energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2022-15-4-284-292energsecurity-849Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЯ, РАСЧЕТЫDESIGN, RESEARCH, CALCULATIONSРазработка новых методов оценки технического состояния линий электропередач с применением цифровой обработки изображенийDevelopment of new methods for assessing the technical condition of power lines using digital image processingСултановМ. М.SultanovM. M.

пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский

ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky

ШамигуловП. В.ShamigulovP. V.

пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский

ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky

МилитонянШ. М.MilitonyanS. M.

пр. Ленина, 69, 404111, г. Волжский

ave. Lenin, 69, 404111, Volzhsky

ЛихачёвА. И.LikhachevA. I.

ул. Политехническая, 26, 194021, г. Санкт-Петербург

Politechnicheskaya str., 26, 194021, Saint Petersburg

БрунковП. Н.BrunkovP. N.

ул. Политехническая, 26, 194021, г. Санкт-Петербург

Politechnicheskaya str., 26, 194021, Saint Petersburg

СоколовР. В.SokolovR. V.

ул. Политехническая, 26, 194021, г. Санкт-Петербург

Politechnicheskaya str., 26, 194021, Saint Petersburg

ЛевинА. А.LevinA. A.

ул. Политехническая, 26, 194021, г. Санкт-Петербург

Politechnicheskaya str., 26, 194021, Saint Petersburg

Филиал ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» в г. ВолжскомРоссияBranch of FSBOU VO "NIU" MPEI " in VolzhskyRussian FederationФТИ им. А. Ф. ИоффеРоссияFTI named after A. F. IoffeRussian Federation202209022023154284292Copyright © Султанов М.М., Шамигулов П.В., Милитонян Ш.М., Лихачёв А.И., Брунков П.Н., Соколов Р.В., Левин А.А., 20232023Султанов М.М., Шамигулов П.В., Милитонян Ш.М., Лихачёв А.И., Брунков П.Н., Соколов Р.В., Левин А.А.Sultanov M.M., Shamigulov P.V., Militonyan S.M., Likhachev A.I., Brunkov P.N., Sokolov R.V., Levin A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/849

Важную роль в удовлетворении высокого качества жизни населения и современной промышленности играет надежность электроснабжения и обеспечение бесперебойной доставки электричества. В результате большого количества аварийных отказов элементов, обусловленных внешними факторами, информация о техническом состоянии элементов в режиме реального времени не используется диспетчерскими центрами. Данные условия вызывают затруднения при оценке надежности линий электропередачи и своевременного устранения развивающихся дефектов, влекущих за собой большие потери при передаче, а также являющихся причиной обрывов проводов и их разрушения.

При рассмотрении для оценки поверхности проводов линий электропередач цифровой фотографии или иного растрового изображения известно, что оно представляет собой массив чисел, зафиксированных сенсорами уровней яркости, в двумерной плоскости. Поскольку с математической точки зрения тонкая линза выполняет преобразование Фурье изображений размещенных в фокальных плоскостях, можно создать алгоритмы обработки изображений, являющихся аналогами обработки изображений классической оптической системой. Предложен алгоритм автоматической обработки растровой электронной микроскопии изображений, направленный на выявление и описание поверхностных дефектов проводов линий электропередач, реализованный на языке программирования Python. В рамках алгоритма предлагается использовать процедуру преобразования Фурье для устранения градиента яркости изображения и подавления высокочастотного шума на изображении путем применения двумерного полосового фильтра. Определены необходимость и параметры нормализации динамического диапазона отфильтрованного изображения. Определены параметры бинаризации нормализованного изображения. Предложена количественная оценка степени дефектности исследуемой поверхности проволоки. Предложена количественная оценка степени вытянутости дефектов на поверхности исследуемой проволоки.

An important role in satisfying the high quality of life of the population and modern industry is played by the reliability of power supply and ensuring uninterrupted delivery of electricity. As a result of a large number of emergency failures of elements caused by external factors, information about the technical state of elements in real time is not used by dispatching centers. These conditions cause difficulties in assessing the reliability of power lines and timely elimination of developing defects, which cause high transmission losses and lead to wire breaks and failures.

