Разработка системы цифровой радиографии проводов для воздушных линий электропередач

Электроэнергетика представляет собой сердце экономики любого
высокоразвитого государства. Передача электрической энергии по воздуху на
большие расстояния осуществляется с помощью воздушных линий
электропередач (ВЛЭП) по электрическим проводам. В качестве электрических
проводов, как правило, применяются неизолированные провода. Расстояния
между опорами высоковольтных магистральных ВЛЭП являются
значительными, что обуславливает необходимость армирования алюминиевых
проводов стальными сердечниками, обеспечивающими повышенную прочность
ВЛЭП и, соответственно, долговечность, отказоустойчивость и безопасность
эксплуатации в нормативных условиях.
Большая часть высоковольтных магистральных линий электропередач,
которые эксплуатируются в настоящее время, была построена в СССР в
условиях плановой экономики. Плановая экономика с её жёсткими
требованиями к строительству опор, используемых материалов, проводов,
изоляторов и т.п. обеспечила надёжное функционирование ВЛЭП с
существенным превышением нормативных сроков. В последние годы возникает
настоятельная необходимость модернизации существующих ВЛЭП с
контролем их технического состояния и заменой электрических проводов.
Современное развитие экономики диктует условия бесперебойного
электроснабжения с максимально возможным продлением срока службы
электрических проводов, что невозможно без совершенствования не только
технологии изготовления электрических проводов, но и тотального выходного
их контроля.
Последние десятилетия характеризуются лавинообразным развитием
методов и средств неразрушающего контроля, испытаний и диагностики. Для
обнаружения производственных дефектов армированных электрических
проводов применяют оптико-визуальные, оптико-измерительные,
ультразвуковые, акустико-эмиссионные, электрические, магнитные и прочие
методы неразрушающих испытаний (МНИ). Оптико-визуальные, оптико-
измерительные, магнитные и ультразвуковые методы служат для выявления
поверхностных и приповерхностных дефектов. Этого явно недостаточно в свете
современных потребительских требований к электрическим проводам с учётом
всех возможных рисков.
В качестве основного или дополнительного метода неразрушающего
контроля может выступать классическая радиография с её исключительным
пространственным разрешением и достаточным уровнем чувствительности к
различным типам дефектов. Однако использование в качестве детекторов
рентгеновского излучения (ДРИ) или детекторов тормозного излучения (ДТИ)
рентгеновской плёнки является безусловными ограничением применения
метода на практике, так как классическая радиография отличается низкой
производительностью и не позволяет оперативно контролировать готовые
изделия, что в принципе исключает осуществить корректировку
технологических воздействий с целью устранения обнаруженных недостатков.
В процессе радиографического контроля используются дорогостоящие
расходные материалы, что делает проведение контроля излишне затратным.
Последние три десятилетия высокими темпами развиваются цифровая
радиография (ЦР) и рентгеновская вычислительная томография (РВТ). Следует
отметить, что армированные электрические провода относятся наряду со
стальными канатами наиболее типичными представителями класса витых
изделий. Представители этого класса, несмотря на строгую организованность
(регулярность) своей внутренней структуры, являются исключительно
«неудобными» с точки зрения НМИ. В качестве детекторов рентгеновского и
тормозного излучений в системах ЦР и РВТ используются линейные и
матричные регистраторы радиации непрямого и прямого преобразования. В
указанных детекторах рентгеновское или тормозное излучение, прошедшее
через объект испытаний, поглощается в радиационно-чувствительных объёмах
и напрямую либо опосредствованно трансформируется в аналоговые
электрические сигналы с последующим их преобразованием с помощью АЦП в
цифровые сигналы. Совокупность цифровых сигналов и представляет собой
исходное цифровое радиографическое изображение, которое затем
подвергается различного рода преобразованиям. Целью отмеченных
преобразований является получение информации о внутренней структуре
объекта контроля. Информация в ЦР может формироваться практически в
режиме реального времени, что делает её незаменимой в автоматизированных
системах управления технологическими процессами. Описанный способ
формирования цифровых радиографических изображений не содержит
промежуточных носителей информации и сводит к минимуму длительность
этапов обработки информации. Из сказанного выше следует актуальность
задач, связанных с обоснованием технической возможности контроля
сталеалюминевых проводов методом цифровой радиографии и с выбором
параметров соответствующих систем.
Предмет диссертационных исследований – методы цифровой
радиографии сталеалюминевых проводов.
Объект диссертационных исследований – закономерности
формирования и алгоритмы обработки цифровых радиографических
изображений сталеалюминевых проводов.
Цель исследований – разработка методик выбора и оценки параметров
и характеристик комплекса цифровой радиографии сталеалюминевых проводов
и алгоритмов классификации дефектов по их радиографическим образам.
Для достижения поставленной цели предполагается решение
следующих задач:
− Систематизировать и классифицировать дефекты сталеалюминевых
проводов и методы их обнаружения и идентификации.
− Оценить техническую возможность применения цифровой
радиографии для выявления основных типов дефектов сталеалюминевых
проводов.
− Разработать алгоритм оценки основных параметров и характеристик
системы цифровой радиографии для контроля сталеалюминевых проводов.
− Разработать методику выбора энергии рентгеновского излучения
применительно к цифровой радиографии проводов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач
использовались методы системного анализа, математического и вероятностного
моделирования, численного анализа, оптимизации и статистической обработки
результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна:
− Систематизированы и классифицированы дефекты сталеалюминевых
проводов и методы их обнаружения и идентификации.
− Доказана техническая возможность применения цифровой
радиографии для обнаружения основных типов дефектов сталеалюминевых
проводов.
− Разработана методика выбора максимальной энергии рентгеновского
излучения применительно к цифровой радиографии сталеалюминевых
проводов.
− Разработан алгоритм оценки основных параметров и характеристик
системы цифровой радиографии для контроля сталеалюминевых проводов.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в
результате диссертационных исследований алгоритмы обработки
радиографических изображений сталеалюминевых проводов и
соответствующие рекомендации позволят повысить вероятность выявления и
однозначной идентификации основных типов дефектов, а также выбрать
максимальную энергию рентгеновского излучения по критерию минимальной
погрешности оценки эффективного диаметра сталеалюминевого провода.
Реализация результатов работы. Результаты выполненных
исследований реализованы в алгоритмах и программах выбора и оценки
параметров и характеристик комплексов цифровой радиографии
сталеалюминевых проводов.
Апробация работы. Основные положения выпускной
квалификационной работы обсуждались на отчетах по НИРМ в 2016 − 2018
годах.
На защиту выносятся:
Систематизация и классификация дефектов сталеалюминевых проводов
и методов их выявления и идентификации.
− Обоснование технической возможности применения цифровой
радиографии для выявления основных типов дефектов сталеалюминевых
проводов.
− Методика выбора максимальной энергии рентгеновского излучения
применительно к цифровой радиографии сталеалюминевых проводов.
− Алгоритм и программа оценки основных параметров и характеристик
системы цифровой радиографии для контроля сталеалюминевых проводов.