Как снизить время простоя линий электропередач с помощью дронов DJI?

Энергетика - одна из ключевых отраслей в любой стране. Однако ее эффективное функционирование зависит не только от количества и мощности атомных, тепловых или, например, солнечных электростанций, но и от степени развитости и состояния инфраструктуры: сетей ЛЭП, подстанций и других критически важных объектов.

В России одной из актуальных задач становится развитие энергетической инфраструктуры в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке, где достаточно сложный рельеф местности, суровые климатические условия и есть необходимость не только в строительстве новых объектов, но и восстановления и реконструкции старых. Компании-операторы сталкиваются с тем, что поддержание даже новой инфраструктуры энергетической отрасли сопряжено с большими затратами трудовых ресурсов, времени и денег. Однако частично данную проблему можно решить с помощью относительно недорогих и эффективных беспилотных технологий. Такие примеры уже есть как у нас, так и за рубежом. Давайте посмотрим на то, как решают проблемы поддержания энергетической инфраструктуры в Швейцарии с ее сложным рельефом и часто меняющейся погодой в горах.

С какими проблемами сталкиваются операторы энергосетей в Швейцарии?

Кому-то пример Швейцарии покажется не очень уместным, ведь далеко не все знают местные проблемы и специфику. А они есть в каждой стране, но многое зависит от того, какими методами эти проблемы решаются.

Так же, как и в других государствах, несмотря на особенности достаточно сложного рельефа, швейцарцы получают электроэнергию благодаря наличию в стране густой и протяженной сети линий электропередач. Современные данные говорят о том, что протяженность всех линий в Швейцарии составляет не менее 250 000 км, что является огромной цифрой (для сравнения - это почти шесть оборотов вокруг Земли вдоль экватора).

В стране работает общенациональный оператор электросетей Swissgrid, а также местные компании, отвечающие за бесперебойную работу локальных сетей. Национальный оператор несет ответственность не только за собственно швейцарскую систему ЛЭП, но и обеспечивает интеграцию национальных сетей с крупными европейскими сетями, чтобы все вместе они функционировали, как единая трансконтинентальная энергосеть.

Даже эти факты говорят о достаточно сложных задачах, которые приходится решать инженерам и рабочим Swissgrid. Однако к этому следует добавить и еще один впечатляющий факт. Компания владеет сетью линий электропередач, из которых 6700 км пролегают в районах горных хребтов и долин Альп. А это не только перепады высот и температур, но и изменчивая погода, которая нередко в горах ставит людей в достаточно жесткие условия. Тяжело приходится и местным компаниям-операторам сетей, ведь им тоже нужно обеспечивать круглогодичную работу всех объектов сети, причем в любую погоду.

Проверки опор ЛЭП не могут ждать, когда наступит хорошая погода, тем более, что она в горах меняет слишком часто

Наконец, хотя Швейцария достаточно богатая и развитая страна, однако ее энергетическая инфраструктура обновлена в среднем только на треть. Точнее сказать, только 30% опор ЛЭП сверхвысокого напряжения были изготовлены и установлены после 1980 года, а вот остальные две трети создавались в течение двух-трех десятилетий после войны, а точнее между 50-ми и 70-ми годами.

Специалисты могут по достоинству оценить описанную выше информацию. Устаревшие объекты энергетической инфраструктуры вынуждают операторов учащать проведение инспекций объектов. Например, если по нормативам проверки сравнительно новых объектов ЛЭП должны проводиться в среднем каждые 5 лет, то старые объекты владельцы сетей вынуждены проверять каждые два года. Все это требует огромных затрат времени, денег и человеческих ресурсов. Это не всегда эффективно и часто довольно опасно для людей. Но компании Alpiq EnerTrans, которая помимо Италии работает также в Швейцарии, удалось помочь местным операторам повысить уровень эффективности инспекций на 50%. Как же им это удалось?

Причины роста спроса на новые методы инспекций энергетической инфраструктуры

Ответ на звучащий в заголовке скрытый вопрос многим из читателей наверняка уже понятен. И тем не менее, следует немного подробнее остановиться на этом.

Инспекции объектов энергетической инфраструктуры напоминают регулярные работы по техническому обслуживанию оборудования. Таковы они в принципе и есть. То есть, работы носят рутинный, стандартный характер. Но в отношении проверок ЛЭП они также очень затратны и опасны. Традиционные методы проверок вынуждают специалистов на время отключать проверяемые опоры, что в условиях швейцарской и общеевропейской энергетической системы обходится порой в десятки тысяч евро в час. В итоге, с годами сумма потерь возрастает до значений с шестью нулями. Уже этот факт побуждает владельцев компаний думать о повышении эффективности.

Есть и другие обстоятельства, которые побуждают операторов сетей думать о внедрении новых технологий. Сам процесс проверки ЛЭП, носящий стандартный характер, состоит из нескольких этапов. На первом из них один из специалистов команды инспекторов использует бинокль для дистанционного первичного осмотра опоры и оценки ее состояния. Если первичный осмотр показал наличие дефекта или подозрение на него, то специалисты должны ближе рассмотреть сегменты опоры, чтобы получить более детальную информацию о ее состоянии.

