Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время актуальными задачами электроэнергетических систем являются повышение надежности и эффективности энергообеспечения потребителей. По статистике, более 80% нарушений в распределительных электросетях связаны с повреждением воздушных линий (ВЛ) электропередачи. Исходя из этого особое значение приобретает разработка мероприятий по совершенствованию приборов и методов контроля ВЛ с целью определения и увеличения показателей надежности объектов электроснабжения, выявления и локализации мест повреждений оборудования, а также участков с повышенными тепловыми потерями. Возрастает актуальность реализации систем эффективной эксплуатации энергетического оборудования с учетом его технического состояния. В данных системах определяющую роль играют средства и методы контроля, позволяющие проводить дистанционное обследование ВЛ и выявлять нарушения работы в процессе эксплуатации В Л под нагрузкой.
Одним из перспективных методов дистанционного контроля состояния ВЛ электропередачи является тепловизионный. Проблемам и методам тепловизионного мониторинга посвящен ряд работ современных авторов по отраслевой энергетике: А.В. Афонина, С.А. Бажанова в 2000г., В.П. Вавилова и А.Г. Климова в 2002 г. Зарубежные фирмы, занимающиеся проведением тепловизионного контроля, в настоящее время ссылаются на стандартное руководство по инфракрасному обследованию электрического и механического оборудования Е 1934-99а в редакции 2010 г., разработанного Американским обществом по тестированию материалов ASTM. Однако в известных работах не содержится результатов, позволяющих однозначно утверждать о создании методов, в полном объеме обеспечивающих решение задачи дистанционного тепловизионного контроля электрических сетей, наряду с автоматической координатной привязкой полученных тепло- и видеоизображений объектов диагностики. Анализ публикаций в технической литературе и рекламных материалов показывает, что все предлагаемые методы либо обладают низкой точностью определения координат мест повреждений, либо имеют слабые возможности автоматизации получения диагностической информации. Многие из методов предполагают фиксацию оператором в ручном режиме номеров опор, в пролете которых обнаружены эксплуатационные аномалии, т.е. точность определения места повреждения В Л становится сравнимой с межопорным расстоянием, которое достигает 100 и более метров.
На основании вышеизложенного задача разработки методов и средств повышения точности и уровня автоматизации определения координат мест повреждений ВЛ при их дистанционном обследовании средствами тепловизионного и оптического контроля представляется весьма актуальной.
Целью работы является повышение достоверности результатов и расширение возможностей автоматизации процессов тепловизионной диагностики на основе разработки моделей, алгоритмов и методов
дистанционного высокоточного определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях, с использованием результатов измерений, получаемых от угломерной навигационной аппаратуры потребителей (НАЛ) спутниковых радионавигационных систем (СРНС) ГЛОНАСС и GPS.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе ставятся и решаются следующие задачи:
-
Разработка алгоритма определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях, получаемых в ходе дистанционной диагностики электроэнергетических систем с борта ЛА;
-
Расчет погрешностей определения координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях на основе использования методов оценки погрешностей косвенных измерений и статистического моделирования;
-
Разработка структуры системы дистанционной диагностики объектов электроэнергетических систем, реализующей разработанный метод определения координат объектов, использующий результаты измерений угломерной НАЛ СРНС.
Научная новизна.
-
Разработаны и экспериментально проверены новые алгоритмы и программы определения координат объектов тепловизионных и фотографических изображений, использованные в системе дистанционной диагностики объектов воздушных линий электропередачи.
-
Разработаны и подтверждены результатами моделирования новые алгоритмы расчета погрешностей координатной привязки объектов, отображаемых на оптических и тепловизионных изображениях, позволяющие выполнять оценку погрешностей без выполнения затратного по времени статистического моделирования.
-
Впервые предложена структура системы диагностики состояния воздушных линий электропередачи, позволяющая автоматизировать и повысить точность координатной привязки объектов дистанционной диагностики.
