БПЛА технологиясының пайдаланылуы электр станцияларындағы кезекпен басқару операцияларында

Ақылды желі технологияларының дамуымен трансформаторлық қосалқы станциялардағы реттік басқару (SCADA негізіндегі автоматтандырылған ажырату) тұрақты электр жүйесінің жұмысын қамтамасыз ету үшін негізгі техникалық шешімге айналды. Бар болатын реттік басқару технологиялары кеңінен таратылғанымен, күрделі жұмыс режимдеріндегі жүйенің тұрақтылығы мен жабдықтардың өзара әрекеттесуіне қатысты мәселелер маңызды болып қала береді. Ауадағы патрульдеу және нақты уақыттағы жағдай мониторингі сияқты функциялармен сипатталатын ұшу аппараты (UAV) технологиясы реттік басқару операцияларын оптимизациялау үшін инновациялық шешім ұсынады.

Ұшақтың ауадағы патрульдеуі мен нақты уақыттағы жағдай мониторингі сияқты ұшу аппаратына негізделген функцияларды дәстүрлі реттік басқару жүйелеріне терең интеграциялау арқылы қолмен орындалатын операциялардың шектеулерін тиімді түрде жеңуге, жабдық күйін дәл және нақты уақытта сезінуге және реттік басқарудың сенімділігі мен интеллектуалды деңгейін айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді. Трансформаторлық қосалқы станциялардағы реттік басқаруға ұшу аппаратының қолданылуын зерттеу ақылды желінің дамуын жылдамдату үшін үлкен практикалық маңызы бар.

1. Трансформаторлық қосалқы станциялардағы реттік басқару операцияларының шолуы
1.1 Анықтама
Трансформаторлық қосалқы станциялардағы реттік басқару — бұл автоматтандырылған басқару жүйесі арқылы алдын ала анықталған процедура мен логикалық ережелерге сәйкес электр жабдықтарының бірнеше операцияларын автоматты түрде, кезең-кезеңімен орындау. Мысалы, шиналарды ауыстыру (ауыстыру) операцияларын қарастырайық: дәстүрлі түрде операторлар айырғыштар, сақтандырғыштар және басқа құрылғыларды біртіндеп қолмен басқаруы керек. Ал реттік басқару кезінде операторлар тек бақылау жұмыс орнынан бір ғана жалпы команда беруі жеткілікті; содан кейін жүйе сызық айырғышын өшіруді және одан кейін байланысты сақтандырғыштарды ашу сияқты тізбекті автоматты түрде және дәл орындайды — бұл операциялық жұмыс үдерісін үлкен дәрежеде ықшамдайды.

1.2 Техникалық принциптер
Трансформаторлық қосалқы станциялардағы реттік басқару басқарушы хосттан, өлшеу және басқару блоктарынан, интеллектуалды терминалдардан тұратын интеграцияланған автоматтандыру жүйесіне сүйенеді. Басқарушы хост адам-машина интерфейсі ретінде қызмет етеді, оператор командасын қабылдап, оны орындалатын басқару сигналдарына түрлендіреді. Өлшеу және басқару блоктары ток, кернеу және жабдық орны сияқты нақты уақыттағы жұмыс деректерін үздіксіз жинақтайды, бұл операторлар үшін жағдайды бақылау мүмкіндігін және реттік логикалық шешімдер үшін маңызды кіріс деректерін қамтамасыз етеді. Интеллектуалды терминалдар біріншілік жабдықтармен тікелей байланысады, ажырату операцияларын орындайды және оптикалық талшық немесе кабель арқылы өлшеу/басқару блоктары мен басқа құрылғылармен байланысады, реттік басқарудың қауіпсіз және тиімді орындалуын қамтамасыз ету үшін жылдам және дәл деректер алмасуын қамтамасыз етеді.

1.3 Артықшылықтар
1.3.1 Операциялық тиімділікті жақсарту
Дәстүрлі трансформаторлық қосалқы станциялардағы операциялар кезінде ажырату процедуралары айтарлықтай тиімсіздікке ие. Мысалы, 220 кВ шиналарды ауыстыру кезінде персонал жабдық ID-лерін тексеру, күйлерін растау және айырғыштар мен сақтандырғыштарды қолмен басқару үшін бірнеше рет ұяшықтар арасында жүруі керек. Адам факторының шектеулеріне байланысты бір толық операция орындау үшін әдетте 2–3 сағат кетеді, бұл көп адам ресурсын талап етеді және қате жіберу қаупін туғызады, соның салдарынан желінің тиімділігі төмендейді.

