Primjena tehnologije UAV u sekvencijalnim kontrolnim operacijama podstacija

S napretkom tehnologija pametnih mreža, sekvencijalna kontrola (automatizirano prebacivanje temeljeno na SCADA-u) u transformatorskim stanicama postala je ključna tehnika za osiguravanje stabilnog rada elektroenergetskog sustava. Iako su postojeće tehnologije sekvencijalne kontrole već široko implementirane, izazovi povezani s stabilnošću sustava u složenim radnim uvjetima i interoperabilnosti opreme ostaju značajni. Tehnologija letjelica bez pilota (UAV), koja se karakterizira pokretljivošću, mobilnošću i sposobnošću inspekcije bez kontakta, nudi inovativno rješenje za optimizaciju operacija sekvencijalne kontrole. 

Dubokom integracijom funkcija zasnovanih na UAV-u, kao što su patroliranje iz zraka i praćenje stanja u stvarnom vremenu, u tradicionalne sustave sekvencijalne kontrole, mogu se učinkovito prevladati ograničenja ručnih operacija, omogućujući precizno i u stvarnom vremenu praćenje stanja opreme te znatno poboljšavajući pouzdanost i razinu inteligentnosti sekvencijalne kontrole. Istraživanje primjene UAV-a u sekvencijalnoj kontroli transformatorskih stanica ima veliku praktičnu važnost za napredak u razvoju pametnih mreža.

1.Pregled operacija sekvencijalne kontrole u transformatorskim stanicama
1.1 Definicija
Sekvencijalna kontrola u transformatorskim stanicama odnosi se na automatizirano, korak po korak izvršavanje niza operacija električne opreme prema unaprijed definiranim postupcima i logičkim pravilima putem sustava automatizacije. Kao primjer uzeti ćemo operacije prijenosa sabirnice (prebacivanje): tradicionalno, operatori moraju ručno upravljati sklopkama, odvajačima i drugim uređajima jedan po jedan. Naprotiv, kod sekvencijalne kontrole, operatorima je potrebno dati samo jednu cjelovitu naredbu s radne stanice za nadzor; sustav zatim automatski i točno izvršava cijeli niz – poput isključivanja linijske sklopke, nakon čega slijedi otvaranje pripadnih odvajača – znatno pojednostavljujući radni tijek.

1.2 Tehnička načela
Sekvencijalna kontrola u transformatorskim stanicama oslanja se na integrirani sustav automatizacije koji se sastoji od ključnih komponenti uključujući nadzorni računalo, mjernih i kontrolnih jedinica te inteligentnih terminala. Nadzorno računalo djeluje kao sučelje između čovjeka i stroja, prima naredbe od operatora i pretvara ih u izvršive kontrolne signale. Mjerne i kontrolne jedinice neprekidno prikupljaju podatke o stvarnom radu – kao što su struja, napon i položaj opreme – pružajući operatorima informacije o trenutnom stanju te bitne ulazne podatke za donošenje sekvencijalnih logičkih odluka. Inteligentni terminali izravno su povezani s primarnom opremom kako bi izvršili preklopne operacije i komunicirali s mjernim/kontrolnim jedinicama i drugim uređajima putem optičkih kabela ili žica, osiguravajući brzu i točnu prijenos podataka kako bi podržali sigurno i učinkovito izvršavanje sekvencijalne kontrole.

1.3 Prednosti
1.3.1 Poboljšana operativna učinkovitost
Kod konvencionalnih operacija u transformatorskim stanicama, preklopne procedure patore od značajne neučinkovitosti. Na primjer, tijekom operacije prijenosa sabirnice od 220 kV, osoblje mora više puta premještati između polja kako bi provjerilo identifikatore opreme, potvrdilo status i ručno upravljalo sklopkama i odvajačima. Zbog ljudskih ograničenja, jedna kompletna operacija obično traje 2–3 sata, trošeći znatne ljudske resurse i noseći u sebi inherentne rizike pogrešaka koje utječu na učinkovitost mreže.

