A UAV technológia alkalmazása a rendszerezett irányítási műveletekben az áramelosztókban

A hálózati technológiák fejlődésével a sorozatos irányítás (SCADA-alapú automatikus kapcsolási folyamat) az átalakítókban lévő stabil működés biztosítása szempontjából alapvető technikává vált. Bár a meglévő sorozatos irányítási technológiák széles körben terjesztve vannak, a komplex működési feltételek alatti rendszerstabilitás és a berendezések közötti együttműködés továbbra is jelentős kihívásokat jelentenek. A drón technológia – amely rugalmasságát, mobilitását és nemszemélyes vizsgálati képességeit jellemzi – innovatív megoldást kínál a sorozatos irányítási műveletek optimalizálására.

A drónalapú funkciók, mint a légiből történő felügyelet és a valós idejű állapotfigyelés, mély integrációja a hagyományos sorozatos irányítási rendszerekbe hatékonyan felülmúlja a kézi műveletek korlátait, lehetővé téve a berendezések állapotának pontos, valós idejű érzékelését, és jelentősen növelve a sorozatos irányítás megbízhatóságát és intelligenciáját. A drónok alkalmazásának kutatása az átalakítók sorozatos irányításában jelentős gyakorlati jelentőséggel bír a hálózati technológiák fejlesztése szempontjából.

1.Az átalakítók sorozatos irányítási műveleteinek áttekintése
1.1 Definíció
Az átalakítók sorozatos irányítása olyan eljárás, amely előre meghatározott eljárások és logikai szabályok szerint automatikusan, lépésről-lépésre végzi a villamos berendezések műveleteit egy automatizált irányítási rendszerrel. Például a hálózat-átváltási (kapcsolási) műveletek esetén: hagyományosan a műveletvezetők manuálisan kell, hogy egyenként működtessék a vezetékeszeti reléket, leválasztókat és más eszközöket. Ellenben a sorozatos irányítással a műveletvezetők csak egyetlen átfogó parancsot adnak ki a figyelő munkaállomásról; a rendszer akkor automatikusan és pontosan végzi el a teljes sorozatot – például a vonallal összekapcsolt vezetékeszeti relé lekapcsolását, majd a hozzá tartozó leválasztók kinyitását – jelentősen egyszerűsítve ezzel a műveleti munkafolyamatot.

1.2 Technikai elvek
Az átalakítók sorozatos irányítása egy integrált automatizált rendszert használ, amelyben a kulcsfontosságú elemek a felügyeleti számítógép, a mérési és irányítási egységek, valamint az intelligens terminálok. A felügyeleti számítógép a humán-mgé kapcsolattal szolgál, fogadja a műveletvezetők parancsait, és átalakítja őket végrehajtható irányítási jelekké. A mérési és irányítási egységek folyamatosan gyűjtenek valós idejű működési adatokat – például áramot, feszültséget és berendezési pozíciót –, amelyek mind a műveletvezetők szituációtudatát, mind a sorozatos logikai döntések fontos bemeneteit szolgálják. Az intelligens terminálok közvetlenül kapcsolódnak az elsődleges berendezésekhez a kapcsolási műveletek végrehajtásához, és optikai vagy kábel általi kommunikációval csatlakoznak a mérési/irányítási egységekhez és más eszközökhöz, biztosítva a gyors és pontos adatátvitelt a biztonságos és hatékony sorozatos irányítás végrehajtásához.

1.3 Előnyök
1.3.1 Működési hatékonyság javítása
A hagyományos átalakító műveletekben a kapcsolási eljárások jelentős hatékonysági hiányosságokkal járnak. Például egy 220 kV-os hálózat-átváltási művelet során a személyzetnek többször kell mozognia a cellák között, hogy ellenőrizze a berendezésazonosítókat, állapotokat, és manuálisan működtesse a vezetékeszeti reléket és leválasztókat. Az emberi korlátok miatt egy teljes művelet általában 2–3 órát vesz igénybe, jelentős emberi erőforrást igényelve, és magukban hordozva hibavázlatokat, amelyek befolyásolják a hálózat hatékonyságát.

