Bruk av UAV-teknologi i sekvensielle kontrolloperasjoner på understasjoner

Med fremkomsten av smarte nett-teknologier har sekvenskontroll (basert på SCADA-styrt automatisert skifte) i transformasjonsstasjoner blitt en kjernekompetanse for å sikre stabil drift av strømsystemer. Selv om eksisterende sekvenskontroll-teknologier er bredt implementert, utgjør utfordringer relatert til systemstabilitet under komplekse driftsforhold og utstyrskommunikasjon fortsatt betydelige hinder. Umannet flyver (UAV)-teknologi – kjennetegnet ved sin smidighet, mobilitet og evne til kontaktfri inspeksjon – gir en innovativ løsning for optimalisering av sekvenskontroll-operasjoner. 

Ved å dype integrere UAV-baserte funksjoner som luftpatrulje og sanntidstillstandsovervåking i tradisjonelle sekvenskontroll-systemer, kan begrensningene ved manuelle operasjoner effektivt overvinnast, noe som muliggjør nøyaktig, sanntidsbasert oppfatning av utstyrsstatus og betydelig forbedrer både påliteligheten og intelligensnivået til sekvenskontroll. Forskning på UAV-applikasjoner i sekvenskontroll i transformasjonsstasjoner har stor praktisk betydning for å fremme utviklingen av smarte nett.

1.Oversikt over sekvenskontroll-operasjoner i transformasjonsstasjoner
1.1 Definisjon
Sekvenskontroll i transformasjonsstasjoner refererer til den automatiske, stegvis utførelsen av en rekke elektriske utstyrsoperasjoner i henhold til forhåndsdefinerte prosedyrer og logiske regler via et automatisert kontrollsystem. Som et eksempel på bussoverføring (skifteoperasjoner): Tradisjonelt må operatører manuelt styre brytere, disko-forbindelser og andre enheter én etter én. I motsetning til dette, med sekvenskontroll, trenger operatører bare å gi en enkelt komprehensiv kommando fra overvåkningsarbeidsstasjonen; systemet utfører deretter automatisk og nøyaktig hele sekvensen—som for eksempel å slå av en linjebryter etterfulgt av å åpne tilhørende disko-forbindelser—og forenkler dermed betydelig arbeidsflyten.

1.2 Tekniske prinsipper
Transformasjonsstasjonsekvenskontroll baserer seg på et integrert automasjonssystem sammensatt av nøkkelenheter inkludert en overvåkningsvert, måle- og kontroleenheter, og intelligente terminaler. Overvåkningsverte fungerer som mennesk-maskin-grensesnitt, mottar operatørkommandoer og konverterer dem til eksekverbare kontrollsignaler. Måle- og kontroleenheter samler jevnlig sanntidsdriftsdata—som strøm, spenning og utstyrsplassering—og gir både situasjonsbevissthet for operatører og kritiske inndata for sekvensiell logikkbeslutninger. Intelligente terminaler kobles direkte til primært utstyr for å utføre skifteoperasjoner og kommuniserer med måle/kontroleenheter og andre enheter gjennom fiber eller kabler, og sikrer rask og nøyaktig dataoverføring for å støtte trygg og effektiv sekvenskontrolleksponering.

1.3 Fordeler
1.3.1 Forbedret driftseffektivitet
I konvensjonelle transformasjonsstasjonsoperasjoner lider skifteprosedyrer av merkelige ineffektiviteter. For eksempel, under en 220 kV bussoverføring, må personale gjenopprettelig bevege seg mellom bays for å verifisere utstyr-ID-er, bekrefte status, og manuelt styre brytere og disko-forbindelser. På grunn av menneskelige begrensninger tar en full operasjon typisk 2–3 timer, og forbruker betydelig arbeidskraft og innebærer innherente risikoer for feil som påvirker nettets effektivitet.

Med utviklingen av smarte nett-teknologier, tilbyr sekvenskontrollsystemer en transformatorisk tilnærming. Ved å motta en kommando fra overvåkningsbakgrunnen, utfører systemet automatisk hele sekvensen—inneholdende verifisering av utstyrstatus, validering av arbeidsganger, og skiftekommender—på millisekundsnivå basert på forhåndsprogrammert logikk. Feltdata viser at bruk av sekvenskontroll reduserer 220 kV bussoverføringstiden til under 20 minutter—en forbedring på over 80% sammenlignet med tradisjonelle metoder. Denne gjennombruddet forbedrer nettets driftsflexibilitet, gjør det mulig for hurtig rekonfigurasjon under belastningsfluktuerasjoner, og forkorter betydelig nedbruttetid under feil, noe som forbedrer den generelle strømforsyningens pålitelighet og kvalitet.