S razvojem tehnologija pametnih mreža, sekvencijalni kontrolni sustavi nude transformacijski pristup. Nakon primanja naredbe s nadzorne pozadinske platforme, sustav automatski izvršava cijeli niz – uključujući provjeru statusa uređaja, validaciju operativnog naloga i naredbe za prebacivanje – brzinom na razini milisekundi, temeljeno na unaprijed programiranoj logici. Podaci s terena pokazuju da korištenje sekvencijalne kontrole smanjuje vrijeme prijenosa sabirnice od 220 kV na manje od 20 minuta – poboljšanje veće od 80% u odnosu na tradicionalne metode. Ovaj proboj povećava fleksibilnost rada mreže, omogućujući brzo ponovno konfiguriranje tijekom fluktuacija opterećenja i znatno skraćuje trajanje prekida u slučaju kvara, time poboljšavajući ukupnu pouzdanost i kvalitetu opskrbe električnom energijom.

1.3.2 Poboljšana operativna sigurnost
Ručne operacije u transformatorskim stanicama ranjive su na brojne nepredvidive ljudske faktore koji predstavljaju skrivene sigurnosne rizike. Važna je svjesnost operatora; umor uzrokovan noćnim smjenama, na primjer, može dovesti do pogrešnog čitanja oznaka ili izvršavanja koraka van redoslijeda. Dodatno, razina vještina varira među osobljem – novozaposleni su znatno manje upućeni na složene postupke nego iskusniji zaposlenici – što povećava vjerojatnost pogrešaka. Nepotpuna statistika pokazuje da stotine kvarova opreme u transformatorskim stanicama i incidenti u mreži godišnje proizlaze iz ljudske pogreške.

Sekvencijalna kontrola uspostavlja robusnu sigurnosnu barijeru. Prije izvršavanja, ugrađena logička validacija temeljito provjerava svaki korak prema unaprijed definiranim sigurnosnim i električnim zaključnim pravilima. Sustav će nastaviti izvršavanje tek kada su svi uvjeti zadovoljeni. Na primjer, tijekom uključivanja linije, sustav automatski provjerava status sklopki i odvajača; ako se otkrije bilo kakva nepravilnost, operacija se odmah zaustavlja i aktivira alarm. Time se sprječavaju ozbiljne pogreške poput otvaranja odvajača pod opterećenjem ili zatvaranja uzemljivačkog preklopnika dok je sustav pod naponom, temeljito smanjujući rizik od oštećenja opreme i nesreća u mreži, te osiguravajući sigurniji i stabilniji rad transformatorskih stanica.

1.4 Trenutačni status primjene
Dok Kina nastavlja napredovati u svojoj inicijativi pametnih mreža, sekvencijalna kontrola postala je temelj savremenih operacija u transformatorskim stanicama. U novogradnjama transformatorskih stanica, principi inteligentnog dizajna sada su standard, a sekvencijalna kontrola integrirana je kao ključni funkcionalni modul. Na primjer, na području istočne Kine, stopa primjene sekvencijalne kontrole u novim transformatorskim stanicama u posljednjih pet godina dosegnula je 95%. U ekonomski razvijenim gradovima poput Šenzhena i Šangaja, pokrivenost premašuje 80% za transformatorske stanice od 220 kV i više, znatno poboljšavajući regionalnu učinkovitost i sigurnost mreže.

U međuvremenu, modernizacija starijih transformatorskih stanica s ciljem dodjele im inteligentnih mogućnosti također napreduje stabilno. Na području sjeverne Kine, transformatorska stanica od 110 kV starosti 20 godina uspješno je nadograđena s funkcionalnošću sekvencijalne kontrole zamjenom inteligentnih I/O jedinica i modernizacijom nadzornog sustava, znatno poboljšavajući operativnu učinkovitost i pouzdanost.

