Primena tehnologije UAV u sekvencijalnim kontrolnim operacijama podstacija

Са развојем технологија паметне мреже, секвенцијална контрола (аутоматизовано пребацивање засновано на SCADA-у) у трансформаторским станицама постала је кључна техника за осигуравање стабилног рада електроенергетског система. Иако су постојеће технологије секвенцијалне контроле широко применљиве, изазови везани за стабилност система у сложеним условима рада и међусобну функционалност опреме остају значајни. Технологија беспилотних летелица (UAV), карактерисана својом покретљивошћу, мобилношћу и могућношћу инспекције без контакта, нуди иновативно решење за оптимизацију операција секвенцијалне контроле.

Дубоком интеграцијом функција заснованих на UAV-у, као што су ваздушни патролни прегледи и праћење стања у реалном времену, у традиционалне системе секвенцијалне контроле, могу се ефикасно преодолети ограничења ручних операција, омогућавајући прецизно и тренутно детектовање стања опреме и значајно побољшавајући поузданост и ниво интелигенције секвенцијалне контроле. Истраживање примене UAV-а у секвенцијалној контроли трансформаторских станица има велики практични значај за напредак развоја паметне мреже.

1. Преглед операција секвенцијалне контроле у трансформаторским станицама
1.1 Дефиниција
Секвенцијална контрола у трансформаторским станицама подразумева аутоматско, корак по корак извршавање низа операција електричне опреме према унапред дефинисаним процедурама и логичким правилима путем система аутоматизоване контроле. Као пример узимамо операцију пребацивања шине (прекидање): традиционално, оператери морају ручно да раде прекидаче, одводнике и друге уређаје један по један. Насупрот томе, код секвенцијалне контроле, оператери само треба да издаду једну општу команду са радне станице за надзор; систем затим аутоматски и прецизно извршава цео низ — као што је искључивање линијског прекидача, а затим отварање повезаних одводника — чиме се знатно поједностављује радни процес.

1.2 Технички принципи
Секвенцијална контрола у трансформаторским станицама ослања се на интегрисани систем аутоматизације који се састоји од кључних компоненти попут надзорног домаћина, јединица за мерење и контролу и интелигентних терминала. Надзорни домаћин служи као интерфејс између човека и машина, прихвата команде оператера и претвара их у изводљиве сигнале за контролу. Јединице за мерење и контролу стално прикупљају податке о тренутном раду — као што су струја, напон и положај опреме — обезбеђујући оператерима информације о тренутној ситуацији и кључне улазне податке за доношење одлука у складу са секвенцијалном логиком. Интелигентни терминали директно комуницирају са основном опремом ради извођења операција прекидања и комуницирају са јединицама за мерење/контролу и другим уређајима преко оптичких каблова или жица, осигуравајући брзу и прецизну трансмисију података како би се омогућило безбедно и ефикасно извршење секвенцијалне контроле.

1.3 Предности
1.3.1 Побољшана ефикасност рада
У конвенционалним операцијама трансформаторских станица, процедуре прекидања страдају од изражене неефикасности. На пример, током операције пребацивања шине на 220 kV, особље мора поновљено да се креће између поља да би проверило идентификацију опреме, потврдило стање и ручно радило прекидаче и одводнике. Због човечких ограничења, једна цела операција обично траје 2–3 сата, трошећи знатне радне капацитете и носећи у себи ризик грешака које утичу на ефикасност мреже.

Са развојем технологија паметне мреже, системи секвенцијалне контроле нуде трансформисани приступ. По добијању команде са надзорног бекенда, систем аутоматски извршава цео низ — укључујући проверу стања уређаја, проверу оперативног листа и команде за прекидање — брзином на нивоу милисекунди, засновано на унапред програмираној логици. Подаци са терена показују да употреба секвенцијалне контроле смањује време пребацивања шине на 220 kV на мање од 20 минута — побољшање веће од 80% у односу на традиционалне методе. Овај пробој побољшава флексибилност рада мреже, омогућавајући брзо преструктуирање током флуктуација оптерећења и значајно смањује трајање искључења током кварова, чиме се побољшава укупна поузданост и квалитет снабдевања енергијом.

1.3.2 Побољшана безбедност рада
Ручне операције у трансформаторским станицама су подложне бројним непредвидивим човечким факторима који представљају скривене ризике по безбедност. Бдитељност оператера је кључна; на пример, замор услед ноћних смена може довести до погрешног читања ознака или извођења корака ван редоследа. Додатно, ниво вештина се разликује међу особљем — нови запослени много су мање упознати са комплексним процедурама него искусни запослени — што повећава вероватноћу грешака. Непotpune статистике указују да стотине отказа опреме у трансформаторским станицама и инцидената у мрежи годишње произилазе из људске грешке.