1.3.2 Forbedret driftssikkerhet
Manuelle transformasjonsstasjonsoperasjoner er sårbare for mange uforutsigbare menneskelige faktorer som utgjør skjulte sikkerhetsrisikoer. Operatørvarsel er avgjørende; trøtt etter nattevakter, for eksempel, kan føre til feil lesing av etiketter eller utførelse av steg i feil rekkefølge. I tillegg varierer ferdighetsnivåer blant personale—nyansatte er langt mindre kjent med komplekse prosedyrer enn rutinerte ansatte—øker sannsynligheten for feil. Inkomplette statistikker indikerer at hundrevis av transformasjonsstasjonsutstyrfeil og netthendelser årlig skyldes menneskelig feil.

Sekvenskontroll etablerer et robust sikkerhetsbarriere. Før utførelse, sjekker innebygd logikkvalidering strengt hvert steg mot forhåndsdefinerte sikkerhets- og elektriske interlocking-regler. Bare når alle vilkår er oppfylt, vil systemet fortsette. For eksempel, under linjeenergisering, verifiserer systemet automatisk statusen til brytere og disko-forbindelser; hvis noen anomalier oppdages, stopper operasjonen umiddelbart og utløser en alarm. Dette forhindrer alvorlige feil som åpning av en disko-forbinding under belastning eller lukking av en jordforbindelse mens den er energisert, og reduserer grunnleggende risikoen for utstyrsbeskadigelse og netthendelser, og sikrer tryggere, mer stabile transformasjonsstasjonsoperasjoner.

1.4 Nåværende anvendelsesstatus
Som Kina fortsetter å fremme sin smarte nett-initiativ, har sekvenskontroll blitt en grunnleggende del av moderne transformasjonsstasjonsoperasjoner. I nyoppførte transformasjonsstasjoner er intelligente designprinsipper nå standard, med sekvenskontroll integrert som en kjernefunksjonsmodul. For eksempel, i Øst-Kina, har adopsjonsgraden av sekvenskontroll i nye transformasjonsstasjoner de siste fem årene nådd 95%. I økonomisk utviklede byer som Shenzhen og Shanghai, overskrider dekkningen 80% for 220 kV og høyere spenningstransformasjonsstasjoner, noe som betydelig forbedrer regionale nettets effektivitet og sikkerhet.

Samtidig går modernisering av eldre transformasjonsstasjoner med intelligente evner også jevnt fram. I Nord-Kina ble en 20 år gammel 110 kV transformasjonsstasjon vellykket modernisert med sekvenskontrollfunksjonalitet gjennom erstattelse av intelligente I/O-enheter og modernisering av overvåkningsystemet, noe som markant forbedret driftseffektivitet og pålitelighet.

Når sekvensstyring skaleres opp, blir tekniske flaskehals tydelige i komplekse situasjoner. Under ekstremvær, flerledningsfeil eller plutselige belastningsendringer må systemet behandle store mengder sanntidsdata og utføre komplisert logikk, noe som kan føre til svarstid, logikkstopp eller feilaktige handlinger. I tillegg forårsaker interoperabilitetsproblemer mellom utstyr fra ulike leverandører, på grunn av inkonsistens i kommunikasjonsprotokoller, dataformater og grensesnittsstandarder, ofte uvanlig dataoverføring eller forsinket kommandoresponse, noe som svekker glattheten og nøyaktigheten i sekvensoperasjoner.

For å møte disse utfordringene søker kraftindustrien løsninger langs to veier: teknologisk innovasjon og standardisering. På teknisk nivå optimiseres algoritmer for å forbedre dataprosessering og beslutningstaking under komplekse forhold. På standardiseringssiden fokuseres innsatsen på å forene kommunikasjonsgrensesnitt og -protokoller for å forbedre tverrleverandør-interoperabilitet.

I denne sammenheng representerer UAV-teknologi, med sin fleksible manøvrering, mangfoldige synsvinkler og kontaktløs sensering, en innovativ vei for å forbedre sekvensstyring. Under sekvensoperasjoner kan UAV-er utføre sanntidsdynamisk overvåking av utstyrstatus ved hjelp av multispektral bilder, infrarødt termografi og andre avanserte teknikker, noe som muliggjør nøyaktig parameterinnsamling og rask feilopptakelse. Denne sanntidstilbakemeldingen støtter effektivt smartere beslutningstaking i sekvensstyringssystemer, noe som øker intelligensen og påliteligheten i kraftnettoperasjoner.

