Да направиш невидимото видимо

За да се гарантира безаварийната експлоатация на електропреносните мрежи, техните инфраструктурни компоненти, като например въздушните електропроводни линии, трябва редовно да се инспектират. Периодичните огледи от обучен персонал са свързани с големи разходи на време и средства – една обиколка с хеликоптер струва около 400 евро на километър. Затова безпилотните летателни апарати все повече се налагат като инструмент в инспекцията на важната за сигурността мрежова инфраструктура.

При огледите с дрон могат да се регистрират повече дефекти, отколкото от земята, но управлението на летателните апарати става в обхвата на видимостта и затова те са подходящи за по-малки дистанции. За да може по-лесно да се откриват дефектите, в дроновете се монтират специални ултравиолетови и топловизионни камери, които са в състояние да разпознаят коронен разряд и горещи места по електропровода. Това, което обаче липсва, са автоматична оценка на дефектите и необходимото за това опростяване на постъпилите данни, определяне на координатите на откритите дефекти и интеграция на анализите в работните процеси на мрежовите оператори.

Този пропуск ще се попълни с подпомагания от фонд „Климат и енергия“ изследователски проект VOLTAIR, който изследователското звено “Корпоративни технологии” на Siemens провежда заедно с Техническия университет в Грац (Институт за техника на високите напрежения и системно управление). Той ще включва инспекция на въздушни електропроводи, трансформатори, ел. уредби и трансформаторни подстанции.

Тук се вижда ясно лостовият принцип на действие на VOLTAIR в синхрон с летателния апарат, специално настроената сензорна техника и преди всичко автоматичния метод за оценка и анализ. От записаните разнообразни данни автоматично могат да се отделят и оценят само важните за инспекцията състояния, които досега оставаха скрити за човешкото око. Благодарение на автоматичната оценка и редукцията на данни може да се осъществи лесна интеграция в съществуващите системи за управление на активите, да се вземат бързи решения и така документацията ще бъде без пропуски – т. е. налице е оптимална интеграция на процесите и системите.

Снимките, които могат да се направят на дефектите по въздушните електропроводи, са разнообразни. За да се намали сложността и количеството на автоматичните анализи до целесъобразна и възможна за обработване величина, в изследователския проект първо бяха събрани и групирани особени случаи, които възникват по инфраструктурата.

Изискванията на потенциалните потребители бяха формулирани в рамките на работен семинар с енергийни и мрежови оператори. С помощта на съставения от проектния екип каталог на дефектите от страна на мрежовите оператори бяха приети определени критериите за оценка на отделните дефекти.

Едновременно с това бяха взети под внимание и групирани преобладаващите ултравиолетови и топловизионни ефекти от гледна точка на техниката за високо напрежение на базата на лабораторни експерименти, от което бяха изведени предписания за измервания. Така възникна каталогът на критериите за проверка. Чрез ориентировъчните лабораторни измервания беше възможно да се покаже, че многобройните важни за работата състояния могат да се редуцират до сравнително малки ултравиолетови и топловизионни изображения.

Целта на автоматичните снимкови анализи е в заснетите от сензорите данни да се откриват и локализират аномалиите по инфраструктурата за високо и средно напрежение, т. е. отделните засичания трябва да се подредят прецизно в 3D-пространството. Така от голямото количество първични данни беше възможно да се изведе информация относно важните за инспекцията състояния.

В проекта VOLTAIR бяха разработени нови методи за анализ: при ултравиолетовата диагностика беше планирана и успешно въведена автоматична поредица от методи, благодарение на които отделните снимки на открити коронни разряди да бъдат обединени в 3D,  а с това и локализирани. Калибрирането на камерите играе централна роля при установяването на местоположението. Обичайните методи за калибриране не могат да се използват едно към едно върху ултравиолетовата камера, тъй като на нея обикновените проби от калибрирането не могат да се видят. В рамките на VOLTAIR  беше разработено и конструирано активно помощно приспособление, с което се извърши калибриране на сензорната глава.

Относно топловизионната диагностика бяха обсъдени възможните начини за измерване на температурата заедно с външни партньори (Висшето училище за техника и икономика в Дрезден и Института за интегрални схеми към дружество „Фраунхофер“). За VOLTAIR  беше избран метод, при който от снимковите данни автоматично може да се засекат типични клемни връзки по въздушните електропроводи и да се предостави информация за тяхното термично състояние, така че целево да се търсят отклонения от нормата.

Друг резултат от изследователския проект беше разработването на преносима с дрон измервателна система, с която се генерират данни за по-нататъшния анализ. Сензорната глава на тази система е оборудвана с две камери. Едната е термична, а другата е специална ултравиолетова камера с вграден видеоусилвател. Тя е пригодна за работа на слънчева светлина и затова е подходяща за експлоатация на открито през деня. Освен това е оборудвана със светофилтър. Монтирането на сензора беше проверено в съпровождащи лабораторни и полеви опити,  включващи оглед с дрон. Всички компоненти, необходими за регистрирането на данни, бяха синхронизирани.

С финалната измервателна система бяха проведени многобройни полеви опити и валидиращи експерименти, както в контролирана среда, така и в реални експлоатационни условия. За да се постигне икономически ефективен дневен километраж, скоростта на измерване може да стигне до 30 км/ч. С проекта VOLTAIR бяха избрани възможно най-подходящите методи – от една страна чрез ориентирана към потребителите дефиниция на проблемите, от друга страна чрез концентрация върху важните фактори. Беше регистрирано само това, което е важно за експлоатацията, освен това бяха съставени достатъчно групи алгоритми, за да могат различните снимки на дефекти да бъдат обхванати от два допълнителни метода за измерване. За остатъка от срока на проекта се предвиждат допълнителни въздушни огледи и интегриране на регистрираната информация в експлоатационния процес.