Технология за наблюдение на отворено/затворено състояние на високонапрегови разединители

В контекста на високоскоростната операция на електроенергийните системи, механизъмът за отваряне и затваряне на високонапреговите изключватели в подстанциите среща предизвикателства като сложни оперативни процедури, голяма работна натовареност и ниска оперативна ефективност. С напредъка на технологиите за разпознаване на образи и иновации в сензорите, модерните интелигентни подстанции сега изискват по-високи технически стандарти за наблюдение на позициите за отваряне/затваряне на високонапреговите изключватели по време на развитие на инфраструктурата.

Интеграцията на технологии за усещания на енергийната Интернет на нещата (IoT) и радио комуникации в електроустановките значително е повишила автоматизациите и нива на интелигентност на системите за високонапрегови изключватели—в съответствие с бъдещите изисквания за развитие на интелигентната мрежа и подстанции. Поради това е необходимо да се изследват ключовите аспекти на приложението на технологии за наблюдение на позициите за операции с високонапрегови изключватели, основани на техния вътрешен конструктив и технически характеристики.

1. Вътрешна структура на високонапреговите изключватели

1.1 Проводящи компоненти

По време на операции за отваряне/затваряне, статичният контакт на високонапреговия изключвател е основно изграден от медни плочи. Две такива медни плочи са свързани, за да формират контактна лопатка, която се завърта около централна ос, за да позволи наблюдение на състоянието. Когато е затворен, тази сборка здраво зажима статичния контакт. Компресионна пружина е инсталирана между двете медни плочи, за да регулира контактното налягане между движещия и статичния контакти.

По време на операция, когато токовете протичат в една и съща посока през двете плочи, между тях се генерира електромагнитно привличане, което увеличава контактното налягане и подобрява оперативната стабилност. Освен това оцинковани стоманени плочи, монтирани от двете страни на контактната лопатка, произвеждат забележимо намагничаване при условия на краткосрочен ток, генерирайки взаимни привлекателни сили, които допълнително засилват контактното налягане и фундаментално подобряват механичната стабилност на механизма за отваряне/затваряне на изключвателя.

1.2 Изолиращи компоненти

В системата за наблюдение на позицията, движещият и статичния контакти са монтирани на отделни магнитни опори—движещият контакт е закрепен на порцеланова изолаторна тръба. За да се осигури механична стабилност и електрическа изолация между движещия контакт и металните конструкции, се използва порцеланова изолаторна тяга.

1.3 Базова структура

Базата, обикновено изградена от стоманена рама, служи като платформа за монтиране на порцеланови изолатори (или тръби) и главния приводен вал. Тя трябва да е правилно заземена. Тъй като високонапреговите изключватели нямат способност за изгасване на дъга, те имат ясно видима точка на прекъсване, когато са отворени, което прави техното състояние за отваряне/затваряне визуално интуитивно.

2. Характеристики на технологии за наблюдение на позициите за отваряне/затваряне

2.1 Технология за разпознаване на образи

Разпознаването на образи предлага вродени предимства във визуалната интуитивност и лесната реализация. Обаче, поради големия обем и вариабилността на околните образни данни в операциите на подстанциите, са необходими напредълчни интелигентни алгоритми за разпознаване—особено тези, включващи обработка на дълбока информация. Системите на подстанциите трябва да идентифицират графични данни от различни устройства и да извлекат отличителни характеристики, за да служат като основа за определяне на позиционното състояние на изключвателя.

2.2 Модерни технологии за усещания

Модерните методи за наблюдение използват сензори за положение, оптически сензори и други напредълчни устройства за усещания, за да следят динамичните промени в позицията на изключвателя по време на операция. Когато са комбинирани с традиционни методи за детекция чрез контакт, те формират критерий за „двойно потвърждение“ за определяне на позицията—ключово условие за функционалността на „едно-кликово последователно управление“ в интелигентните подстанции.