Достоверность результатов работы обеспечивается корректным применением методов теории вероятностей и математической статистики, согласованностью аналитических результатов с результатами компьютерного моделирования и экспериментальных исследований с использованием НАЛ СРНС, электронного тахеометра, тепловизора, лазерного дальномера.
Научные результаты, выносимые на защиту:
-
Предложенный алгоритм расчета координат удаленных объектов, находящихся на оптических и тепловизионных изображениях, позволяет выполнять определение координат найденных мест эксплуатационных аномалий воздушных линий электропередачи.
-
Предложенные алгоритмы аналитического расчета погрешностей определения координат объектов, находящихся на оптических и тепловизионных изображениях, позволяют проводить оценку погрешностей
без выполнения затратного по времени статистического моделирования. 3) Предлагаемая система диагностики состояния воздушных линий электропередачи, состоящая из беспилотного летательного аппарата с автопилотом, угломерной НАЛ СРНС, тепловизора (фотокамеры), устройства накопления информации и разработанных алгоритмов координатной привязки наблюдаемых объектов позволяет автоматизировать процесс получения и координатной привязки изображений диагностируемых объектов, а также повысить точность координатной привязки найденных мест эксплуатационных аномалий В Л электропередачи.
Практическая ценность.
Разработаны и экспериментально проверены новые алгоритмы и программы расчета координат объектов, отображаемых на тепловизионных и оптических изображениях, позволяющие выполнять координатную привязку с оценкой точности получаемых результатов.
Предложенная структура диагностической системы перспективна к использованию в авиационной и космической технике при съемке и картографировании природных объектов и инженерных сооружений.
Полученные результаты позволяют повысить точность существующих методов тепловизионного контроля воздушных линий электропередачи.
Методы исследования.
В диссертационной работе использованы методы математического анализа, линейной алгебры, теории измерений, математического и статистического моделирования.
Реализация и внедрение.
Результаты работы использованы при выполнении следующих хоздоговорных и НИР, проводимых в Сибирском федеральном университете:
-
«Создание беспилотных многофункциональных аэрогеодезических комплексов студенческим конструкторским бюро» - № КФ-204, 2011 г. Грантодатель: КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности»;
-
Проект 8.4551.2011 «Исследование научных основ повышения точности и достоверности определения навигационных параметров по сигналам наземных и спутниковых радионавигационных систем» - № Т-10 от 10.01.2012 г. в рамках Государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации, 2012 - 2014. Грантодатель: Министерство образования и науки РФ;
-
«Решение навигационных задач при проведении речных сейсморазведочных работ МОГТ-2Б» по договору № 20251 от 01.07.2010 г. ФГАОУ ВПО СФУ совместно с ОАО «Енисейгеофизика» (г. Красноярск).
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийских научно-технических конференциях «Современные проблемы радиоэлектроники» в г. Красноярске в 2006, 2011, 2012 годах, IV Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи в г. Москва в 2006 г., Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Современные проблемы
развития науки, техники и образования» в г. Красноярске в 2009 г., Международных научных конференциях «Решетневские чтения» в г. Красноярске в 2010 и 2012 г., третьей научно-практической конференции филиала ОАО «МРСК Сибири» «Красноярскэнерго» в г. Красноярске в 2010 г., VIII Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука» в г. Красноярске в 2012 г., VIII Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления», посвященной 50-летию ТУСУР в г. Томске в 2012 г., VI Всероссийской конференции "Радиолокация и радиосвязь" в г. Москва в 2012 г., а также на техническом совете-конкурсе научно-технических работ ОАО «МРСК Сибири» в г. Красноярске в 2010 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 работ, из которых 7 работ опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов кандидатских диссертаций, а также в одном патенте РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 18 приложений на 27 страницах, содержит 33 таблицы, 27 рисунков. Общий объем работы составляет 147 страниц. Список литературы включает 70 источников.