Međutim, kako se sekvencijalna kontrola proširuje, tehnička ograničenja u složenim scenarijima postaju očita. U ekstremnim vremenskim uvjetima, kod višelinijskih kvarova ili naglih promjena opterećenja, sustav mora obraditi ogromne količine podataka u stvarnom vremenu i izvršiti složenu logiku, što može dovesti do kašnjenja odziva, zastoja logike ili čak pogrešnih akcija. Osim toga, problemi međuoperabilnosti opreme različitih dobavljača – uslijed nesukladnosti u komunikacijskim protokolima, formatima podataka i standardima sučelja – često uzrokuju nepravilnu prijenos podataka ili kašnjenje odgovora na naredbe, što ugrožava glatkost i točnost sekvencijalnih operacija.

Kako bi se riješili ti izazovi, energetski sektor teži dvostrukom pristupu: tehnološkoj inovaciji i standardizaciji. Tehnički, algoritmi se optimiziraju kako bi poboljšali obradu podataka i donošenje odluka u složenim uvjetima. Na strani standarda, nastoji se unificirati komunikacijska sučelja i protokoli kako bi se poboljšala međuoperabilnost između različitih dobavljača.

U ovom kontekstu, UAV tehnologija – koja nudi fleksibilnu pokretljivost, raznolike kutove snimanja i beskontaktno osjetavanje – predstavlja inovativan put prema poboljšanju sekvencijalne kontrole. Tijekom sekvencijalnih operacija, dronovi mogu obavljati dinamično praćenje stanja opreme u stvarnom vremenu koristeći multspektralnu slikovnu analizu, infracrvenu termografiju i druge napredne tehnike, omogućujući precizno prikupljanje parametara i brzu detekciju anomalija. Ova povratna informacija u stvarnom vremenu učinkovito podržava pametnije donošenje odluka u sustavima sekvencijalne kontrole, povećavajući inteligenciju i pouzdanost rada električne mreže.

2. Primjena UAV tehnologije u sekvencijalnoj kontroli transformatorske stanice
2.1 Izrada 3D realističnog modela transformatorske stanice korištenjem UAV tehnologije
Kombiniranje UAV tehnologije za izgradnju visoko vjernog 3D digitalnog dvojnika transformatorske stanice predstavlja vrlo inovativan i praktičan napredak u sekvencijalnoj kontroli. Opremljeni visokopreciznim kamerama geodetske klase, dronovi mogu provoditi sveobuhvatna zračna snimanja s više nadmorskih visina i kutova, prikupljajući kako cjelokupnu raspodjelu tako i detalje ključne opreme. To generira bogat skup podataka visoke rezolucije koji je temeljan za točno 3D modeliranje. Kako bi se osigurala dosljednost podataka i geometrijska točnost, letne misije moraju strogo pridržavati propisanih radnih parametara UAV-a, kao što je detaljno opisano u Tablici 1.

Među ovim parametrima, visina leta postavljena je na 120 m — visina koja osigurava da UAV uhvati snimke koje pokrivaju cijelu transformatornu stanicu dok se održava dovoljno jasna detaljnost. Brzina leta kontrolirana je između 2–5 m/s kako bi se UAV održao stabilan tijekom leta i spriječio zamutnjenje slike zbog previsoke brzine. Interval izlaganja postavljen je na 2–3 sekunde, što omogućuje konstantnu svjetlost slike i pouzdanu kvalitetu pod različitim uvjetima osvjetljenja.

Preklapanje naprijed od 85% i preklapanje s bočne strane od 75% garantiraju dovoljno preklapajuće područje između susjednih slika, pružajući nužnu redundantnost za kasniju šivljanju slika i 3D modeliranje. Fokalna duljina objektiva kamere kreira raspon od 35 do 50 mm, uz par visokorazlučivog senzora od 6,048 × 4,032 piksela, čime se učinkovito uhvataju fini detalji različitih opreme transformatorne stanične. Također, udaljenost uzorkovanja tla (GSD) od 1,5 cm/piksela osigurava da svaki piksel točno odgovara stvarnom dimenzionalnom rastojanju na tlu, značajno unapređujući prostornu preciznost.