A hálózati technológiák fejlődésével a sorozatos irányítási rendszerek transzformációs megközelítést kínálnak. A figyelő háttérrendszerből érkező parancs után a rendszer automatikusan végzi el a teljes sorozatot – beleértve a berendezési állapot ellenőrzését, a műveleti jegyzőkönyv validálását és a kapcsolási parancsokat – millisekundum-szintű sebességgel, előre programozott logika alapján. A mezői adatok szerint a sorozatos irányítás használata 220 kV-os hálózat-átváltási időt 20 perc alá csökkenti – ez 80%-kal felettiek a hagyományos módszerekkel szemben. Ez a nyomás növeli a hálózat működési rugalmasságát, lehetővé téve a gyors újrakonfigurációt a terhelés-változások során, és jelentősen rövidítve a hiba esetén a kilépés időtartamát, így javítva az általános energiaellátás megbízhatóságát és minőségét.

1.3.2 Működési biztonság javítása
A manuális átalakító műveletek sokféle előre nem látható emberi tényezőhöz kiszolgáltatottak, amelyek rejtett biztonsági kockázatokat jelentenek. A műveletvezetők éberléte kritikus; a túlélő műveleti ciklusokból eredő fáradtság például a címkék félreolvasásához vagy a lépések rossz sorrendjének végrehajtásához vezethet. Emellett a szakképzettség szintje is változó – az újonnan bekerült munkatársak sokkal kevésbé ismerik a bonyolult eljárásokat, mint a tapasztalt dolgozók –, ami növeli a hibák valószínűségét. Beosztott statisztikák szerint évente százezrek átalakító berendezési hibák és hálózati incidensek erednek emberi hiba miatt.

A sorozatos irányítás erős biztonsági barriérért gondoskodik. A végrehajtás előtt a beépített logikai validálás szigorúan ellenőrzi minden lépést a megadott biztonsági és elektromos zárló szabályok alapján. Csak akkor lép tovább a rendszer, ha minden feltétel teljesül. Például a vonal energiallassítás során a rendszer automatikusan ellenőrzi a vezetékeszeti relék és leválasztók állapotát; ha bármilyen anomália észlelhető, a művelet azonnal leáll, és riasztást indít. Ez megelőzi a súlyos hibákat, mint a betöltött leválasztó kinyitása vagy a feszültség alatt lévő földkapcsoló bezárása, alapvetően csökkentve a berendezések károsodásának és a hálózati incidensek kockázatát, és biztosítva a biztonságosabb, stabilabb átalakító műveleteket.

1.4 Jelenlegi alkalmazási helyzet
Az IEE-Business országai folyamatosan fejlesztik a hálózati technológiákat, a sorozatos irányítás pedig a modern átalakító műveletek sarokkövévé vált. Az új építésű átalakítókban a inteligens tervezési elvek már normaivá váltak, ahol a sorozatos irányítást alapvető funkcionális modulként integrálják. Például Kelet-Kínában az elmúlt öt évben az új átalakítókban a sorozatos irányítás elfogadási aránya 95%-ra emelkedett. Gazdaságilag fejlett városokban, mint Szenzhen és Szanghaj, a 220 kV-nál magasabb feszültségű átalakítók esetén a fedezet 80% felett van, jelentősen növelve a regionális hálózat hatékonyságát és biztonságát.

Ugyanakkor a régebbi átalakítók intelligens képességekkel történő frissítése is folyamatosan halad. Észak-Kínában egy 20 éves 110 kV-os átalakítót sikeresen frissítettek sorozatos irányítási funkciókkal az intelligens I/O egységek cseréjével és a felügyeleti rendszer modernizálásával, jelentősen javítva a működési hatékonyságot és megbízhatóságot.

