Lidostrādnieku tehnoloģijas lietojums apakšstaciju sekvenču vadības operācijās

Ar smartu tīklu tehnoloģiju attīstību, sekvenču vadība (SCADA bāzēta automātiskā pārslēgšana) apgaismojumu stacijās kļuvusi par galveno tehnoloģiju, lai nodrošinātu stabilu enerģijas sistēmas darbību. Lai arī esošās sekvenču vadības tehnoloģijas jau ir plaši ieviestas, problēmas, kas saistītas ar sistēmas stabilitāti sarežģītos darbības apstākļos un aprīkojuma savstarpējo darbību, joprojām ir nozīmīgas. Nenoliedzami, bezpilotu lidmašīnu (UAV) tehnoloģija—kas raksturojas ar savu izpratnēmu, mobilitāti un nesakarus kontroles spējas— piedāvā inovatīvu risinājumu, lai optimizētu sekvenču vadības operācijas.

Glabājot UAV bāzētas funkcijas, piemēram, gaisa patruļēšanu un reāllaika stāvokļa uzraudzību, tradicionālajās sekvenču vadības sistēmās, var efektīvi pārvarēt manuālo operāciju ierobežojumus, ļaujot precīzi un reāla laikā uztvert aprīkojuma stāvokli un būtiski palielinot gan sekvenču vadības uzticamību, gan intelektuālumu. Pētījumi par UAV lietošanu apgaismojumu stacijās sekvenču vadībā ir nozīmīgi praktiski svarīgi, lai veicinātu smartu tīklu attīstību.

1. Apkopojums par sekvenču vadības operācijām apgaismojumu stacijās
1.1 Definīcija
Apgaimojumu stacijās sekvenču vadība attiecas uz automatizēto, soli pa solim izpildīto elektriskā aprīkojuma operāciju virzieniem saskaņā ar iepriekš noteiktām procedūrām un loģiskām taisnībām caur automatizācijas kontrolsistema. Piemēram, tradicionāli operatori jāveic manuālas operācijas līdzstrāvas izslēgšanā, atsevišķi katram aparātam. Savukārt, ar sekvenču vadību, operatoriem tikai jādod viena visaptveroša komanda no monitorēšanas darbvirsmas; sistēma tad automātiski un precīzi izpilda visu virzieni—piemēram, izslēdzot līnijas līdzstrāvas, pēc tam atverot atbilstošos atslēgējos—lielā mērā vienkāršojot operāciju darbplūsmu.

1.2 Tehniskie principi
Apgaimojumu stacijās sekvenču vadība balstās uz integrētu automatizācijas sistēmu, kas sastāv no galvenajiem komponentiem, tostarp uzraudzības galvenā datora, mērīšanas un kontrolēšanas vienībām un inteliģentajiem termināliem. Uzraudzības galvenais dators darbojas kā cilvēka-datora interfeiss, saņem operatoru komandas un pārveido tos par izpildāmajām kontrolsignalu. Mērīšanas un kontrolēšanas vienības nepārtraukti apkopo real time operāciju datus—piemēram, strāvas stiprumu, spriegumu un aprīkojuma pozīciju—sniedzot gan situācijas apziņu operatoriem, gan arī kritisku ievadi sekvenču loģiskajiem lēmumiem. Inteliģenti termināli tieši sadarbojas ar primāro aprīkojumu, lai veiktu pārslēgšanas operācijas, un komunicē ar mērīšanas/kontrolēšanas vienībām un citiem ierīcēm caur šķidruma vai kabeļu saiti, nodrošinot ātru un precīzu datu pārraidīšanu, lai atbalstītu drošu un efektīvu sekvenču vadības izpildi.

1.3 Priekšrocības
1.3.1 Palielināta operāciju efektivitāte
Parastajās apgaismojumu stacijās, pārslēgšanas procedūras cieš no zināmām neefektivitātēm. Piemēram, 220 kV līnijas pārslēgšanas operācijā, personālam jāpārvietojas starp dažādiem sektoriem, lai pārbaudītu aprīkojuma ID, apstiprinātu statusus un manuāli izpildītu līdzstrāvas un atslēgēju operācijas. Tā kā cilvēka ierobežojumi, viena pilna operācija parasti aizņem 2–3 stundas, patērējot lielu cilvēku resursu un radot iebūvētus riskus kļūdām, kas ietekmē tīkla efektivitāti.

