Grid Schweiz
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Grid Schweiz
Detaillierte Spezifikationen, operative Algorithmen und mathematisch-physikalische Grundlagen zu den drei Kerntechnologien von Axpo: Autonome Drohneninspektion mit der LINIA Suite, herstellerneutrales OpenBIM & Living Digital Twin im Unterwerkbau sowie Hydro Robotics (hydrone®) und Schwebstoff-Monitoring (etahydro).
LINIApower berechnet auf Basis existierender GIS-Trassendaten und LiDAR-Vorvermessungen dreidimensionale Flugpfade. Die Software modelliert dabei physikalische Seilkurven (Kettenlinien / Catenary Curves) unter Berücksichtigung von Leiterseil-Temperatur, Windversatz und Sicherheitsabständen zu stromführenden Phasen (mindestens 2.5 Meter Abstand bei 380-kV-Höchstspannung gemäss ESTI-Vorschriften).
Die On-Board-Feldsoftware LINIAair steuert Flug und Gimbal-Ausrichtung der Drohne autonom. Durch den Einsatz von Real-Time Kinematic GPS (RTK-GPS) erzielt das System eine absolute Positionierungsgenauigkeit im Zentimeterbereich. Während des Flugs erfasst ein hochauflösender 48-Megapixel-RGB-Sensor sowie eine radiometrische Wärmebildkamera jeden Mastkopf, jede Abspannkette und jede Phasenleiterklemme aus standardisierten Winkeln.
Die in der Cloud betriebene Computer-Vision-Pipeline nutzt vortrainierte tiefe neuronale Netze (Convolutional Neural Networks / ViT-Modelle), die auf über 500'000 realen Inspektionsbildern europäischer Übertragungsnetze trainiert wurden. Das Modell detektiert 24 Schadenstypen, darunter Mikrorisse an Porzellan- und Verbundisolatoren, Korrosion an Traversenverschraubungen, Blitzschläge an Erdseilen sowie unzulässigen Bewuchs im Trassenprofil. Erkannte Anomalien werden mit Konfidenzwerten versehen und lösen via REST-API direkt Instandhaltungsaufträge in SAP PM aus.
| Systemparameter | Spezifikation / Kennwert | Operativer Nutzen |
|---|---|---|
| Positionierung | RTK-GNSS mit Dual-Antenne (± 1.5 cm horizontal, ± 2.0 cm vertikal) | Exakt reproduzierbare Flugrouten über Jahre hinweg |
| Optische Sensorik | 48 MP Vollformat-Sensor, Brennweite 35 mm / 70 mm zuschaltbar | Erkennung von Haarrissen ab 0.3 mm Breite auf 15 m Distanz |
| Thermografie | Radiometrischer Wärmebildsensor (640 × 512 px, NETD < 50 mK) | Sofortige Identifikation von Hot-Spots an Pressverbindern |
| Schadensklassifikation | 24 Anomalie-Klassen gemäss CIGRE TB 838 Standard | Standardisierte Schadensbewertung (Schweregrad 1 bis 5) |
| Integrierbarkeit | REST-API, GeoJSON, Export nach SAP PM / IBM Maximo | Nahtlose Integration in bestehende ERP-Instandhaltungsprozesse |
Bei der Erneuerung und dem Neubau von Unterwerken modellieren die Axpo Fachingenieure sämtliche Gewerke – Hochspannungsschaltgeräte, Transformatoren, Sammelschienen, Erdungsnetze, Stahlbauten und bauliche Schutzfundamente – in einem herstellerneutralen IFC4-Modell. Im Schweizer Landeskoordinatensystem LV95 georeferenziert, ermöglicht das Koordinationsmodell automatisierte Kollisionsprüfungen zwischen elektrischen Mindestabständen und statischen Bauteilen.
Für bestehende Schaltanlagen setzt Axpo auf hochpräzise terrestrische und drohnengestützte LiDAR-Vermessungen. Die resultierenden Punktwolken werden mittels automatisierter RANSAC- und Segmentierungsalgorithmen in parametrische 3D-Objekte überführt. Dadurch entstehen exakte As-Built-Modelle historisch gewachsener Umspannwerke ohne manuelle Nachzeichnung.