Azonban, ahogy a sorozatos irányítás mérete nő, a technikai akadályok egyre nyilvánvalóbbak lesznek bonyolult helyzetekben. Széles körülmények között, többsoros hibák vagy váratlan terhelési ingadozás esetén a rendszer nagy mennyiségű valós idejű adatot kell feldolgoznia, és összetett logikát kell végrehajtania, ami reakciókésleltetéseket, logikai leállásokat, vagy még hibás műveleteket is eredményezhet. Ezen felül, a különböző gyártók termékei közötti működési problémák – amelyek a kommunikációs protokollok, az adatformátumok és a felületi szabványok inkonzisztenciái miatt jelennek meg – gyakran anomális adatátvitelt vagy késedelmes parancsválaszokat okoznak, ami aláásja a sorozatos műveletek simaságát és pontosságát.

Ezekkel a kihívásokkal szemben a villamosenergia-ipar két párhuzamos megoldást követ: technológiai innovációt és standardizációt. Technikailag a számítógépes algoritmusok optimalizálása történik, hogy javítsa az adatfeldolgozást és a döntéshozatalat bonyolult körülmények között. A szabványok terén pedig a fókusz a kommunikációs interfészek és protokollok unifikálására helyeződik, hogy javítsa a kereskedelmi cégkörök közötti működési kompatibilitást.

Ebben a kontextusban a UAV (drón) technológia – amely rugalmasságot, sokféle nézőpontot és nem érintő érzékelést kínál – egy innovatív útvonalat jelent a sorozatos irányítás fejlesztéséhez. Sorozatos műveletek során a UAV-k képesek valós idejű dinamikus figyelésre a berendezések állapotának multispektrális képfeldolgozással, infravörös thermográfiával és más modern technológiákkal, lehetővé téve a pontos paraméterbeszerzést és a gyors anomáliadetektálást. Ez a valós idejű visszacsatolás hatékonyan támogatja a sorozatos irányítási rendszerek intelligens döntéshozatalát, emellett javítja a villamos hálózatok működésének intelligenciáját és megbízhatóságát.

2. A UAV technológia alkalmazása a transzformátorházak sorozatos irányításában
2.1 A transzformátorház 3D realitású modelljének létrehozása UAV technológiával
A UAV technológia integrálása a transzformátorház magas minőségű 3D digitális ikereinek létrehozásához egy igen innovatív és praktikus előrelépést jelent a sorozatos irányításban. A drónok, amelyek nagy precíziójú, térképezési szintű kamerákkal vannak felszerelve, képesek teljes légifelülvizsgálatokat végezni különböző magasságokról és szögletekből, rögzítve a berendezések átfogó elrendezését és részleteit. Ez generál egy gazdag adatkészletet, amely magas felbontású képeket tartalmaz, amelyek szükségesek a pontos 3D modellezéshez. Az adatkonzisztencia és a geometriai pontosság biztosítása érdekében a repülési misszióknak szigorúan meg kell felelniük a meghatározott UAV operációs paramétereknek, amelyeket a 1. táblázatban részletezünk.

Ezek a paraméterek között a repülési magasság 120 méterre van beállítva – egy olyan magasság, ami garantálja, hogy a UAV képeket készít az egész átalakítóállomásról, miközben elegendő részletességet is biztosít. A repülési sebesség 2–5 m/s között van szabályozva, hogy a UAV stabil maradjon a repülés közben, és elkerülje a túl nagy sebesség miatti mozgásburkolást. A kitérő időintervallum 2–3 másodpercre van beállítva, amely konzisztens képkivitelét és megbízható minőséget biztosít változó fénykörülmények között.

A 85%-os előrepihentettség és a 75%-os oldalirányú pihentettség megfelelő átfedést biztosít a szomszédos képek között, amely a szükséges redundanciát nyújta a későbbi képösszeillesztéshez és 3D modellezéshez. A kamera objektív fókuszának hossza 35 és 50 mm között van, amit egy 6,048 × 4,032 pixeles magas felbontású szenzor kísér, hatékonyan rögzítve a különböző átalakítóállomási berendezések részleteit. Ezenkívül a 1,5 cm/pixel-es földmintavételi távolság (GSD) biztosítja, hogy minden pixel pontosan egy valós világi méretnek feleljen meg a talajon, jelentősen növelve a térbeli pontosságot.