Секвенцијална контрола успоставља чврсту баријеру безбедности. Пре извршења, уграђена логичка верификација строго проверава сваки корак у складу са унапред дефинисаним правилима безбедности и електричним блокадама. Само када су испуњени сви услови систем наставља са радом. На пример, током укључивања линије, систем аутоматски проверава стање прекидача и одводника; ако се открије било каква аномалија, операција се одмах зауставља и активира аларм. Ово спречава сериозне грешке као што је отварање одводника под оптерећењем или затварање заземљивачког прекидача док је систем укључен, темељно смањујући ризик од оштећења опреме и несрећа у мрежи, и осигуравајући безбеднији и стабилнији рад трансформаторских станица.

1.4 Тренутни статус примене
Како Кина наставља да развија своју иницијативу паметне мреже, секвенцијална контрола постала је темељ савремених операција у трансформаторским станицама. У новоизграђеним трансформаторским станицама, принципи интелигентног дизајна су сада стандардни, са секвенцијалном контролом интегрисаном као основни функционални модул. На пример, у источном делу Кине, удео примене секвенцијалне контроле у новим трансформаторским станицама у последњих пет година достигао је 95%. У градовима са развијеном привредом као што су Шенџен и Шангај, прекривеност прелази 80% за трансформаторске станице на 220 kV и вишим напонима, значајно побољшавајући регионалну ефикасност и безбедност мреже.

У међувремену, модернизација старијих трансформаторских станица са интелигентним капацитетима такође напредује стално. У северном делу Кине, трансформаторска станица од 110 kV стара 20 година успешно је надограђена функционалношћу секвенцијалне контроле заменом интелигентних I/O јединица и модернизацијом надзорног система, чиме је значајно побољшана ефикасност и поузданост рада.

Međutim, kako se sekvenčno upravljanje širi, tehnološki prepreke u složenim scenarijima postaju sve očitije. U ekstremnim vremenskim uslovima, prijavama grešaka na više linija ili iznenadnim oscilacijama opterećenja, sistem mora obraditi ogromne količine podataka u stvarnom vremenu i izvršiti složenu logiku, što može dovesti do kašnjenja u odgovoru, zastoj u logici ili čak pogrešnih akcija. Takođe, problemi s interoperabilnošću između opreme različitih proizvođača - zbog nesaglasnosti u komunikacionim protokolima, formatima podataka i standardima sučelja - često dovode do anormalne transmisije podataka ili kašnjenja u odgovorima na naredbe, oslabljavajući gladkoću i preciznost sekvenčnih operacija.

Kako bi se suočili sa ovim izazovima, industrija električne energije prati dvostruke rešenje: inovaciju u tehnologiji i standardizaciju. Tehnički, algoritmi se optimizuju kako bi se poboljšala obrada podataka i donošenje odluka u složenim uslovima. Sa strane standarda, fokus je na unifikaciji komunikacionih sučelja i protokola kako bi se poboljšala interoperabilnost među proizvođačima.

U ovom kontekstu, tehnologija dronova - koja nudi fleksibilnu manevrizabilnost, raznolite uglove gledanja i beskontaktno senziranje - predstavlja inovativnu putanju za poboljšanje sekvenčnog upravljanja. Tijekom sekvenčnih operacija, dronovi mogu vršiti stvarno-vremensko dinamičko praćenje stanja opreme koristeći multispektralno slikanje, infracrvenu termografiju i druge napredne tehnike, omogućujući precizno prikupljanje parametara i brzo otkrivanje anomalija. Ova stvarno-vremenska povratna informacija efektivno podržava pametnije donošenje odluka u sistemima sekvenčnog upravljanja, podizajući inteligenciju i pouzdanost operacija mreže električne energije.