Ar smartu tīklu tehnoloģiju evolūciju, sekvenču vadības sistēmas piedāvā transformējošu pieeju. Saņemot komandu no monitorēšanas backend, sistēma automātiski izpilda pilnu virzieni—ieskaitot ierīču statusa pārbaudi, operācijas biļetei validāciju un pārslēgšanas komandas—milisekundēs, balstoties uz ieprogrammēto loģiku. Laukā iegūtie dati rāda, ka, izmantojot sekvenču vadību, 220 kV līnijas pārslēgšanas laiks samazinās līdz mazāk kā 20 minūtēm—par vairāk nekā 80% labāku rezultātu salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm. Šis pārsteigums palielina tīkla operāciju elastību, ļaujot ātri rekonfigurēt laikā sagādes svārstībās un būtiski saīsinot avārijas laikposmus, tādējādi uzlabojot kopējo elektrosnieguma uzticamību un kvalitāti.

1.3.2 Palielināta operāciju drošība
Manuālas apgaismojumu staciju operācijas ir nestabili pret daudziem neprognozējamajiem cilvēka faktoriem, kas rada slēptos drošības riskus. Operatora uzmanība ir kritiska; pārmērīgs naktīs strādājot, piemēram, var novest pie nepareizas etiketes lasīšanas vai soļu izpildes nepareizā secībā. Turklāt, prasmju līmenis starp personālu atšķiras—jaunie darbinieki ir daudz mazāk pazīstami ar sarežģītām procedūrām nekā pieredzējie darbinieki—palielinot kļūdu iespējamību. Nepilnīgā statistika liecina, ka simtiem apgaismojumu staciju aprīkojuma trūkumiem un tīkla incidentiem gadā rodas no cilvēka kļūdām.

Sekvenču vadība izveido stingru drošības barjeru. Pirms izpildes, iebūvētā loģikas validācija grūti pārbauda katru soli pret iepriekš definētām drošības un elektriskās bloķēšanas taisnībām. Tikai tad, kad visas nosacījumi ir apmierotas, sistēma turpinās. Piemēram, līnijas energoapgādei, sistēma automātiski pārbauda izslēgēju un atslēgēju statusu; ja kāda anomalija tiek atklāta, operācija tūlīt apturē un aktivizē brīdinājumu. Tas novērš smagas kļūdas, piemēram, atslēgēju atvēršanu ar ielādi vai nomagnēšanas izslēgēju aizveršanu, pamatīgi samazinot ierīču bojājumu un tīkla avārijas risku, nodrošinot drošākas, stabītākas apgaismojumu staciju operācijas.

1.4 Pašreizējais lietošanas stāvoklis
Kā Kīna turpina veicināt savu smartu tīklu iniciatīvu, sekvenču vadība kļuvusi par modernām apgaismojumu staciju operāciju pamatbloku. Jaunuzbūvētajās apgaismojumu stacijās, inteliģentas dizaina principi tagad ir standarta, un sekvenču vadība ir integrēta kā galvenā funkcijas modulis. Piemēram, Austrumāzijā, pagājušajos piecos gados, sekvenču vadības izmantošanas rādītājs jaunās apgaismojumu stacijās ir sasniedzis 95%. Ekonomiski attīstītajās pilsētās, piemēram, Šenzhenā un Šanhajā, segums pārsniedz 80% 220 kV un augstākiem sprieguma apgaismojumu stacijām, būtiski paaugstinot reģionālo tīkla efektivitāti un drošību.

Tomēr, arī vecāko apgaismojumu staciju modernizācija ar inteliģentām spējām progresē līdzīgi. Ziemeļāzijā, 20 gadus vecā 110 kV apgaismojumu stacija tika veiksmīgi atjaunota ar sekvenču vadības funkcionalitāti, aizstājot inteliģentus I/O vienības un modernizējot uzraudzības sistēmu, būtiski palielinot operāciju efektivitāti un uzticamību.