Considering a digital photo or other raster image to assess the surface of power lines wires, we know that it is an array of numbers recorded by sensors of brightness levels, in a two-dimensional plane. Knowing that in mathematical terms a thin lens performs the Fourier transform of images placed in the focal planes, it is possible to create image processing algorithms, which are analogues of image processing by a classical optical system. An algorithm for automatic processing of scanning electron microscopy images aimed at detecting and describing surface defects in power line wires is proposed, which is implemented in the Python programming language. The algorithm proposes to use a Fourier transform procedure to eliminate the image brightness gradient and suppress high-frequency noise in the image by applying a two-dimensional bandpass filter. The necessity and parameters of the dynamic range normalization of the filtered image are determined. The binarization parameters of the normalized image are determined. A quantitative assessment of the degree of defectiveness of the investigated wire surface has been proposed. A quantitative assessment of the degree of elongation of defects on the surface of the investigated wire has been proposed.

надежность электроснабженияотказэксплуатациядиагностика проводов ЛЭПрастровая электронная микроскопияreliabilitypower supply reliabilityfailureoperationpower line wire diagnosticsscanning electron microscopyРабота выполнена при финансовой поддержке государственного задания РФ FSWF 2020-0025 "Разработка методов и анализ способов достижения высокого уровня безопасности и конкурентоспособности объектов энергетических систем на базе цифровых технологий". Изображения РЭМ получены с использованием оборудования федерального Центра коллективного пользования (ЦКП) «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» (ФТИ им. А. Ф. Иоффе, Санкт-Петербург, Россия.The work was carried out with the financial support of the state task of the Russian Federation FSWF 2020-0025 "Development of methods and analysis of ways to achieve a high level of safety and competitiveness of facilities of energy systems based on digital technologies." SEM images were obtained using the equipment of the Federal Cooperative Use Center (CUC) "Material Science and Diagnostics in Advanced Technologies" (A. F. Ioffe Physics Institute, St. Petersburg, Russia).ReferencesМодель собственных гармонических колебаний провода для задач мониторинга состояния воздушных линий электропередачи / Д. А. Ярославский, В. В. Нгуен, М. Ф. Садыков [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2020; 22 (3): 97 – 106.Model of natural harmonic vibrations of a wire for the task of monitoring the state of overhead power lines / D. A. Yaroslavsky, V. V. Nguyen, M. F. Sadykov [et al] // Proceedings of Higher Education Institutions. Problems of power engineering 2020; 22 (3): 97 – 106.Дистанционные методы обследования линий электропередач / М. С. Полуянова, Д. С. Соколов, Л. В. Боева, Г. Ю. Киселев // Молодой ученый 2017; 22 (156): 68 – 70.Remote methods of inspection of power lines / M. S. Poluyanova, D. S. Sokolov, L. V. Boeva, G. Yu. Kiselev // Young Scientist 2017; 22 (156): 68 – 70.Power Line Systems – Computer Aided Design and Draft [Электронный ресурс]. Режим доступа: powerlinesystems.com/plscadd (дата обращения: 5.12.2022).Power Line Systems – Computer Aided Design and Draft [Electronic resource]. Mode of access: powerlinesystems.com/plscadd (date of access: 5.12.2022).Егоров О. А. Дистанционные методы обследования линий электропередач // Актуальные вопросы в науке и практике : Сборник статей по материалам VIII международной научно-практической конференции. В 3-х частях, Самара, 15 мая 2018 года. – Самара: Общество с ограниченной ответственностью Дендра 2018;: 74 – 77.Egorov O. A. Distant methods of inspection of power lines // Actual questions in science and practice: collection of papers on materials of VIII International Scientific-Practical Conference. In 3 parts, Samara, May 15, 2018. – Samara: Dendra Limited Liability Company 2018;: 74 – 77.