2. Primena tehnologije dronova u sekvenčnom upravljanju transformatornim stanicama
2.1 Izgradnja 3D realističnog modela transformatorne stane pomoću tehnologije dronova
Integracija tehnologije dronova za izgradnju visoko-fidelne 3D digitalne dvojnice transformatorne stane predstavlja izuzetno inovativan i praktičan napredak u sekvenčnom upravljanju. Opreni visokopreciznim geodetskim kamerama, dronovi mogu provesti kompleksne zračne snimke sa više nadmorskih visina i uglova, hvatajući kako ukupnu raspodjelu tako i fini detalji ključne opreme. To generiše bogat skup podataka visoke rezolucije koji su neophodni za tačno 3D modeliranje. Da bi se osigurala konzistentnost podataka i geometrijska tačnost, letne misije moraju strogo pridržavati navedenih operativnih parametara dronova, kao što je detaljno navedeno u tabeli 1.

Među ovim parametrima, visina leta je postavljena na 120 m—visina koja osigurava da UAV snima slike koje pokrivaju celu podstajicu, dok se održava dovoljna jasnoća detalja. Brzina leta kontrolisana je između 2–5 m/s kako bi se UAV održao stabilan tokom leta i sprečio zamazani slikovni efekat zbog prevelike brzine. Interval izlaganja postavljen je na 2–3 sekunde, omogućavajući konzistentnu svjetlinu slika i pouzdanu kvalitetu pod različitim uvjetima osvetljenja.

Napredno preklapanje od 85% i strano preklapanje od 75% garantuju dovoljne preklapajuće područja između susjednih slika, pružajući nužnu redundantnost za kasnije spajanje slika i 3D modeliranje. Fokalna dužina objektiva kamere varira od 35 do 50 mm, kombinirana sa visokoresolucijskim senzorom od 6,048 × 4,032 piksela, efikasno snima fino detalje različitih opreme podstajice. Također, udaljenost uzorkovanja tla (GSD) od 1,5 cm/piksela osigurava da svaki piksel točno odgovara stvarnom dimenziju na tlu, značajno poboljšavajući prostornu preciznost.

Strogo se pridržavajući ovih parametara leta, UAV prikuplja visokokvalitetne slike koje—nakon obrade profesionalnim softverom fotogrametrije uključujući spajanje, fuziju i 3D rekonstrukciju—daju visoko realistični i detaljan 3D digitalni blizanac podstajice. Ovaj model pruža intuitivne i točne prostorne referentne informacije za nizove kontrolnih operacija, omogućujući operatorima da jasno shvate raspored opreme i stanje, čime se stavlja čvrsta osnova za točno izvršenje automatizovanih nizova prekidnica.

2.2 Implementacija “dvostruke potvrde” položaja prekidnice u podstajici
Uređaj “dvostruke potvrde” za prekidnice služi kao ključni element za verifikaciju položaja prekidnice. Koristi senzore montirane direktno na primarni mehanički radni mehanizam kako bi se pratilo stvarno stanje prekidnice. Sistem ima dva mikropreključnika: drugi mikropreključnik je direktno povezan sa senzorom i odgovoran je za hvatanje stvarnog fizičkog položaja lopatice prekidnice. Zabrana signal se prenosi putem senzora na prijemnik signala, koji zatim šalje podatke mernom i kontrolnom sistemu podstajice. Ovaj zatvoreni ciklus prenosa omogućuje u stvarnom vremenu detekciju visokog vjerojatnosti položaja prekidnice, pružajući pouzdanu validaciju položaja za nizove kontrolnih operacija.

Kao centralni hub, merni i kontrolni modul podstajice prima signale od prvog mikropreključnika (mekhanički povratni signal) i obrađeni signal od drugog mikropreključnika (senzorski povratni signal). Nakon integracije i validacije ovih dvostrukih ulaza, modul šalje konsolidirane podatke o statusu glavnom nizu kontrole. Istovremeno, anti-greška glavnog niza provjerava sve naredbe izvršene od strane glavnog niza kontrole. Tek nakon prolaženja ove anti-greškom verifikacijom može se nastaviti nizova operacija.

Ovaj mehanizam “dvostruke potvrde” tehnološki eliminira rizike vezane za grešku jednotočkastog signala ili pogrešno sudjelovanje, drastično poboljšavajući pouzdanost detekcije položaja prekidnice. U stvarnim scenarijima—bilo da su to redovne operacije prekidnice ili hitne situacije—dvostruka potvrda prekidnice osigurava da operatori uvijek dobijaju tačne informacije o položaju, efektivno sprečavajući greške u operaciji i jačajući sigurnost i stabilnost nizova kontrolnih sistema.