Strogo pridržavajući se ovih parametara leta, UAV prikuplja visokokvalitetne snimke koje, nakon obrade profesionalnim softverom za fotogrametriju, uključuju šivljanje, fuziju i 3D rekonstrukciju, rezultiraju vrlo realističnim i detaljnim 3D digitalnim blizancem transformatorne stanične. Taj model pruža intuitivne i točne informacije o prostornoj referenci za sekvencijalne operativne radnje, omogućujući operatorima jasan pregled rasporeda i statusa opreme, time stvarajući solidnu temeljicu za točno izvršavanje automatiziranih sekvencija prekidaca.

2.2 Implementacija “dvostruke potvrde” položaja prekidaca u transformatornim stanicama
“Dvostruka potvrda” uređaja za prekidace služi kao ključni dio za provjeru položaja prekidaca. Koristi senzore montirane direktno na primarni mehanički radni mehanizam kako bi se nadgledao stvarni status prekidaca. Sustav ima dva mikropreključnika: drugi mikropreključnik direktno povezan je s senzorom i odgovoran je za hvatanje stvarnog fizičkog položaja lopatice prekidaca. Prihvaćeni signal prenosi se putem senzora na prijemnik signala, koji zatim šalje podatke sustavu mjerenja i upravljanja transformatorne stanične. Ovaj zatvoreni krug prenosa omogućuje stvarno vrijeme, visokofidelne detekcije položaja prekidaca, pružajući pouzdano validiranje položaja za sekvencijalne operativne radnje.

Kao centralni hub, jedinica za mjerenje i upravljanje transformatorne stanične prima signale s oba prvog mikropreključnika (mekanički povratni signal) i obrađenog signala s drugog mikropreključnika (povratni signal temeljen na senzoru). Nakon integracije i validacije ovih dvostrukih ulaza, jedinica šalje konsolidirane podatke o statusu glavnog računala sekvencijalnog upravljanja. U isto vrijeme, glavno računalo za sprečavanje grešaka provjerava sve naredbe izvršene glavnim računalom sekvencijalnog upravljanja. Tek nakon proći ove provjere protiv grešaka može se nastaviti sekvencijalna operacija.

Ovaj mehanizam “dvostrukog potvrđivanja” tehnološki eliminira rizike vezane uz propad signala na jednoj točki ili pogrešno sudarenje, značajno poboljšavajući pouzdanost detekcije položaja prekidaca. U stvarnim scenarijima, bilo da su rutinske operacije promjene stanja ili hitne intervencije, dvostruki potvrđivi prekidaci osiguravaju operatorima da uvijek dobivaju točne informacije o položaju, učinkovito sprečavajući pogrešne operacije i jačajući sigurnost i stabilnost sekvencijalnih sustava upravljanja.

2.3 Praktična primjena
U projektnom proširenju 110 kV transformatorne stanične, integracija nove opreme u postojeći sekvencijalni sustav upravljanja predstavljala je značajan izazov — izazov koji je učinkovito riješen korištenjem tehnologije UAV-a. Operatori su iskoristili UAV-e slijedeći stroge parametre leta: visina leta od 120 m osigurala je kompletnu pokrivenost transformatorne stanične, čuvajući detalje opreme; brzina leta od 2–5 m/s održavala je stabilnost platforme za oštre snimke; a interval izlaganja od 2–3 sekunde prilagodila se mijenjajućim uvjetima osvjetljenja kako bi se osigurala visokokvalitetna fotografija. Sa 85% preklapanjem naprijed i 75% preklapanjem s bočne strane, skup podataka pružio je dovoljnu redundanciju za robustnu obradu fotogrametrijskih podataka.