Спиридонов Д. И., Щепкин С. А. Причины возникновения мест повреждений на воздушных линиях электропередач и дистанционные методы их устранения // Проблемы и перспективы развития электроэнергетики и электротехники: Материалы III Всероссийской научно-практической конференции, Казань, 17 – 18 марта 2021 года. – Казань: Казанский государственный энергетический университет 2021;: 96 – 99.Spiridonov D. I., Schepkin S. A. Causes of fault locations on overhead power lines and remote methods of their elimination // Problems and prospects for the development of electric power engineering and electrical engineering: Proceedings of the III All-Russian Scientific and Practical Conference, Kazan, March 17 – 18, 2021. – Kazan: Kazan State Power Engineering University 2021;: 96 – 99.Белянина Р. К. Дистанционный метод определения мест повреждения воздушных линий электропередачи // Тинчуринские чтения: Тезисы докладов XIII молодежной научной конференции: В 3-х томах, Казань, 24 – 27 апреля 2018 года / Под общей редакцией Э. Ю. Абдуллазянова. – Казань: Казанский государственный энергетический университет 2018;: 27 – 29.Belyanina R. K. Remote method for determining the locations of damage to air power lines // Tinchurin readings: Theses of the reports of the XIII youth scientific conference: in 3 volumes, Kazan, April 24 – 27, 2018 / Edited by E. Yu. Abdullazyanov. – Kazan: Kazan State Power University 2018;: 27 – 29.Бикбулатова Г. Г., Морозова А. А., Литвинов А. В. Применение ГИС и методов дистанционного зондирования для мониторинга линий электропередач // Актуальные проблемы геодезии, землеустройства и кадастра: Сборник материалов III региональной научно-практической конференции, Омск, 30 марта 2021 года. – Омск: Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина 2021;: 18 – 22.Bikbulatova G. G., Morozova A. A., Litvinov A. V. Application of GIS and remote sensing methods for monitoring power lines // Actual problems of geodesy, land management and cadastre: Proceedings of the III regional scientific-practical conference, Omsk, March 30, 2021. – Omsk: Omsk State Agrarian University named after P. A. Stolypin 2021;: 18 – 22.Modification of the structural, microstructural, and elastoplastic properties of aluminum wires after operation / A. A. Levin, M. V. Narykova, A. I. Lihachev [et al.] // Metals 2021; 11(12).Modification of the structural, microstructural, and elastoplastic properties of aluminum wires after operation / A. A. Levin, M. V. Narykova, A. I. Lihachev [et al.] // Metals 2021; 11(12).Brettschneider S., Fofana I. Evolution of Countermeasures against Atmospheric Icing of Power. Energies 2021; 14: 6291.Brettschneider S., Fofana I. Evolution of Countermeasures against Atmospheric Icing of Power. Energies 2021; 14: 6291.Electrical reliability simulation based on analysis of fatigue strength of overhead line wires / V. G. Kul'kov, M. M. Sultanov, V. N. Kuryanov, D. Sh. Norov // Proceedings of the 3rd 2021 International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering, REEPE 2021: 3, Moscow, 11 – 13 марта 2021 года. – Moscow 2021;: 9388090.Electrical reliability simulation based on analysis of fatigue strength of overhead line wires / V. G. Kul'kov, M. M. Sultanov, V. N. Kuryanov, D. Sh. Norov // Proceedings of the 3rd 2021 International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering, REEPE 2021: 3, Moscow, March 11 – 13, 2021. – Moscow 2021;: 9388090.Татарников Д. А. Мониторинг состояния воздушных линий электропередачи дистанционными методами // Географическое изучение территориальных систем: Сборник материалов XV Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных, Пермь, 11 – 12 мая 2021 года / Под редакцией А. А. Сафаряна. – Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет 2021;: 341 – 343.Tatarnikov D. A. Monitoring of overhead power lines by remote methods // Geographical study of territorial systems: Proceedings of XV All-Russian Scientific-Practical Conference of Students, Graduate Students and Young Scientists, Perm, May 11 – 12, 2021 / Edited by A. A. Safaryan. – Perm: Perm State National Research University 2021;: 341 – 343.Нгуен В. В. Инклинометрические методы обследования состояния воздушных линий электропередачи // Тинчуринские чтения – 2020 "Энергетика и цифровая трансформация": Материалы Международной молодежной научной конференции. В 3-х томах, Казань, 28 – 29 апреля 2020 года. – Казань: Казанский государственный энергетический университет 2020;: 260 – 263.Nguyen V. V. Inclinometric methods of inspection of overhead power lines // Tinchurin Readings – 2020 "Energy and Digital Transformation": Proceedings of the International Youth Scientific Conference. In 3 volumes, Kazan, April 28 – 29, 2020. – Kazan: Kazan State Power University 2020;: 260 – 263.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.