Ezek a repülési paraméterek szigorú betartásával a UAV magas minőségű képeket készít, amelyek – a szakmai fotogrammetriai szoftverekkel történő összeillesztés, fúzió és 3D rekonstrukció után – nagyon realisztikus és részletes 3D digitális ikert termelnek az átalakítóállomásról. Ez a modell intuítív és pontos térbeli referencia-információt nyújt a sorozatos vezérlési műveletekhez, lehetővé téve a műveletvezetők számára, hogy jól megértsék a berendezések elrendezését és állapotát, ezáltal erős alapvetőt teremtve a szabályozott kapcsolási sorozatok precíz végrehajtásához.

2.2 Az átalakítóállomásokban a kapcsolópozíció „dupla ellenőrzése” megvalósítása
A kapcsolók pozíciójának „dupla ellenőrzése” eszköz a kapcsolópozíciók ellenőrzésének kritikus összetevője. Szintén direkt módon a primáris mechanikai működési mechanizmusra montált érzékelőkkel figyeli a kapcsolók tényleges állapotát. A rendszer két mikrokapcsolót használ: a második mikrokapcsoló közvetlenül az érzékelőhöz van csatlakoztatva, és a kapcsolólap tényleges fizikai pozíciójának rögzítéséért felelős. A gyűjtött jel az érzékelőn keresztül egy jel fogadóig küldhető, amely továbbítja az adatot az átalakítóállomás mérési és irányítási rendszerének. Ez a zárt körű továbbítási mechanizmus lehetővé teszi a kapcsolópozíciók valós idejű, magas hűségű detektálását, megbízható pozíciós ellenőrzést nyújtva a sorozatos vezérlési műveletekhez.

A központi csomópontként az átalakítóállomás mérési és irányítási egysége jeleket kap mind a első mikrokapcsolótól (mechanikai visszajelzés), mind a második mikrokapcsolótól (sensor-alapú visszajelzés). A kettős bemenet integrálása és ellenőrzése után az egység az összefoglalt állapotadatokat elküldi a sorozatos vezérlési gazdának. Ugyanakkor egy anti-hibás műveleti gazda ellenőrzi a sorozatos vezérlési gazdától kiadott összes műveleti parancsot. Csak a hiba-ellenőrzés sikeres lefutása után haladhat tovább a sorozatos művelet.

Ez a „dupla ellenőrzés” mechanizmus technikailag kiküszöböli a szinguláris jelhiba vagy tévedés okozta kockázatokat, jelentősen javítva a kapcsolópozíciók detektálásának megbízhatóságát. Valós világ alkalmazásokban – legyen az szabályozott kapcsolási műveleteken vagy válságszituációkban – a dupla ellenőrzésű kapcsoló biztosítja, hogy a műveletvezetők mindig pontos pozíciós információt kapjanak, hatékonyan megelőzve a hibás műveleteket, és megerősítve a sorozatos vezérlési rendszerek biztonságát és stabilitását.

2.3 Gyakorlati alkalmazás
Egy 110 kV-os átalakítóállomás kiterjesztési projektjében a új berendezések integrálása a meglévő sorozatos vezérlési rendszerbe jelentős kihívásokat jelentett – kihívások, amelyeket a UAV technológia hatékonyan kezelte. A műveletvezetők a UAV-ot szigorú repülési paraméterek szerint telepítették: a 120 méteres repülési magasság biztosította az átalakítóállomás teljes lefedettségét, miközben megőrizte a berendezékek szintű részletességét; a 2–5 m/s-es repülési sebesség fenntartotta a platform stabilitását éles képekhez; és a 2–3 másodperces expozíciós intervallum alkalmazkodott a változó fénykörülményekhez, hogy minőségi fotókat biztosítson. A 85%-os előrepihentettség és a 75%-os oldalirányú pihentettség a robust fotogrammetriai feldolgozás szükséges redundanciáját biztosította.