Tomēr, kā sekvenciālais pārvaldības mērogs pieaug, sarežģītās situācijas rada tehniskus grūtības. Ekstrēmās vides apstākļos, daudzu līniju kļūdās vai nejaušu slodzes maiņās sistēmai jāapstrādā milzīgs datu apjoms un jāveic sarežģīta loģika, kas var izraisīt atbildes aizvilkumu, loģikas apturēšanos vai pat nepareizas darbības. Turklāt dažādu ražotāju aprīkojuma savietojamības problēmas – tādas kā komunikācijas protokoli, datu formāti un saskarnes standarti – bieži rada neregulāru datu pārraides vai komandas atbildes aizvilkumu, samazinot sekvenciālo operāciju strādāšanas gładību un precizitāti.

Lai risinātu šīs problēmas, enerģētikas nozare meklē divvirzienu risinājumus: tehnoloģisko inovāciju un standartizāciju. Tehniski tiek optimizēti algoritmi, lai uzlabotu datu apstrādi un lēmumu pieņemšanu sarežģītos apstākļos. Standartizācijas jomā darbs ir vērsts uz komunikācijas saskarnes un protokolu vienotību, lai uzlabotu dažādu ražotāju aprīkojuma savietojamību.

Šajā kontekstā UAV tehnoloģija, piedāvājot elastīgu manevrēšanu, dažādas skatīšanas lejas un bezkontaktu sensoriku, piedāvā inovatīvu ceļu sekvenciālās pārvaldības uzlabošanai. Sekvenciālās operācijas laikā UAV var veikt reāllaika dinamisku aprīkojuma stāvokļa monitoringu, izmantojot daudzspektra attēlošanu, infrasarkano termogrāfiju un citus pašreizējos metodes, ļaujot precīzi iegūt parametrus un ātri atklāt anomalijas. Šis reāllaika atgriezeniskā saite efektīvi atbalsta gudrākus lēmumus sekvenciālajās pārvaldības sistēmā, paaugstinot elektrotīklu darbības intelektualitāti un uzticamību.

2. UAV tehnoloģijas lietošana transformatoru postu sekvenciālajā pārvaldībā
2.1 Transformatoru posta 3D realistiskā modeļa izveidošana ar UAV tehnoloģiju
UAV tehnoloģijas integrēšana, lai izveidotu augstās precizitātes 3D digitālo transformatoru posta dubultnieku, pārstāv inovatīvu un praktisku progresu sekvenciālajā pārvaldībā. Ar augstas precizitātes aerofotogrāfijas kamerām aprīkoti UAV var veikt visaptverošas lidmašīnas pārlūkotājprogrammas no dažādām augstumam un lejām, uztverot gan kopējo plānošanu, gan svarīgu aprīkojuma detaļas. Tas ģenerē bagātu augstas rezolūcijas attēlu datu kopu, kas ir būtiska precīzai 3D modelēšanai. Lai nodrošinātu datu konsistentu un ģeometrisku precizitāti, lidmašīnas misijām jāievēro noteiktie UAV darbības parametri, kā detāli minēts Tabulā 1.

Šajās parametrēšanas detaļās lidojuma augstums ir iestatīts uz 120 m — šis augstums nodrošina, ka drona uztver visu pārveidotājstaciju, saglabājot pietiekamu detaļu skaidrību. Lidojuma ātrums tiek kontrolēts starp 2–5 m/s, lai nodrošinātu dronas stabilitāti un novērstu pārmērīga ātruma izraisīto kustības nešķēlumu. Ekspozīcijas intervāls ir iestatīts uz 2–3 sekundēm, kas nodrošina konsekventu attēla gaišumu un uzticamu kvalitāti dažādos apgaismojuma apstākļos.

85% priekšējais pārklājums un 75% sānu pārklājums garantē pietiekamus pārklājumus starp blakus esošajiem attēliem, nodrošinot nepieciešamo redundanci nākamajam attēlu savienošanai un 3D modelēšanai. Kameru objektīva fokālā attālums ir 35 līdz 50 mm, kombinēts ar augstaspēka sensoru ar rādītāju 6 048 × 4 032 pikseļi, efektīvi uztver dažādu pārveidotājstaciju aprīkojuma detaļas. Papildus tam, zemes mēra (GSD) 1,5 cm/pikselis nodrošina, ka katrs pikseļis atbilst precīzam reālajam matemātiskajam mērījumam uz zemes, būtiski palielinot telpisku precizitāti.

