المراقبة الفعلية لانحراف الرياح لسلاسل العوازل الكهربائية

أهمية المراقبة الفعلية لانحراف الرياح لسلاسل العوازل الكهربائية

في السنوات الأخيرة تكررت حوادث وميض الرياح على خطوط النقل بشكل متكرر، مما هدد بشكل خطير التشغيل الآمن لشبكة الكهرباء وتسبب في خسائر اقتصادية كبيرة، علاوة على ذلك وبعد وقوع الحادث؛ فإنه من الصعب تحديد موقع الخطأ، مما يتسبب في مشاكل كبيرة لأعمال الصيانة الكهربائية، لذلك؛ فإن مراقبة انحراف الرياح لخطوط النقل مهمة بشكل خاص.

كما أن انحراف الرياح لعوازل التعليق هو زاوية ميل سلسلة العازل بالنسبة للبرج تحت تأثير الرياح، وهو العامل الأكثر أهمية في حدوث حادث الرحلة المنحاز للرياح، وفي الوقت الحاضر تستخدم طريقة مراقبة انحراف الرياح العازلة شائعة الاستخدام بشكل أساسي مستشعر الإمالة للكشف أو تبسيط العازل لإنشاء نموذج قضيب مستقيم صلب واستخدام معادلة انحراف الرياح لحساب زاوية الانحراف.

ومن ناحية أخرى، تتطلب هذه الأساليب تحليلًا ميكانيكياً معقداً وكمية الحساب كبيرة، ومن ناحية أخرى و نظراً لدقة المستشعر أو قيود النموذج الرياضي، لذلك لا يمكن أخذ جميع العوامل التي تؤثر على انحراف الرياح في الاعتبار وستكون هناك أخطاء معينة، ومن أجل مراقبة زاوية سرعة الرياح ومسافة سلسلة العازل بشكل أكثر ذكاءً، تستخدم تقنية القياس المقترحة في هذا الطرح جهاز مراقبة الفيديو لتجميع صور سلسلة العازل، وبناءً على تحليل خصائص انحياز الرياح للعازل؛ فإنه يتم استخدام تقنيات معالجة الصور.

لذلك تم اقتراح طريقة مقياس رمادية محسّنة لتحسين التباين بين العازل والخلفية، كما ويقترح عامل (Kirsch) المحسن للحصول على حافة سلسلة عازلة كاملة أحادية البكسل، بحيث يتم حساب النقطة المركزية لكل عازل وتركيبها للحصول على محور سلسلة العازل، كما ويمكن حساب زاوية انحراف الرياح والمسافة ويمكن أن تدرك الطريقة مراقبة عدم الاتصال عبر الإنترنت وتوفر فكرة جديدة لرصد انحراف الرياح في خطوط النقل الكهربائية.

نظرة عامة على تقنية مراقبة انحراف الرياح

إطار عمل تقنية مراقبة انحراف الرياح

تتكون تقنية القياس المقترحة من ثلاثة أجزاء، وهي جهاز المراقبة مع مستشعرات الصورة وشبكات اتصالات (GPRS) ومركز المراقبة مع برنامج تحليل انحراف الرياح العازل، كما أنه يتم التقاط صور العازل بواسطة مستشعرات الصور ويتم فك ضغطها وإرسالها إلى مركز المراقبة بواسطة شبكات اتصالات (GPRS) ثم يتم تحليلها بواسطة الخوارزميات المقترحة، كما هو مبين في الرسم التخطيطي لنظام المراقبة الموضح في التالي (1)، بحيث يحقق المراقبة عبر الإنترنت على مدار (24) ساعة لخطوط نقل (UHV).

مبدأ قياس انحراف الرياح العازل

يظهر مخطط تدفق قياس انحراف الرياح للعازل في الشكل التالي (2)، أولاً يتم تثبيت جهاز مراقبة الفيديو على البرج، والذي يمكن تعديل زاويته وموضعه لجمع صور عازل المجال الكهربائي، كما يتم إجراء معالجة التدرج الرمادي المحسّن لـ (R + G) على صورة (RGB) الملونة المجمعة ويتم استخدام الترشيح الوسيط لتقليل الضوضاء.

ثانياً يتم تطبيق تجزئة عتبة (Otsu) ثنائية الأبعاد على الصورة المعالجة مسبقاً، ويتم الحصول على هدف سلسلة العازل من خلال الجمع بين التصفية “المورفولوجيا” واستخراج مجال الاتصال، بعد ذلك يتم استخدام عامل (Kirsch) المحسّن للحصول على الحافة العريضة الكاملة “أحادية البكسل” لسلاسل العازل والبحث في نقاط الحدود اليمنى واليسرى لكل عازل على حدة، بحيث يمكن حساب النقاط المركزية لكل عازل.