2. Anvendelse av UAV-teknologi i sekvensstyring av transformatorstasjon
2.1 Oppbygging av et 3D realistisk modell av transformatorstasjonen ved hjelp av UAV-teknologi
Integrasjon av UAV-teknologi for å bygge en høytroverdig 3D digital tvilling av en transformatorstasjon representerer en høygradig innovativ og praktisk fremgangsmåte i sekvensstyring. Utmüstet med høypræcis survey-grade kammer, kan UAV-er gjennomføre omfattende luftbilder fra flere høyder og vinkler, som fanger både det overordnede oppsettet og de fine detaljene i kritisk utstyr. Dette genererer et rikt datasett med høyoppløselige bilder som er nødvendige for nøyaktig 3D-modellering. For å sikre datakonsistens og geometrisk nøyaktighet, må flymisjoner strengt overholde spesifiserte UAV-driftsparametre, slik som detaljert i tabell 1.

Blant disse parametrene er flyhøyden satt til 120 m – en høyde som sikrer at UAV-en fanger bilder som dekker hele understasjonen samtidig som det beholdes nok detaljklarhet. Flyfarten kontrolleres mellom 2–5 m/s for å holde UAV-en stabil under flyvningen og forhindre bevegelsesuken på grunn av for høy fart. Eksponeringsintervallet er satt til 2–3 sekunder, noe som gjør det mulig med konsekvent bildekvalitet og pålitelig kvalitet under ulike belysningsforhold.

En fremoverlapp på 85% og en side-lapp på 75% garanterer tilstrekkelige overlappende områder mellom nabobilder, noe som gir nødvendig redundans for senere bildesømming og 3D-modellering. Kameraobjektivets brannvidde ligger mellom 35 og 50 mm, kombinert med et høyoppløsningssensor på 6,048 × 4,032 piksler, effektivt fanger fine detaljer av ulikt utstyr i understasjonen. I tillegg sikrer en ground sampling distance (GSD) på 1,5 cm/piksler at hver piksel korresponderer nøyaktig med en reell dimensjon på bakken, noe som betydelig forbedrer romlig nøyaktighet.

Ved streng overholdelse av disse flyparametrene, akkumulerer UAV-en høykvalitetsbilder som – etter behandling gjennom profesjonell fotogrammetriprogramvare involverende sømming, fusjon og 3D-rekonstruksjon – gir en svært realistisk og detaljert 3D-digital tvilling av understasjonen. Denne modellen gir intuitive og nøyaktige romlige referanseinformasjon for sekvensielle kontrolloperasjoner, noe som lar operatører klart forstå utstyllayout og status, og dermed legge en solid grunnlag for nøyaktig utførelse av automatiserte skruvingsekvenser.

2.2 Implementering av “dobbelt bekreftelse” for disconnectorposisjon i understasjoner
“Dobbel bekreftelse”-enheten for disconnectorer fungerer som en viktig komponent for å verifisere switch-posisjon. Den bruker sensorer montert direkte på den primære mekaniske driftsmekanismen for å overvåke faktisk disconnectorstatus. Systemet har to mikroskryttere: den andre mikroskryttere er direkte koblet til sensoren og ansvarlig for å fange den sanne fysiske posisjonen av disconnectorbladet. Det samlede signalet sendes via sensoren til en signalmottaker, som så videreformidler dataene til understasjonens måling- og kontrollsystem. Dette lukkede transmisjonsmekanismen muliggjør sanntidsbasert, høyoppløselig deteksjon av disconnectorposisjoner, noe som gir pålitelig posisjonsbekreftelse for sekvensielle kontrolloperasjoner.

Som sentral hub mottar understasjonens måling- og kontrollenheter signaler fra både den første mikroskryttere (mekanisk tilbakemelding) og det prosesserte signalet fra den andre mikroskryttere (sensorbasert tilbakemelding). Etter integrering og validering av disse doble inndataene sender enheten den konsoliderte statusdataene til sekvensiell kontrollvert. Samtidig krysskontrollerer en anti-feiloperasjonsvert alle operasjonskommandoer gitt av sekvensiell kontrollvert. Bare etter å ha passert denne anti-feilvalideringen kan sekvensiell operasjon fortsette.

Denne “dobbel bekreftelse”-mekanismen eliminerer teknisk risiko knyttet til enkelt-punkt-signalfeil eller feilbedømmelse, noe som drastisk forbedrer påliteligheten av disconnectorposisjondeteksjon. I virkelige situasjoner – enten under rutinebaserte skruvinger eller nødsituasjoner – sikrer dobbel bekreftelse-disconnector at operatører alltid mottar nøyaktig posisjonsinformasjon, noe som effektivt forebygger misoperasjoner og styrker sikkerheten og stabiliteten av sekvensielle kontrollsystemer.