Fejlett fotogrammetriai és 3D modellezési technikák segítségével a magas felbontású UAV-képeket pontos 3D digitális ikreként transzformálták az átalakítóállomásnak. Ez az immersív térbeli modell lehetővé tette a műveletvezető csoport számára, hogy pontosan elemzhesse a régi és újonnan telepített berendezékek térbeli viszonyait. A sorozatos vezérlési eljárások szimulációjakor a műveletvezetők a modellt használták a legoptimálisabb műveleti útvonalak előretervezésére, és a célberendezések pontos geotérbeli koordinátáival azonosították, jelentősen csökkentve az új berendezések integrálásának beindítási idejét.

Gyakorlatban ez a megközelítés lehetővé tette a projektcsoportnak, hogy három napkal evvel korábban befejezze a sorozatos vezérlési rendszer integrálását és beindítását. Ez nem csak rövidítette a projektes idősort, de gyorsította az átalakítóállomás intelligens működés felé történő áttérést, megalapozva a hosszú távú biztonságos és megbízható teljesítményét.

Ebben az 110 kV-os átalakítóállomás napi sorozatos vezérlési üzemeltetési és karbantartási forgatókönyveiben a kapcsolók „dupla ellenőrzése” mechanizmusa a műveleti biztonság és hatékonyság központi védelmének szolgál, míg a UAV technológia erős támogató szerepet játszik. Például egy éjszakai válságos sorozatos vezérlési művelet esetén: a műveletvezetők a sorozatos vezérlési gazdáról indított kapcsolófelnyitási parancsot követően a „dupla ellenőrzés” eszköz azonnal aktiválja a pontos jel továbbítási és ellenőrzési mechanizmust. Az eszközön belüli két mikrokapcsoló valós időben továbbítja a kapcsolólap pozíciós jeleit az átalakítóállomás mérési és irányítási egységének. Ez az egység integrálja és előfeldolgozza a jeleket, majd továbbítja a sorozatos vezérlési gazdának. Ugyanakkor az anti-hibás műveleti gazda logikai ellenőrzést végez a műveleti parancsokon; csak a hiba-ellenőrzés sikeres lefutása után hajtható végre a felnyitási művelet.

Ez a folyamat során a UAV is jelentős szerepet játszik. Használva rugalmasságát, a UAV valós időben, minden irányból monitorozza az átalakítóállomás berendezéseit – különös tekintettel a kapcsoló területére. Ahogy a „dupla ellenőrzés” eszköz működik, a UAV élő képfolyamokat küld vissza a vezérlőszobába, további vizuális referenciát nyújtva a műveletvezetőknek, hogy tovább növelje a műveleti pontosságot.

Összehasonlítva a hagyományos manuális helyszíni ellenőrzéssel ez az integrált megközelítés csökkenti a műveleti időt az eredeti 10 percről csak 3 percra, jelentősen javítva az effektivitást. Még fontosabb, hogy hatékonyan kiküszöböli a rossz megvilágítás és a műveletvégző fáradtsága által okozott tévedési kockázatot éjszakai manuális ellenőrzések során.

3.Következtetés
A drón technológia innovatív áttörést hozott a transzformátorházok sorozatos irányítási műveleteibe. 3D valószerű modellek felépítésével jelentősen növeli az új berendezések beillesztésének hatékonyságát a sorozatos irányítási rendszerekbe, és gyorsítja a projekt végrehajtását. A kapcsolók „dupla megerősítés” eszközeitől való együttműködés során a drónok jelentősen javítják a berendezékek működésének biztonságát és pontosságát. Ahogy a drón technológia tovább fejlődik és mélyebben integrálódik a sorozatos irányítási rendszerekbe, ígéretes lehetőségeket kínál a komplex működési feltételek alatti alkalmazkodási kihívások és a berendezékek közötti együttműködés további kezelésére, folyamatosan elősegítve a transzformátorházok működésének nagyobb intelligenciáját és megbízhatóságát, és szilárd technikai támogatást nyújtva a villamosenergia-rendszerek stabilitásához és hatékonyságához.