أخيراً يتم تحويل نقاط المركز هذه إلى إحداثيات عالمية عن طريق معايرة الكاميرا ويتم تركيبها بطريقة التربيع الصغرى، بحيث يمكن الحصول على زاوية الانحراف (θ) لسلسلة العازل وفقاً لميل خط التركيب ومسافة الانحراف (d)، وذلك وفقاً لطول سلسلة العازل، وعندما تكون (θ) أكبر من (7.5) درجة وتكون (d) أكبر من (300) مم، كما أنه يتم إصدار إنذار لتنبيه الموظفين لإجراء الصيانة المقابلة، وإلا فإن سلسلة العازل تعمل بشكل طبيعي.

تحديد سلسلة العازل

الصورة قبل المعالجة: في الوقت الحالي، تعتبر الصور التي تم الحصول عليها وعرضها بواسطة أداة تجميع الصور هي صور ملونة (RGB)، بما في ذلك قنوات (R ، G ، B)، بحيث تمثل (R ، G ، B) القيم الرمادية للبكسل الأحمر والأخضر والأزرق في الصورة، خاصةً في عملية التطبيق العملي، وذلك وفقاً لخصائص اللون وأغراض المعالجة للصورة، كما أنه يلزم تحويل مساحة اللون المقابلة ومعالجة التدرج الرمادي لتقليل كمية البيانات وحساب كائن المعالجة.

أيضاً  يتم تحويل صورة العازل إلى فضاء لوني (HSI)، بحيث تتم معالجة مكونات (H) و (S) على التوالي، كما ويستخدم شكل المجال المتصل لتحديد العازل، لكن تأثير معالجة صورة العازل المأخوذة في الطقس المظلم ليس جيداً وسرعة معالجة الخوارزمية بطيئة بسبب تحويل مساحة اللون، كما أنه يتم ترجيح صورة العازل مباشرة باللون الرمادي ويتم استخدام طريقة (Otsu) للحصول على الهدف وتكون سرعة المعالجة فائقة، لكن تأثير معالجة صورة العازل ذات الألوان الغنية والخلفية المعقدة ليس مثالياً.

استخراج سلسلة العازل وكشف الحافة: يتم تجزئة صورة العازل المُعالجة مسبقاً لاستخراج هدف سلسلة العازل، من خلال طريقة تجزئة العتبة (Otsu) التي هي الخوارزمية الأكثر استخداماً، ولكن عيبها أنها لا تعكس التوزيع المكاني بين وحدات البكسل في الصورة وتتأثر بسهولة بالضوضاء والعوامل الخارجية، مما يؤدي إلى تأثير التجزئة غير المرضي.

لذلك يقدم هذا البحث طريقة تجزئة “عتبة أوتسو” ثنائية الأبعاد، والتي يمكن أن تعكس علاقة التوزيع المكاني لكل بكسل في الصورة، وبالتالي يتم تجنب الضوضاء الموجودة في الصورة لإزعاج تأثير التجزئة والتجزئة تم تحسين الدقة.

كما يبين الشكل التالي الشكل الرسم تخطيطي لمدرج تكراري رمادي ثنائي الأبعاد، وذلك عند تحديد نقطة معينة، بحيث يتم تمثيل القيمة الرمادية على المحور الأفقي (S)، كما ويتم تمثيل متوسط ​​القيمة الرمادية لجميع وحدات البكسل في المنطقة المجاورة للنقطة على المحور الرأسي (T)، بحيث يتم تقسيم المستوى بأكمله إلى أربع مناطق، حيث تمثل المنطقة (I) الهدف وتمثل المنطقة (II) الخلفية وتمثل المنطقة (III) حدود الصورة وتمثل المنطقة (IV) الضوضاء.

وأخيراً تم اقتراح تقنية مراقبة انحراف الرياح الفعلي لسلاسل عازل التعليق بناءً على الكشف المحسن للحافة في هذا الطرح، والتي تستخدم جهاز مراقبة الفيديو لتجميع صورة سلسلة العازل وتقنية معالجة الصور لاستخراج هدف العازل والمعطيات المميزة، كما أنه  تم اقتراح طريقة مقياس رمادية محسّنة لتحسين التباين بين العازل والخلفية.

بعد ذلك، يُقترح مشغل (Kirsch) المحسّن للحصول على حافة سلسلة عازلة كاملة أحادية البكسل، بحيث يتم حساب النقطة المركزية لكل عازل وتركيبها، وذلك من خلال حساب الخطأ النسبي والمقارنة، حيث أن الحد الأقصى والأدنى لأخطاء هذه الورقة هما (8.72٪) و (1.01٪) على التوالي، وهي أصغر من وبتحليل (200) صورة عازل مجال، أيضاً كانت دقة التحديد (93.75٪) و (91.36٪)، مما أكد أن الطريقة المقترحة فعالة وعملية.