ОСОБЕННОСТИ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КАМЕР ДЛЯ ВИЗУАЛЬНОГО, ТЕПЛОВИЗИОННОГО И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

АННОТАЦИЯ

Техническая диагностика высоковольтного оборудования необходима для обеспечения надежной работы электроэнергетических систем. В статье рассматриваются оптические методы неразрушающего контроля высоковольтного оборудования, такие как визуальный, тепловизионный и ультрафиолетовый контроль. Проведен анализ оптических параметров камер для эффективной диагностики и сформулированы рекомендации по выбору аппаратуры с учетом разрешения, угла обзора, диапазона фокусировки и других факторов.

ABSTRACT

Technical diagnostics of high-voltage equipment is necessary to ensure reliable operation of electrical power systems. The article discusses optical methods of non-destructive testing of high-voltage equipment, such as visual, thermal imaging and ultraviolet testing. An analysis of the optical parameters of cameras for effective diagnostics was carried out and recommendations were formulated for the selection of equipment taking into account resolution, viewing angle, focusing range and other factors.

Ключевые слова: диагностика, высоковольтное оборудование, оптические характеристики камер, тепловизионный контроль, ультрафиолетовый контроль.

Keywords: diagnostics, high-voltage equipment, optical characteristics of cameras, thermal imaging control, ultraviolet control.

Диагностика высоковольтного оборудования играет ведущую роль в обеспечении надежной работы электроэнергетических систем, а следовательно, и систем жизнеобеспечения, промышленности, транспорта и т.д. Техническое диагностирование представляет собой систему мероприятий, направленных на изучение и определение признаков неисправного состояния оборудования, выбор методов и средств для выявления его неисправностей (дефектов) [1].

Согласно [2] техническая диагностика определяется как «область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов», объект, состояние которого определяется, называется объектом диагностирования (ОД), а процесс исследования ОД – диагностированием.

Существует множество методов диагностики, их можно разделить на две большие группы: методы неразрушающего контроля (МНК) и методы разрушающего контроля. МНК не требуют разрушения ОД или его элементов. МНК можно классифицировать на основе используемых физических принципов, например: магнитный, электрический, тепловой, оптический, акустический и т.д. [3]. Среди МНК можно выделить группу методов, использующих графические данные: визуальный, тепловизионный и ультрафиолетовый контроль. Каждый из этих видов требует использования камер, регистрирующих соответствующий спектральный диапазон электромагнитных волн: видимый, инфракрасный [4], ультрафиолетовый [5]. Поскольку любая такая камера представляет собой оптическую систему, то возникает ряд задач по исследованию и оптимизации их оптических параметров для повышения точности диагностики. Ниже приведен анализ влияния оптических параметров камер применительно к МНК высоковольтного оборудования и сформулированы рекомендации по выбору оборудования.

1. Разрешение камеры определяет количество пикселей, доступных для изображения. Высокое разрешение позволяет обнаруживать более мелкие дефекты, повышать точность локализации поверхностных частичных разрядов при ультрафиолетовом контроле и перегревов оборудования при инфракрасном контроле. В то же время разрешение напрямую влияет на объем данных, слишком большое разрешение (выше Full HD) потребует значительных объемов накопителей данных и пропускной способности каналов передачи.

2. Чувствительность к свету (ISO) определяет способность камеры справляться с различными условиями освещения. В частности, инфракрасный контроль рекомендуется выполнять при облачной погоде или в ночное время суток [4]. Поскольку для большей наглядности изображения в инфракрасном спектре совмещаются с изображениями в видимом спектре, чувствительность к свету камеры, ведущей съемку в видимом спектре, должна быть высокой. Кроме того, высокая чувствительность к свету позволяет получать качественные изображения даже при недостаточном освещении, что может быть важно при инспекции труднодоступных мест.

3. Диапазон фокусировки влияет на расстояние, на котором можно обеспечить достаточную четкость изображения. Необходимо учитывать, что при визуальной инспекции высоковольтного оборудования оно может находиться на большом расстоянии от камеры (например, оборудование линий электропередачи).

4. Угол обзора определяет ширину поля зрения камеры. При диагностике высоковольтного оборудования во многих случаях поля зрения должна быть узким, чтобы минимизировать попадание в кадр других единиц оборудования, а также внешней среды. Например, при инфракрасном контроле измерение температуры контролируемого объекта на фоне неба, температура которого в зависимости от его состояния (облачность, ясное небо) может достигать минус (50-70) °С, будет иметь высокую погрешность. В то же время при углах менее 10 градусов существенно усложняется процесс наведения камеры на ОД.

5. Наличие системы стабилизации изображения имеет высокую важность при использовании беспилотных воздушных судов для сбора диагностических данных [6].

Помимо приведенных оптических характеристик следует учитывать также следующие:

- интерфейсы подключения: интерфейсы камеры и возможность её интеграции с другими устройствами или программным обеспечением позволяет реализовать автоматический сбор данных и автоматизированную диагностику [6, 7];

- устойчивость к воздействию окружающей среды: камера должна быть способна работать в различных условиях окружающей среды, включая высокие и низкие температуры, высокую влажность, вибрации; устойчивость к воздействию окружающей среды обеспечивает надежную работу камеры в условиях эксплуатации.

Важной особенностью использования камер для диагностики высоковольтного оборудования является возможность наложение друг на друга снимков, полученных различными камерами [8, 9]. При этом совмещение изображений в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах требует соосности.

По результатам анализа существующей нормативной документации, регламентирующей проведение обследования высоковольтного оборудования с использованием оптических методов, определены нижеприведенные рекомендации к камерам.

Тепловизионная камера: разрешение не менее 640×480 пикселей, размер пикселя 17 мкм, диапазон измерений от -20 до 150 °C, фокусное расстояние 19 мм, поле зрения 32°×24°. Ультрафиолетовая камера: разрешение 1280×1024, поле зрения 8º×6º, минимальная УФ-чувствительность 2 × 10^-18 Вт/см².

Список литературы:

1. Ящура А.И. Система технического обслуживания и ремонта энергетического оборудования: справочник / А. И. Ящура. – М: ЭНАС, 2013. – 504 с.
2. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения: государственный стандарт: официальное издание. – М: Стандартинформ, 2009. – 11 с.
3. ГОСТ Р 56542–2019. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное. – М.: Стандартинформ, 2019. – 13 с.
4. РД-153-34.0-20.363-99. Основные положения методики инфракрасной диагностики электрооборудования и ВЛ: руководящий документ: издание официальное. – М.: СПО ОРГРЭС, 2001.– 136 с.
5. СТО 56947007-29.240.003-2008. Методические указания по дистанционному оптическому контролю изоляции воздушных линий электропередачи и распределительных устройств переменного тока напряжением 35-1150 кВ: издание официальное. – М: ОАО ФСК ЕЭС, 2005. – 31 с.
6. Хальясмаа А.И., Ерошенко С.А., Юманова И.Ф., Степанова А.И., Матренин П.В. Интеллектуальные мультиагентные системы в электроэнергетике: монография. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2023. – 222 с.
7. MATRICE 200 SERIES: офиц. сайт – URL: https://www.dji.com/matrice-200-series/payloads (дата обращения: 29.08.2023).
8. UAV. Drones Cameras. – URL: https://www.unmannedsystemstechnology.com/category/supplier-directory/cameras-imaging-systems/cameras/ (дата обращения: 01.09.2023).
9. Ceron A., Mondragon I., Prieto F. Onboard visual-based navigation system for power line following with UAV // International Journal of Advanced Robotic Systems. – 2018. – 15(2).