Der digitale Zwilling beschränkt sich nicht auf Geometrie: Über OPC UA und IEC 61850 Kommunikationsgateways wird das 3D-Modell in Echtzeit mit Live-Telemetriedaten aus SCADA-Systemen synchronisiert. Betriebsparameter wie Transformatoren-Öltemperatur, SF6-Gasdruck in gekapselten Schaltfeldern, Lastströme und Schaltspiele werden direkt auf die 3D-Komponenten gemappt. Bei Grenzwertüberschreitungen generiert der Zwilling vorausschauende Wartungsempfehlungen (Predictive Maintenance).
| Architektur-Schicht | Standard / Technologie | Spezifikation |
|---|---|---|
| Datenstandard | buildingSMART IFC4 / IFC4.3 Infrastructure | Herstellerneutrale Interoperabilität aller Gewerke |
| Georeferenzierung | Schweizer Landeskoordinaten LV95 / LN02 | Millimetergenaue Passung mit amtlichen Geodaten |
| Punktwolkendichte | Terrestrischer Laserscan (TLS) & Mobile Mapping | Dichte > 150 Punkte/m²; Messunsicherheit < 2 mm |
| Leittechnik-Kopplung | IEC 61850 Substation Automation / OPC UA Server | Echtzeit-Telemetrie im 1-Sekunden-Zyklus |
| Modellierungsgrad | LOD 300 (Entwurf), LOD 400 (Bau), LOD 500 (As-Built & Betrieb) | Durchgängiger Lebenszyklus von Build bis Maintain |
Traditionelle Inspektionen von Staumauern, Wasserschlössern und Druckstollen erfordern aufwändige Stausee-Absenkungen oder lebensgefährliche Einsätze menschlicher Taucher in engen Kavernen. hydrone® ist ein ferngesteuertes bzw. teilautonomes Unterwasser-Inspektionssystem (ROV/Crawler), das bei gefüllter Anlage operiert. Ausgestattet mit akustischen Sonaren, hochauflösenden Kameras mit Streulichtkompensation und Ultraschall-Dickenmessköpfen, liefert hydrone® zentimetergenaue Schadensbilder von Betonabplatzungen, Rissen und Korrosion an Panzerungsrohren.
Gletscherschliff und abrasive Quarzsand-Partikel im Triebwasser führen bei Hochdruck-Peltonturbinen und Francis-Laufrädern zu drastischem Materialabtrag an Düsen, Nadeln und Bechern. etahydro überwacht die Schwebstoffkonzentration im Triebwasser kontinuierlich mittels akustischer Mehrfrequenz-Dämpfungsmessung. Parallel berechnet das System thermodynamische Wirkungsgrade gemäss IEC 60041.
Durch die Korrelation von Schwebstofffracht und Wirkungsgradabfall ermittelt etahydro den exakten optimalen Revisionszeitpunkt vor Eintreten irreparabler Schäden. Kraftwerksbetreiber vermeiden so verfrühte Stillstände ebenso wie gravierende Wirkungsgradverluste von bis zu 5 % während der Sommer-Hochwasserphase.
| Komponente | Messprinzip / Technik | Leistungsdaten |
|---|---|---|
| hydrone® Druckkörper | Druckfeste Kohlefaser- und Titan-Hülle, 6 bürstenlose Antriebe | Einsatztiefe bis 150 m Wassersäule; Strömungsresistent bis 1.5 m/s |
| hydrone® Sensorik | Multibeam-Imaging-Sonar, 4K-Low-Light-Kamera, Laser-Profiler | Sichtweite im Trübwasser mittels Akustik bis 30 m; Risserkennung ab 0.5 mm |
| hydrone® Wandstärken | Elektromagnetischer Ultraschallwandler (EMAT) | Messung von Restwandstärken an Stahlpanzerungen ohne Beschichtungsabtrag |
| etahydro Akustik | Mehrfrequenz-Ultraschalldämpfung (1 MHz – 10 MHz) | Schwebstoffkonzentration: 0.05 g/l bis 50 g/l Quarzäquivalent |
| etahydro Wirkungsgrad | Thermodynamisches Verfahren gemäss IEC 60041 Norm | Genauigkeit der relativen Wirkungsgradbestimmung: ± 0.15 % |