Ақылды желі технологияларының дамуымен реттік басқару жүйелері түбегейлі өзгерістерге әкелді. Бақылау артқы бөлігінен команда алғаннан кейін жүйе алдын ала бағдарламаланған логикаға сәйек миллисекунд деңгейіндегі жылдамдықпен жабдық күйін тексеру, операциялық билетті растау және ажырату командасын іске асыру сияқты толық тізбекті автоматты түрде орындайды. Жергілікті деректерге сәйкес 220 кВ шиналарды ауыстыру уақытын реттік басқару көмегімен 20 минуттан кем уақытқа дейін қысқартуға болады — бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда 80%-дан астам жақсару. Бұл жаңалық желінің жұмыс істеу икемділігін арттырады, жүктеме тербелістері кезінде тез қайта құруға мүмкіндік береді және ақаулар кезінде үзіліс ұзақтығын қысқартады, сондықтан жалпы электрмен қамтамасыз етудің сенімділігі мен сапасын арттырады.

1.3.2 Операциялық қауіпсіздікті арттыру
Қосалқы станциялардағы қолмен орындалатын операциялар көптеген болжамсыз адам факторларына байланысты жасырын қауіп-қатерлерге ие. Оператордың назары маңызды — мысалы, түнгі смена кезіндегі шаршау белгілерді қате оқуға немесе қадамдарды ретімен орындамауға әкелуі мүмкін. Сонымен қатар персоналдың дағды деңгейлері әртүрлі — жаңа қабылданғандар күрделі процедуралармен тәжірибелі қызметкерлер сияқты таныс емес, бұл қателіктерді жіберу ықтималдығын арттырады. Толық емес статистиканың мәліметтеріне сәйкес жылына ондаған рет қосалқы станция жабдықтарының істен шығуы мен желідегі оқиғалар адам қатесіне байланысты болады.

Реттік басқару қауіпсіздіктің мықты қорғаныс қабырғасын құрады. Орындау алдында ішкі логикалық тексеру әрбір қадамды алдын ала анықталған қауіпсіздік және электрлік бұғаттау ережелеріне сәйкес қатаң тексереді. Барлық шарттар орындалған жағдайда ғана жүйе жұмысты жалғастырады. Мысалы, желіні қосу кезінде жүйе айырғыштар мен сақтандырғыштардың күйін автоматты түрде тексереді; егер қандай да бір аномалия анықталса, операция дереу тоқтатылады және тревога беріледі. Бұл жүктеме астында сақтандырғышты ашу немесе желі қосылған кезде ток қоршау қосқышын тұйықтау сияқты ауыр қателіктерді болдырмауға мүмкіндік береді, нәтижесінде жабдықтың зақымдануы мен желідегі апаттардың қаупі негізінен азаяды және қосалқы станциялардың жұмысы қауіпсізірек және тұрақтырақ болады.

1.4 Қазіргі қолданылу күйі
Қытай ақылды желіні дамытуды жалғастырып отырған сайын реттік басқару заманауи қосалқы станциялардың жұмысының негізгі тірегіне айналды. Жаңадан салынатын қосалқы станцияларда ақылды жобалау принциптері қазір стандарт болып табылады, реттік басқару негізгі функционалды модуль ретінде интеграцияландырылған. Мысалы, Шығыс Қытайда соңғы бес жыл ішінде жаңа қосалқы станцияларда реттік басқарудың қолданылу деңгейі 95%-ға жетті. Шэньчжэнь мен Шанхай сияқты экономикалық тұрғыдан дамыған қалаларда 220 кВ және одан жоғары кернеулі қосалқы станцияларда қамту деңгейі 80%-дан асады, бұл аймақтық желінің тиімділігі мен қауіпсіздігін айтарлықтай арттырады.

Сонымен қатар, ескі қосалқы станцияларды ақылды мүмкіндіктермен жабдықтау да тұрақты түрде жүріп жатыр. Солтүстік Қытайда 20 жылдық 110 кВ қосалқы станция интеллектуалды I/O блоктарын ауыстыру және басқарушы жүйені жаңарту арқылы реттік басқару функциясымен сәтті қайта жаңартылды, бұл операциялық тиімділік пен сенімділікті айтарлықтай жақсартты.

