2 показан подобный алгоритм идентификации «нахлеста» ветки на воздушную ЛЭП.

Рисунок 2 – Идентификация «нахлеста» ветки на воздушную ЛЭП путем наложения «идеального» изображения

Следует отметить, что в ходе проведения полевых испытаний, нами было выяснено, что управление дроном для снятия изображений, пригодных для дальнейшего анализа, требует определенной практики. Это подразумевает необходимость дополнительного обучения операторов дронов.

Все испытания проводились на сельских ЛЭП города-курорта Геленджик. Работники «Геленджикэлектросеть» отметили актуальность рассматриваемой темы и ее практическую значимость.

Таким образом, в данной работе проведен анализ нормативно-правовой базы электроэнергетики в отношении мониторинга линий электропередач. Выделены технические параметры, мониторинг которых возможен визуальным осмотром. Проведен обзор существующих способов визуального осмотра. Предложено использовать в этих целях современное техническое решение – дроны. Проведен анализ представленных на рынке дронов. Разработан алгоритм проведения работ по мониторингу с использованием дронов. Начато проведение полевых испытаний, создание и наполнение базы данных. Предложено использованием искусственного интеллекта для автоматического анализа изображений, полученных при осмотре ЛЭП. Разработаны принципы обучения системы искусственного интеллекта с компьютерным зрением. Таким образом, в целом, сделана постановка задачи дальнейших исследований в этой области.