Методика комплексного автоматизированного мониторинга объектов энергетической системы Украины с целью повышения безопасности ее функционирования

Abstract

Статья посвящена описанию алгоритма комплексного автоматизированного мониторинга объектов энергетической системы Украины, направленного на обеспечение безопасности функционирования ее оборудования и персонала. Данный мониторинг предполагает использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для плановой и внеплановой регистрации состояния линий электропередачи (ЛЭП) и высоковольтных подстанций (ВП). Предполагается, что внеплановые облеты будут производиться при аварийных ситуациях на ЛЭП. С помощью БПЛА будут записываться с воздуха картины ЛЭП и ВП в оптическом и инфракрасном диапазонах, а также измеряться напряженности их электрического (ЭП) и магнитного (МП) полей вдоль трассы пролета. Использование специально разработанного программного обеспечения позволит сравнить регистрируемые БПЛА картины с предварительно созданными эталонными картинами, соответствующих штатным режимам работы контролируемых ЛЭП и ВП. Такие эталонные картины в совокупности с экспериментально полученными картами защитных заземлений ВП будут сведены в единый документ – паспорт ВП и ЛЭП. Данный паспорт должен содержать также измеренные и рассчитанные значения уровней напряженностей ЭП и МП в местах пребывания персонала энергетических объектов и расположения оборудования, наиболее уязвимого к воздействию электромагнитных помех. При необходимости в рамках выполнения проводимого мониторинга будут даны рекомендации по конструкции и расположению электромагнитных экранов, снижающих уровни электромагнитных воздействий, и молниеотводов, уменьшающих вероятность поражения молнией исследуемых объектов. В работе приводятся аналитические выражения, которые легли в основу разработанного программного обеспечения для расчета напряженности ЭП в окрестности ЛЭП. Данное программное обеспечение будет использовано в качестве базового при навигации БПЛА вдоль ЛЭП, а также для распознавания нарушений в работе ЛЭП. Приведено также сравнение зависимостей напряженности ЭП, рассчитанных с помощью данного программного обеспечения, с данными, известными из литературы. Отличие предлагаемой методики мониторинга от существующих состоит в том, что комплексный контроль ряда параметров, характеризующих внешнее состояние объектов энергосистемы, а также ее основных электрических параметров будут полностью автоматизированы. Это станет возможным в результате использования специально разработанного программного обеспечения по распознаванию оптических и инфракрасных изображений, а также картин линий равной напряженности ЭП и МП.

Стаття присвячена опису алгоритму комплексного автоматизованого моніторингу об'єктів енергетичної системи України, спрямованого на забезпечення безпеки функціонування її встаткування та персоналу. Даний моніторинг буде використовувати безпілотні повітряні апарати (БППА) для планової і позапланової реєстрації стану ліній електропередачі (ЛЕП) та високовольтних підстанцій (ВП). Передбачається, що позапланові обльоти будуть здійснюватися при аварійних ситуаціях на ЛЕП. За допомогою БППА будуть записуватися з повітря картини ЛЕП і ВП в оптичному і інфрачервоному діапазонах, а також вимірятися напруженості їх електричного (ЕП) і магнітного (МП) полів уздовж траси прольоту. Використання спеціально розробленого програмного забезпечення дозволить зрівняти картини, що реєструються БППА з попередньо створеними еталонними картинами, які відповідають штатним режимам роботи контрольованих ЛЕП і ВП. Такі еталонні картини в сукупності з експериментально отриманими картами захисних заземлень ВП будуть зведені в єдиний документ – паспорт ВП і ЛЕП. Даний паспорт повинен містити також обмірювані і розраховані значення рівнів напруженостей ЕП і МП у місцях перебування персоналу енергетичних об'єктів і розташування встаткування, найбільш уразливого до впливу електромагнітних завад. При необхідності в рамках виконання проведеного моніторингу будуть дані рекомендації з конструкції та розташування електромагнітних екранів, які знижують рівні електромагнітних впливів, і по розташуванню блискавковідводів, що зменшують імовірність поразки блискавкою досліджуваних об'єктів. У роботі приводяться аналітичні вирази, які лягли в основу розробленого програмного забезпечення для розрахунку напруженості ЕП в околиці ЛЕП. Дане програмне забезпечення буде використано в якості базового при навігації БППА уздовж ЛЕП, а також для розпізнавання порушень у роботі ЛЕП. Наведене також порівняння розподілів напруженості ЕП, розрахованих за допомогою даного програмного забезпечення, з даними, відомими з літератури. Відмінність пропонованої методики моніторингу від існуючих полягає в тому, що комплексний контроль ряду параметрів, що характеризують зовнішній стан об'єктів енергосистеми, а також її основні електричні параметри будуть повністю автоматизовані. Це стане можливим у результаті використання спеціально розробленого програмного забезпечення по розпізнаванню оптичних і інфрачервоних зображень, а також картин ліній рівної напруженості ЭП і МП

The paper describes an algorithm of the complex automated monitoring of Ukraine’s power energy system, aimed at ensuring safety of its personnel and equipment. This monitoring involves usage of unmanned aerial vehicles (UAVs) for planned and unplanned registration status of power transmission lines (PTL) and high-voltage substations (HVS). It is assumed that unscheduled overflights will be made in emergency situations on power lines. With the help of the UAV, pictures of transmission and HVS will be recorded from the air in the optical and infrared ranges, as well as strength of electric (EF) and magnetic (MF) fields will be measured along the route of flight. Usage specially developed software allows to compare the recorded pictures with pre-UAV etalon patterns corresponding to normal operation of investigated transmission lines and the HVSs. Such reference pattern together with the experimentally obtained maps of HVS’s protective grounding will be summarized in a single document – a passport of HVS and PTL. This passport must also contain the measured and calculated values of strength levels of EF and MF in the places where staff of power facilities stay as well as layout of equipment, the most vulnerable to the effects of electromagnetic interference. If necessary, as part of ongoing monitoring, recommendations will be given on the design and location of electromagnetic screens, reducing the levels of electromagnetic interference as well as on location of lightning rods, reducing probability lightning attachment to the objects. The paper presents analytic expressions, which formed the basis of the developed software for calculation of the EF strength in the vicinity of power lines. This software will be used as a base at UAV navigation along the transmission lines, as well as to detect violations in the transmission lines operation. Comparison of distributions of EF strength calculated with the help of the elaborated software with the known literature data has been presented also. The difference between the proposed method of monitoring and the existing methods is full automation of the complex control of a number of parameters characterizing the state of the external power grid facilities, as well as its basic electrical parameters. This will be possible due to usage of specially developed software for recognition of optical and infrared images, as well as pictures of lines of equal EF and MF strength.