Korištenjem naprednih tehnika fotogrametrije i 3D modeliranja, visokorazlučive snimke UAV-a pretvorene su u točan 3D digitalni blizanac transformatorne stanične. Ovaj imersivni prostorni model omogućio je timu operacija da točno analizira prostorne odnose između naslijeđene i novoinstalirane opreme. Tijekom simulacije sekvencijalnih operativnih postupaka, operatori su koristili model za predplaniranje optimalnih operativnih ruta i točno identificiranje ciljnih uređaja koristeći točne geoprostorne koordinate — dramatično smanjujući vrijeme komisije za integraciju nove opreme.

Na praktičnom primjeru, ovaj pristup omogućio je projektom timu da završe integraciju i komisiju sekvencijalnog sustava upravljanja tri dana ranije od planiranog. To ne samo skrati ukupni vremenski okvir projekta, već ubrzalo je prelaz transformatorne stanične prema inteligentnom upravljanju, stvarajući solidnu temeljicu za njenu sigurnu i pouzdanu dugoročnu performansu.

U svakodnevnom sekvencijalnom upravljanju i održavanju ove 110 kV transformatorne stanične, mehanizam “dvostrukog potvrđivanja” položaja prekidaca služi kao ključni zaštita za operativnu sigurnost i učinkovitost, dok tehnologija UAV-a pruža snažnu pomoć. Kao primjer, uzimajući u obzir noćnu hitnu sekvencijalnu operaciju: nakon što operatori izdaju naredbu otvaranja prekidaca s glavnog računala sekvencijalnog upravljanja, “dvostruka potvrda” uređaja odmah aktivira svoj točan mehanizam prenosa i provjere signala. Dva mikropreključnika unutar uređaja prenose signale položaja lopatica prekidaca u stvarnom vremenu na jedinicu za mjerenje i upravljanje transformatorne stanične. Ova jedinica integrira i predprocesira signale prije nego što ih prenese glavnog računala sekvencijalnog upravljanja. U isto vrijeme, glavno računalo za sprečavanje grešaka provodi logičku provjeru operativne naredbe; tek nakon što glavno računalo za sprečavanje grešaka potvrdi naredbu kao valjanu, može se izvršiti operacija otvaranja.

Tijekom ovog procesa, UAV također igra značajnu ulogu. Iskoristeći svoje agilne letne sposobnosti, UAV provodi stvarno-vremensko, sveukupno praćenje opreme transformatorne stanične — posebno fokusirajući se na područje prekidaca. Dok “dvostruka potvrda” uređaja radi, UAV prenosi živu video snimku sa mjesto natrag u kontrolnu sobu, pružajući operatorima dodatnu vizualnu referencu kako bi se dalje osigurala operativna točnost.

Uspoređujući s tradicionalnim ručnim provođenjem na mjestu, ova integrirana metoda smanjuje vrijeme operacije s originalnih 10 minuta na samo 3 minute, značajno unaprijeđujući učinkovitost. Još važnije, efektivno eliminira rizik od pogrešnog sudstva uzrokovanih lošim osvjetljenjem i umorom operatera tijekom noćnih ručnih provjera.

3.Zaključak
Tehnologija dronova donijela je inovativne napredove u operacijama sekvencijalnog upravljanja podstanicama. Stvaranjem 3D realističnih modela, značajno unaprijeđuje učinkovitost integracije novog opremu u sustave sekvencijalnog upravljanja i ubrzava implementaciju projekata. Radom u sinergiji s uređajima za "dvostruku potvrdu" prekidača, dronovi značajno unaprijeđuju sigurnost i preciznost operacija opreme. S nastavkom evolucije tehnologije dronova i njihovom dubljom integracijom u sustave sekvencijalnog upravljanja, postiže se dodatno rješavanje izazova poput prilagodbe složenim uvjetima rada i interoperabilnosti opreme, neprekidno napredujući operacije podstanica prema većoj inteligentnosti i pouzdanosti, te pružajući robustnu tehničku podršku za stabilan i učinkovit rad električnih sustava.