Неважно, на какой высоте и в каком районе ЛЭП, в проверке нуждаются все

Понятно, что в действительности подобная процедура не столько проста и безопасна, как кажется. Сам по себе подобный традиционный метод осмотра носит очень трудоемкий характер и несет в себе риск ошибки со стороны проверяющих специалистов. В последнем случае ошибка может привести к проблемам не только на данном участке сети, но и в большем масштабе. У швейцарских специалистов есть еще одна проблема: ведь они должны синхронизировать свою работу с работой сотрудников трансконтинентальных сетей. А это приводит к затягиванию процедуры возможного ремонта, ведь приходится запланировать не только саму проверку участка сети, но и ремонтные работы, ведь линию нужно будет отключать, а на время ее простоя организовать запасной вариант с подачей энергии потребителям. К этому также добавляется изменчивая погода в горах, которая накладывает свои ограничения на проверки и ремонтные работы. Да и в целом, трудно предусмотреть возможные другие обстоятельства, которые ограничат сроки проведения работ.

Alpiq Enertrans – специалисты по воздушной проверке сетей ЛЭП

Alpiq EnerTrans, которая сама строит и управляет линиями электропередач и распределительным оборудованием, специализируясь на линиях высокого и среднего напряжения, сотрудничает с Swissgrid в вопросах поддержки национальной швейцарской системы ЛЭП. Чтобы повысить эффективность своей работы в 2014 году Alpiq создала группу по обслуживанию сетей с помощью беспилотников. Эта структура призвана дополнить уже существующие методы инспекций национальных и региональных владельцев сетей новым комплексом методов посредством воздушных инспекций. Работая с местным поставщиком электроэнергии, Марк Чахтли - руководитель подразделения БПЛА в Alpiq EnerTrans, - а также его команда помогли проверить 65 опор линии мощностью 50 кВт. В отчете Марк попытался обобщить свой многолетний опыт применения беспилотных летательных аппаратов для проверки сетей, сообщив среди прочего, что «в сфере проверки линий электропередач БПЛА открывает ранее неизвестные перспективы по проверке объектов и предоставляет отличную возможность значительно упростить рабочий процесс. Глаз эксперта с помощью БПЛА легко обнаружит при облете каждой опоры повреждение с любого угла и с разных сторон».

DJI Matrice 210 RTK - один из дронов компании Alpiq EnerTrans

Преимущества очевидны, однако команда Марка раньше был озабочена ограниченностью по времени полета и его стабильностью. При использовании предыдущих дронов сотрудникам Alpiq, то есть команде Марка, приходилось сажать дрон и менять батареи каждые 10 минут. Однако после покупки системы DJI Matrice 210 RTK с ее полетным временем в 24 минуты, удвоенной полезной нагрузкой и батареями TB55 проблемы специалистов были решены. Помимо длительности полета DJI M210 RTK полностью отвечал требованиям безопасности, предъявлявшимся со стороны Alpiq, отличаясь, в частности, стабильностью полета за счет дублирования модулей GPS и использования этой системы навигации вместо компаса, который легко искажает данные вблизи мощных линий электропередач. Марк резюмирует это лучше всего, говоря: «DJI M 210 RTK гарантирует чрезвычайно стабильное пилотирование даже в непосредственной близости от опоры ЛЭП, где высокий уровень магнитных помех».

Когда Марк и его команда уже почувствовали себя комфортно в плане летных характеристик беспилотных летательных аппаратов, они обратили внимание на своевременное поступление наиболее актуальных данных. Для этого Марк стал использовать съемочный комплекс DJI Zenmuse X5S с 45-миллиметровым объективом и Zenmuse Z30 для тех случаев, когда требуется масштабирование и более детальный осмотр объекта. Марк поясняет: «Качество изображения DJI X5S позволяет нам проанализировать повреждения уже в ходе полета и правильно задокументировать их. Мы в первую очередь находим результаты удара молнии, сломанные изоляторы, разрушающийся бетон или ржавые металлические конструкции».

Помимо получения стандартных визуальных данных Марк стал получать данные с тепловизионной камеры Zenmuse XT, которую он также установил на M210 RTK. Это решение помогает проанализировать термоданные электрических компонентов и находить аномалии или «горячие точки» до того, как они могли бы превратиться в крупную проблему.

Повышение эффективности

Инспекционная группа Alpiq EnerTrans работает в тесном контакте с операторами. Такое сотрудничество помогает получать данные нужного качества. Антон Зграгген - руководитель отдела сетевого строительства в Altdorf Utility Company - и его команда занимаются локальной энергетической сетью и видят преимущества беспилотных технологий Alpiq. Специалисты знают, что как правило, существует ограниченное по времени “окно” для проверок определенного участка сети. Но Alpiq EnerTrans, получив 5 дней на проверку 65 опор ЛЭП, завершили всю работу за 3 дня. Антон Зграгген говорит: “Если бы мы проверяли те же 65 опор обычным способом с линейным контроллером, это заняло бы 6-7 дней, так что альтернативный метод позволил нам сэкономить до 40-50% времени, не говоря уже о повышении безопасности работы».

Кроме очевидных преимуществ в виде эффективности и безопасности беспилотных технологий команда Антона также может получить подробную оцифрованную документацию об ошибках или дефектах, используя данные Alpiq и опираясь на имеющиеся технические знания. Отчетность позволяет команде Altdorf Utility Company определить степень ущерба для каждой опоры или степень ее разрушения. Исследуя каждую фотографию, сделанную с воздуха, а также зная номер объекта, оператор сети может быстро перейти от установки и анализа повреждений к подробному плану ремонта. Процесс ремонта по-прежнему требует, чтобы часть сети была отключена, но использование дронов для получения данных существенно сокращает время простоя опор ЛЭП и данного участка сети.