2.3 Praktisk anvendelse
I et utvidelsesprosjekt ved en 110 kV-understasjon, der nytt utstyr ble integrert i det eksisterende sekvensielle kontrollsystemet, sto det store utfordringer – utfordringer som effektivt ble håndtert gjennom UAV-teknologi. Operatører satte inn UAV-er i henhold til streng flyparameter: en flyhøyde på 120 m sikret full dekning av understasjonen samtidig som det beholdes utstyr-nivå detalj; en flyfart på 2–5 m/s holdt plattformen stabil for skarp bildetaking; og et eksponeringsintervall på 2–3 sekunder tilpasset seg endrede lysforhold for å sikre høykvalitetsbilde. Med 85% fremoverlapp og 75% side-lapp, ga datasettet tilstrekkelig redundans for robust fotogrammetrisk behandling.

Ved hjelp av avansert fotogrammetri og 3D-modelleringsteknikker, ble høyoppløselige UAV-bilder transformert til en nøyaktig 3D-digital tvilling av understasjonen. Denne immersive romlige modellen tillot operasjonsteamet å presist analysere romlige forhold mellom arvegodsutstyr og nylig installert utstyr. Under simulering av sekvensielle kontrollprosedyrer, benyttet operatører modellen til å forhåndsplanlegge optimale operasjonsbaner og nøyaktig identifisere målutstyr ved hjelp av nøyaktige geografiske koordinater – noe som dramatisk reduserte kommissjoneringstiden for integrering av nytt utstyr.

I praksis gjorde dette tilnærmingen at prosjektteamet fullførte integrering og kommissjonering av sekvensielt kontrollsystem tre dager før tidsfristen. Dette forkortet ikke bare det totale prosjektet, men også akselererte understasjonens overgang mot intelligent drift, noe som la en solid grunnlag for dens sikker og pålitelig langtidsprestasjon.

I daglige sekvensielle kontrolloperasjoner og vedlikeholdsscenarioer for denne 110 kV-understasjonen, fungerer disconnector “dobbelt bekreftelse”-mekanismen som kjernen for driftssikkerhet og effektivitet, mens UAV-teknologi gir sterk støtte. Som et eksempel på en nattlig nødsekvensiell kontrolloperasjon: etter at operatører gir en disconnectoråpningkommando fra sekvensiell kontrollvert, aktiverer “dobbelt bekreftelse”-enheten umiddelbart sin nøyaktige signaltransmisjon og verifikasjonsmekanisme. De to mikroskryttere inne i enheten transmitterer disconnectorbladposisjonssignalene i sanntid til understasjonens måling- og kontrollenhet. Denne enheten integrerer og forbehandler signalene før de sendes til sekvensiell kontrollvert. Samtidig utfører anti-feiloperasjonsvert logikkbasert verifisering av operasjonskommandoen; kun etter at anti-feiloperasjonsvert bekrefter kommandoen som gyldig, kan åpningsoperasjonen utføres.

Under denne prosessen spiller UAV-en også en betydelig rolle. Ved å utnytte sin agile flyevne, utfører UAV-en sanntidsovervåking av understasjonutstyr – spesielt fokusert på disconnectorområdet. Mens “dobbelt bekreftelse”-enheten opererer, transmitterer UAV-en live videostrømmer tilbake til kontrollrommet, noe som gir operatører en ekstra visuell referanse for å ytterligere sikre operasjonsnøyaktighet.

Sammenlignet med tradisjonell manuell påstedsverifisering, reduserer denne integrerte tilnærmingen operasjonstiden fra den opprinnelige 10 minutter til bare 3 minutter, noe som fører til en betydelig effektivitetsforbedring. Det viktigste er at det effektivt eliminerer risikoen for feilbedømmelse som skyldes dårlig belysning og operatørtrøtt under nattlige manuelle kontroller.

3.Konklusjon
UAV-teknologi har ført til innovative gjennombrudd i sekvenskontrolloperasjoner ved transformatorstasjoner. Ved å konstruere 3D-realistiske modeller, øker den effektivt integreringseffekten av ny utstyr i sekvenskontrollsystemer og akselererer prosjektgjennomføring. Når UAV-er fungerer i synergi med disconnector "doble bekreftelses" enheter, forbedrer de betydelig sikkerheten og nøyaktigheten av utstyrsoperasjoner. Som UAV-teknologi fortsetter å utvikle seg og blir mer integrert i sekvenskontrollsystemer, har den potensial til å løse utfordringer som tilpasning under komplekse driftsforhold og utstyrssammenheng, og bidrar til å fremme transformatorstasjoners operasjoner mot større intelligens og pålitelighet, og gir solid teknisk støtte for stabil og effektiv drift av strømsystemer.