Однако, по мере масштабирования последовательного управления, технические узкие места в сложных сценариях становятся очевидными. В условиях экстремальной погоды, многочисленных аварий на линиях или внезапных колебаний нагрузки система должна обрабатывать огромные объемы данных в реальном времени и выполнять сложную логику, что может привести к задержкам в ответе, остановке логики или даже ошибочным действиям. Кроме того, проблемы взаимодействия между оборудованием разных производителей, вызванные несоответствием коммуникационных протоколов, форматов данных и стандартов интерфейсов, часто приводят к аномальной передаче данных или задержкам в ответах на команды, подрывая плавность и точность последовательных операций.

Для решения этих проблем энергетическая отрасль идет по двум направлениям: технологическому инновационному развитию и стандартизации. С технологической точки зрения оптимизируются алгоритмы для улучшения обработки данных и принятия решений в сложных условиях. На фронте стандартизации усилия сосредоточены на унификации коммуникационных интерфейсов и протоколов для улучшения взаимодействия между оборудованием разных производителей.

В этом контексте технологии беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), предлагающие гибкую маневренность, разнообразные углы обзора и бесконтактное сенсорное обнаружение, представляют собой инновационный путь для улучшения последовательного управления. Во время последовательных операций БПЛА могут выполнять динамический мониторинг состояния оборудования в реальном времени, используя многозональное изображение, инфракрасную термографию и другие передовые методы, обеспечивая точное получение параметров и быстрое обнаружение аномалий. Эта обратная связь в реальном времени эффективно поддерживает более умное принятие решений в системах последовательного управления, повышая интеллектуальность и надежность операций энергосистемы.

2. Применение технологии БПЛА в последовательном управлении подстанцией
2.1 Построение 3D реалистичной модели подстанции с использованием технологии БПЛА
Интеграция технологии БПЛА для создания высокоточной 3D цифровой копии подстанции представляет собой высокоинновационное и практичное развитие в области последовательного управления. Оборудованные высокоточными камерами геодезического класса, БПЛА могут проводить всесторонние аэрофотосъемки с различных высот и углов, захватывая как общую планировку, так и детали критически важного оборудования. Это создает богатый набор данных из высококачественных изображений, необходимых для точного 3D моделирования. Для обеспечения согласованности данных и геометрической точности полетные миссии должны строго соблюдать указанные параметры эксплуатации БПЛА, как подробно описано в таблице 1.

Осы параметрлердің ішінде ұшу биіктігі 120 м ретінде белгіленген — бұл БАҰ-ның трансформаторлық подстанцияның толық аймағын қамтитын суреттерді жинауын және жеткілікті дәлдіктегі анықтықты сақтауын қамтамасыз ететін биіктік. Ұшу жылдамдығы 2–5 м/с аралығында реттеледі, бұл БАҰ-ның ұшу кезінде тұрақты болуын және аса жоғары жылдамдықтан туындайтын қозғалыс бұрылуын болдырмауын қамтамасыз етеді. Экспозиция интервалы 2–3 секундқа тең болып орнатылған, бұл әртүрлі жарық шарттарында суреттердің тұрақты жарықтығы мен сенімді сапасын қамтамасыз етеді.

Алға қарай 85% және жанынан 75% өзара жабысу көршілес суреттер арасындағы жеткілікті жабысу аймақтарын қамтамасыз етеді және одан әрі суреттерді біріктіру мен 3D модельдеу үшін қажетті резервтілікті қамтамасыз етеді. Камера линзасының фокустық қашықтығы 35-тен 50 мм-ге дейінгі аралықта болады, ал 6 048 × 4 032 пиксельді жоғары анықталатын сенсормен жұп болып, трансформаторлық подстанцияның әртүрлі жабдықтарының нәзік детальдарын тиімді түрде түсіреді. Сонымен қатар, жердегі пиксельге шаққандағы 1,5 см/пиксельдік үлгі алу қашықтығы (GSD) әрбір пиксельдің жер бетіндегі нақты өлшеміне дәл сәйкес келуін қамтамасыз етеді және кеңістіктік дәлдікті әлдеқайда арттырады.