2.3 Praktična primjena
U projektnom proširenju 110 kV podstajice, integracija nove opreme u postojeći niz kontrolnog sistema predstavljala je značajne izazove—izazove koje su efikasno rešili koristeći UAV tehnologiju. Operatori su iskoristili UAV-e po strogo definisanim parametrima leta: visina leta od 120 m osigurala je kompletnu pokrivenost podstajice, održavajući detalje opreme; brzina leta od 2–5 m/s održavala je stabilnost platforme za oštre slike; a interval izlaganja od 2–3 sekunde prilagođen je promjenama svjetlosti kako bi se osigurala visokokvalitetna fotografija. Sa 85% naprednim preklapanjem i 75% stranim preklapanjem, skup podataka pružio je dovoljnu redundantnost za robustnu fotogrametrijsku obradu.

Korišćenjem naprednih tehnika fotogrametrije i 3D modeliranja, visokoresolucijske slike UAV-a pretvorene su u točan 3D digitalni blizanac podstajice. Ovaj ugrađeni prostorni model omogućio je timu operacija da točno analizira prostorne odnose između nasljeđene i novoinstalirane opreme. Tokom simulacije nizova kontrolnih procedura, operatori su koristili model za preplaniranje optimalnih operativnih puteva i točno identifikaciju ciljnih uređaja koristeći točne geoprstorne koordinate—dramatično smanjujući vrijeme komisionisanja za integrisanje nove opreme.

Na praktičan način, ovaj pristup omogućio je projektantima da završe integraciju i komisionisanje niza kontrolnog sistema tri dana ranije od planiranog. To ne samo što je skratilo ukupno vreme projekta, već je ubrzalo prelazak podstajice ka inteligentnom funkcionisanju, stvarajući čvrstu osnovu za njenu sigurnu i pouzdanu dugoročnu performansu.

U svakodnevnom nizu kontrolnih operacija i održavanja ove 110 kV podstajice, mehanizam “dvostruke potvrde” prekidnice služi kao ključni mehanizam za sigurnost i učinkovitost operacija, dok UAV tehnologija pruža snažnu pomoć. Kao primer, uzimajući noćnu hitnu niz kontrolnu operaciju: nakon što operatori izdaju naredbu otvaranja prekidnice sa glavnog niza kontrole, uređaj “dvostruke potvrde” odmah aktivira svoj točan mehanizam prenosa i verifikacije signala. Dva mikropreključnika unutar uređaja u stvarnom vremenu šalju signale o položaju lopatice prekidnice mernom i kontrolnom modulu podstajice. Ovaj modul integriše i predprocesira signale pre nego što ih šalje glavnom nizu kontrole. Istovremeno, anti-greška glavnog niza vrši logičku verifikaciju operacijske naredbe; tek nakon što anti-greška glavnog niza potvrdi važeću naredbu, može se izvršiti operacija otvaranja.

Tokom ovog procesa, UAV takođe igra značajnu ulogu. Ispoljavajući svoje agilne leteće sposobnosti, UAV vrši u stvarnom vremenu, sveobuhvatno praćenje opreme podstajice—posebno fokusirajući se na područje prekidnice. Dok uređaj “dvostruke potvrde” radi, UAV prenosi žive video snimke sa terena natrag u kontrolnu sobu, pružajući operatorima dodatnu vizualnu referencu kako bi se dalje osigurala točnost operacije.

Uspoređen s tradicionalnim ručnim na-mjestu provjerama, ovaj integrirani pristup smanjuje vrijeme operacije sa originalnih 10 minuta na samo 3 minute, značajno poboljšavajući efikasnost. Još važnije, učinkovito eliminira rizik od pogrešnog sudstva uzrokovana lošom rasvjetom i umoranju operatera tijekom noćnih ručnih provjera.

3.Zaključak
Tehnologija dronova donijela je inovativne prekretnice u operacijama sekvencijalnog kontrole podstacija. Stvaranjem 3D realističnih modela, značajno unapređuje efikasnost integracije novog opreme u sisteme sekvencijalnog kontrole i ubrzava implementaciju projekta. Radom u sinergiji s uređajima za "dvostruku potvrdu" isključivača, dronovi značajno poboljšavaju sigurnost i preciznost operacija opreme. Kako tehnologija dronova nastavlja evoluirati i sve više se integriše s sistemima sekvencijalnog kontrole, predviđa se da će dalje rešavati izazove poput prilagodljivosti pod složenim uslovima rada i interoperabilnosti opreme, neprekidno napredujući operacije podstacija prema većoj inteligenciji i pouzdanosti, pružajući čvrstu tehničku podršku stabilnom i učinkovitom radu sistema snabdijevanja električnom energijom.