Strengi ievērojot šos lidojuma parametrus, drona iegūst augstas kvalitātes attēlus, kas, pēc apstrādes profesionālā fotogrammetrijas programmatūrā, ietver savienošanu, fūziju un 3D rekonstrukciju, radot augstu realitātes un detaļu līmeni atbilstošu 3D digitālo dubultnieku pārveidotājstacijai. Šis modelis sniedz intuītīvu un precīzu telpisko atsauces informāciju sekvenciālajiem vadības darbībām, ļaujot operatoriem skaidri saprast aprīkojuma izkārtojumu un stāvokli, veicinot precīzu automatizētu pārslēgšanas sekvences izpildi.

2.2 Atslēgu pozīcijas “divkārtējā apstiprināšana” pārveidotājstacijā
Atslēgu “divkārtējā apstiprināšana” ierīce ir kritiska komponente, kas nosaka slēdzes pozīciju. Tā izmanto sensorus, kas iebāzti uz primāro mehānisko vadības mehānismu, lai monitorētu faktiskā atslēgas stāvokli. Sistēma ietver divus mikrosleidziņus: otrs mikrosleidziņš tiek tieši saistīts ar sensoru un atbild par patiesā fiziskā atslēgas lāpsta pozīcijas uztveršanu. Uztvera signāls tiek transmēdēts caur sensoru signālu saņēmējam, kurš to pārraida pārveidotājstacijas mērīšanas un vadības sistēmai. Šis aizvērtā pārraidīšanas mehānisms ļauj reāllaikā un augstā precizitātei uztvert atslēgu pozīcijas, nodrošinot uzticamu pozīcijas apstiprināšanu sekvenciālajām vadības darbībām.

Kā centrālais centrs pārveidotājstacijas mērīšanas un vadības vienība saņem signālus no abiem mikrosleidziņiem (mekhāniskā atgriezenes informācija un sensoru balstīta atgriezenes informācija). Pēc šo divu ievadu integrācijas un validācijas vienība nosūta konsolidēto statusa datus sekvenciālajam vadības hostam. Tāpat anti-kļūdas hosta pārbauda visus operācijas komandas, ko izdod sekvenciālais vadības hosts. Tikai pēc šīs anti-kļūdas verifikācijas var turpināties sekvenciālā operācija.

Šis “divkārtējā apstiprināšana” mehānisms tehniski novērš riskus, kas saistīti ar vienpunkta signāla kļūdām vai nepareizu novērtējumu, būtiski palielinot atslēgu pozīcijas uztveršanas uzticamību. Reālās situācijās — gan ikdienas pārslēgšanas operācijās, gan ārkārtas reaģēšanas gadījumos — divkārtējā apstiprinājuma atslēga nodrošina, ka operatori vienmēr saņem precīzu pozīcijas informāciju, efektīvi novēršot nepareizas darbības un stiprinot sekvenciālās vadības sistēmas drošību un stabilitāti.

2.3 Praktiska pielietojums
110 kV pārveidotājstacijas paplašināšanas projektā, jauna aprīkojuma integrācija esošajā sekvenciālajā vadības sistēmā radīja nozīmīgas izaicinājumu — izaicinājumi, ko efektīvi risināja, izmantojot dronu tehnoloģiju. Operatori izmantotu dronas, ievērojot stingrus lidojuma parametrus: 120 m lidojuma augstums nodrošināja pilnīgu pārveidotājstacijas aprīkojuma uztveršanu, saglabājot detalizētu skatu; 2–5 m/s lidojuma ātrums nodrošināja platformas stabilitāti, lai iegūtu šauru attēlu; un 2–3 sekundes ekspozīcijas intervāls adaptējās mainīgiem apgaismojuma apstākļiem, lai nodrošinātu augstas kvalitātes fotoattēlus. Ar 85% priekšējo un 75% sānu pārklājumu datu kopums nodrošināja pietiekamu redundanci robustai fotogrammetriskai apstrādei.