Бұл ұшу параметрлеріне қатаң сәйкес келе отырып, БАҰ жоғары сапалы суреттерді жинайды, оларды кейіннен профильді фотограмметриялық бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы (біріктіру, бірігу және 3D реконструкция) өңдегеннен кейін подстанцияның өте шынайы және егжей-тегжейлі 3D цифровой көшірмесін береді. Бұл модель автоматтандырылған коммутациялық операцияларды дәл орындау үшін мықты негіз қалау мақсатында қадамдық басқару операциялары үшін интуитивті және дәл кеңістіктік анықтама ақпаратын ұсынады, соның арқасында операторлар жабдықтардың орналасуы мен күйін анық түсіне алады.

2.2 Трансформаторлық подстанциялардағы ажыратқыштың орны үшін «екі реттік растау» құрылғысының іске асырылуы
Ажыратқыштар үшін «екі реттік растау» құрылғысы коммутациялық аппараттардың орнын тексерудің маңызды компоненті болып табылады. Ол ажыратқыштың нақты күйін бақылау үшін тікелей негізгі механикалық басқару механизміне орнатылған сенсорларды пайдаланады. Жүйеде екі микроауыстырғыш бар: екінші микроауыстырғыш тікелей сенсорға қосылған және ажыратқыш пышағының шынайы физикалық орнын тіркеуге жауапты. Жиналған сигнал сенсор арқылы сигнал қабылдағышқа жіберіледі, одан кейін деректер трансформаторлық подстанцияның өлшеу және басқару жүйесіне жіберіледі. Бұл тұйықталған трансмиссиялық механизм ажыратқыш орындарын нақты уақыт режимінде және жоғары дәлдікпен анықтауға мүмкіндік береді және қадамдық басқару операциялары үшін сенімді орын растауын ұсынады.

Трансформаторлық подстанцияның өлшеу және басқару блогы центрлік хаб ретінде қызмет етеді және ол бірінші микроауыстырғыштан (механикалық кері байланыс) және екінші микроауыстырғыштан (сенсорлық кері байланыс) өңделген сигналдарды қабылдайды. Екі кіріс сигналын біріктіргеннен және тексергеннен кейін, блок біріктірілген күй деректерін қадамдық басқару хостына жібереді. Бір уақытта антивирустық хост қадамдық басқару хосты арқылы шығарылған барлық операциялық командаларды тексереді. Антивирустық тексеруден өткеннен кейін ғана қадамдық операция орындала алады.

Бұл «екі реттік растау» механизмі жалғыз нүктелік сигналдың істен шығуы немесе қате бағалауымен байланысты қаупін техникалық түрде жояды және ажыратқыш орнын анықтаудың сенімділігін әлдеқайда арттырады. Нақты жағдайларда — қалыпты коммутациялық операциялар кезінде де, авариялық реакция кезінде де — екі реттік растау ажыратқышы операторларға әрқашан дәл орын ақпаратын алуын қамтамасыз етеді, бұл қате операцияларды тиімді түрде болдырмауға және қадамдық басқару жүйелерінің қауіпсіздігі мен тұрақтылығын нығайтуға мүмкіндік береді.

2.3 Практикалық қолданылуы
110 кВ трансформаторлық подстанциясындағы кеңейту жобасында жаңа жабдықтарды бар болған қадамдық басқару жүйесіне интеграциялау үлкен қиыншылықтар тудырды — осы қиыншылықтар БАҰ технологиясы арқылы тиімді шешілді. Операторлар қатаң ұшу параметрлеріне сәйкес БАҰ-ларды пайдаланды: 120 м ұшу биіктігі трансформаторлық подстанцияның толық қамтылуын және жабдық деңгейіндегі детальдарды сақтауын қамтамасыз етті; 2–5 м/с ұшу жылдамдығы сапалы суреттерді алу үшін платформаның тұрақтылығын сақтады; ал 2–3 секундтық экспозиция интервалы жоғары сапалы суреттерді қамтамасыз ету үшін жарықтың өзгеріп отыратын шарттарына бейімделді. 85% алға қарай және 75% жанынан өзара жабысу деректер жинағы фотограмметриялық өңдеудің мықтылығы үшін жеткілікті резервтілікті қамтамасыз етті.