Izmantojot pašreizējās fotogrammetrijas un 3D modelēšanas tehnoloģijas, augstas rezolūcijas dronas attēli tika pārveidoti par precīzu 3D digitālo dubultnieku pārveidotājstacijai. Šis imersīvais telpisks modelis ļāva operāciju komandai precīzi analizēt telpiskās attiecības starp senāku un jaunu aprīkojumu. Sekvenciālo vadības procedūru simulācijā operatori izmantoja modeli, lai iepriekš plānotu optimālas operācijas maršrutus un precīzi identificētu mērķa ierīces, izmantojot precīzas geogrāfiskās koordinātes — dramatiski samazinot jaunu aprīkojuma integrācijas komisijas laiku.

Praksē šis pieejas ļāva projekta komandai pabeigt sekvenciālās vadības sistēmas integrāciju un komisijas trīs dienas agrāk par plānoto. Tas ne tikai saīsināja kopējo projektu grafiku, bet arī paātrināja pārveidotājstacijas pāreju uz intelģentu darbību, izveidojot solīdu pamatu tās drošai un uzticamai ilgtermiņa darbībai.

Šajā 110 kV pārveidotājstacijas ikdienas sekvenciālās vadības un uzturības situācijās atslēgu “divkārtējā apstiprināšana” mehānisma ir galvenais drošības un efektivitātes aizsardzības elements, kamēr dronas tehnoloģija nodrošina spēcīgu atbalstu. Ņemot vērā naktī notiekošu ārkārtas sekvenciālo vadības operāciju piemēru: pēc tā, kad operatori no sekvenciālā vadības hosta izdod atslēgas atvēršanas komandu, “divkārtējā apstiprināšana” ierīce tūlīt aktīvē savu precīzo signālu pārraidīšanas un apstiprināšanas mehānismu. Divi mikrosleidziņi iekšpusē pārraida atslēgas lāpsta pozīcijas signālus reāllaikā pārveidotājstacijas mērīšanas un vadības vienībai. Šī vienība integrē un pārstrādā signālus, pirms tos pārraida sekvenciālajam vadības hostam. Tāpat anti-kļūdas hosta veic loģisko pārbaudi operācijas komandai; tikai pēc anti-kļūdas hosta apstiprinājuma, ka komanda ir derīga, var turpināties atvēršanas operācija.

Šajā procesā drona arī spēlē nozīmīgu lomu. Izmantojot savas agilās lidojuma spējas, drona veic reāllaika, visaptverošu pārveidotājstacijas aprīkojuma, īpaši atslēgu teritorijas, monitoringu. Kad “divkārtējā apstiprināšana” ierīce darbojas, drona pārraida tiešsaistes video plūsmu atpakaļ uz vadības telpu, sniedzot operatoriem papildu vizuālo atsauce, lai vēl vairāk nodrošinātu operāciju precizitāti.

Salīdzinājumā ar tradicionālo manuālo uz vietas pārbaudi, šis integrētā pieeja samazina darbības laiku no sākotnējiem 10 minūtēm līdz tikai 3 minūtēm, būtiski uzlabojot efektivitāti. Vēl svarīgāk, tā efektīvi novērš nepareizas novērtējumu risku, kas rodas dēļ slikta apgaismojuma un operatora iznomāšanās laikā manuālajām pārbaudēm naktī.

3.Sekas
Dronu tehnoloģija ir ieviesusi inovatīvas pārmaiņas transformatoru staciju sekvenču vadības operācijās. Izveidojot 3D realus modelis, tā efektīvi palielina efektivitāti, integrējot jaunu aprīkojumu sekvenču vadības sistēmās, un paātrina projektu īstenošanu. Darbojoties savietojumā ar atslēgu “divkārtējo apstiprināšanas” ierīcēm, droni būtiski uzlabo aprīkojuma drošību un precizitāti. Kā dronu tehnoloģija turpinās attīstīties un tiek vēl dziļāk integrēta sekvenču vadības sistēmās, tā gaida, ka tiks risinātas problēmas, piemēram, pielāgojamība sarežģītās darbības apstākļos un aprīkojuma savietojamība, nepārtraukti virzot transformatoru staciju operācijas uz lielāku intelektualitāti un uzticamību, sniedzot spēcīgu tehnisko atbalstu enerģētikas sistēmu stabilai un efektīvai darbībai.