Жоғары анықталатын БАҰ суреттерін жетілдірілген фотограмметриялық және 3D модельдеу әдістерін қолдана отырып трансформаторлық подстанцияның дәл 3D цифровой көшірмесіне айналдырды. Бұл терең кеңістіктік модель операциялық топқа ескі және жаңадан орнатылған жабдықтар арасындағы кеңістіктік қатынастарды дәл талдауға мүмкіндік берді. Қадамдық басқару процедураларын симуляциялау кезінде операторлар географиялық координаттарды дәл қолдана отырып, оптималды операциялық траекторияларды алдын ала жоспарлау үшін модельді пайдаланды және мақсатты жабдықтарды дәл анықтады — бұл жаңа жабдықтарды интеграциялау үшін іске қосу уақытын әлдеқайда қысқартты.

Практикада бұл тәсіл жоба тобының қадамдық басқару жүйесінің интеграциясын және іске қосылуын жоспардан үш күн бұрын аяқтауына мүмкіндік берді. Бұл тек жалпы жоба мерзімін қысқартып қоймай, сонымен қатар трансформаторлық подстанцияның интеллектуалды пайдалануға өтуін тездетті және оның ұзақ мерзімді қауіпсіз және сенімді жұмыс істеуі үшін мықты негіз қалады.

Бұл 110 кВ трансформаторлық подстанциясының күнделікті қадамдық басқару жұмысы мен техникалық қызмет көрсету сценарийлерінде ажыратқыш үшін «екі реттік растау» механизмі операциялық қауіпсіздік пен тиімділіктің негізгі қорғаныс құралы болып табылады, ал БАҰ технологиясы күшті қосымша қолдау ұсынады. Түнгі уақыттағы авариялық қадамдық басқару операциясын мысалға алсақ: операторлар қадамдық басқару хостынан ажыратқышты ашу командасын шығарғаннан кейін, «екі реттік растау» құрылғысы дереу дәл сигналдық беру мен тексеру механизмін іске қосады. Құрылғының ішіндегі екі микроауыстырғыш ажыратқыш пышағының орын сигналдарын нақты уақыт режимінде трансформаторлық подстанцияның өлшеу және басқару блогына жібереді. Бұл блок сигналдарды біріктіріп және алдын ала өңдеп, қадамдық басқару хостына жібереді. Бір уақытта антивирустық хост операциялық команданы логикалық түрде тексереді; антивирустық хост команданы жарамды деп растағаннан кейін ғана ашу операциясы орындалады.

Бұл процесс барысында БАҰ да маңызды рөл атқарады. Оның сергек ұшу мүмкіндіктерін пайдалана отырып, БАҰ трансформаторлық подстанция жабдықтарын нақты уақыт режимінде, әсіресе ажыратқыш аймағын барлық жағынан бақылайды. «Екі реттік растау» құрылғысы жұмыс істеп тұрған кезде БАҰ тікелей объектіден түскен бейне көріністі басқару бөлмесіне жібереді, бұл операторларға қосымша визуалды сілтеме ұсынып, операциялық дәлдікті одан әрі қамтамасыз етеді.

Традициондық кеңістіктік тексерумен салыстырғанда, бұл интегралды подход операция уақытын алғашқы 10 минуттан үш минутқа дейін азайтады, ең маңыздысы, өте жақсы әсіресе түнгі реттелген тексерулерде жарықтың жақсы емес шарты мен оператордың қамырлауына байланысты мүмкін болатын қателерді орындау рискин бас алатын.

3.Нәтиже
БПЛА технологиясы подстанциялық реттелген басқару операцияларына жаңа ынтамды жеткізеді. Үш өлшемді нақты модельдерді құру арқылы, жаңа құрылғыларды реттелген басқару системасына интеграциялау үшін өнімділікті кеңейтеді және жобаны ынталандырады. Айналу «екі ретті растау» құрылғыларымен БПЛА-лар құрылғылардың қолдануының қауіпсіздігі мен тактығын өзге өнімдерден өте арттырады. БПЛА технологиясының өнімділігі және реттелген басқару системаларымен ғыбатты интеграциялануы арқылы, құрылғылардың адаптивтілігі мен қолдануының қиындықтарына, құрылғылардың арасындағы интероперабилділікке жоғары деңгейде енгізу мүмкіндігін береді, подстанциялық операцияларды әр түрлі ынтамдарды қолдану арқылы артықшылыққа және қауіпсіздікке жеткізеді, және энергетикалық жүйелердің стабилдетілген және өнімді қызмет етуіне зор техникалық қолдау береді.