3. Ключови аспекти на приложението на технологии за наблюдение на позициите на изключвателите

С развитието на подстанциите към по-голяма интелигентност, новопоколените технологии за наблюдение на позициите на високонапреговите изключватели са станали ключови за инфраструктурата на интелигентната мрежа—особено за удовлетворяване на изискванията за едно-кликово последователно управление. Инженерите трябва да избират подходящи методи за наблюдение, базирани на специфичните конфигурации на системата, за да гарантират надеждна работа.

3.1 Технология за разпознаване на образи

Разпознаването на образи интегрира компютърно зрение и обработка на неясна информация, за да извлече отличителни характеристики от визуалните данни, удовлетворявайки различни потребности в различни сценарии. На практика, позицията на изключвателя се определя чрез заснемане на неговото състояние за отваряне/затваряне и прилагане на интелигентни параметри за изчисления и обработка на изображения, за да се провери съответствието с оперативните стандарти.

Обаче, този метод има относително ниска точност на разпознаване и висока чувствителност към околната среда (например, осветление, прах, времето), водейки до увеличаване на цената на реализация. За справяне с това, реалните данни за позицията трябва да бъдат предавани до централизирани платформи за наблюдение. Текущите приложения често включват интелигентни роботи за инспекция на подстанции, които използват напредълчни компютърни модели, за да постигнат точна идентификация на позицията.

Освен това, за да се удовлетворят изискванията на електроенергийната мрежа на Китай за дистанционно управляемо потвърждаване на изключвателите, системите за наблюдение на изображения трябва да бъдат тясно интегрирани с сигнали за позицията на ключовете. Това позволява точна определеност на състоянието чрез четириетапен процес: заснемане на изображение, извличане на характеристики, обработка на градации на сиво и разпознаване на състоянието—което завършва с качване на данните в контролния център.

По време на работа методите за енсемблово изчисление могат да оптимизират локалните оперативни данни, въпреки че бавното сходимост на системата остава предизвикателство. Следователно трябва да се приеме разпознаване на състояние на ключовете, основано на механично зрение, заедно с двойна прагова логика и филтриране в пространствената област, за да се подавят шумовете и се подобри извличането на характеристики - по този начин се подобрява ефективността на разпознаването. Въпреки това, системите за видео наблюдение изискват обширно, многогранно покритие; в противен случай, външната електромагнитна интерференция може значително да компрометира надеждността на наблюдението.

3.2 Оптична технология за датчици

Оптичното засичане включва монтирането на лазерни датчици на движещата се контактна сборка. Лазерен излъчвател насочва лъч към рефлектор; когато разединителят е в конкретна позиция, отразеният сигнал е приет от датчика. Ако получената оптична сигнализация надхвърли предварително дефиниран праг, електрическият изходен сигнал се намалява съответно - което позволява инференция на позицията въз основа на вариацията на сигнала.

За осигуряване на качеството на функционирането, инфрачервени лазерни детектори могат също да наблюдават температурните различия между контактите, подкрепящи развитието на интелигентни системи за наблюдение. Инженерите разполагат интегрирани установки, състоящи се от лазерни излъчватели, рефлектори и приемници, за безжична регистрация на позицията на движещата се контактна глава чрез прекъсване на светлинния лъч.

Реалното състояние на разединителя трябва да бъде предадено до задната част на контролните системи чрез комуникационни модули. Въпреки това, тази технология изисква изключително точна ъглова регулация на лазерните излъчватели, рефлектори и сензори - което представлява значително предизвикателство при полево монтиране. Освен това, ефективното разстояние за предаване е вътрешно ограничено. Следователно, инженерите трябва да префинират съществуващите архитектури на лазерно засичане, за да разработят специализирани системи, предназначените за хоризонтално ротиращи разединители.

Чрез анализиране на вариациите в получената лазерна сигнализация техниците могат надеждно да отличат между отворено и затворено състояние. Състоянията на позицията на разединителя са сумаризирани в Таблица 1.

Както е показано в таблица 1, оптичната сензорна технология предлага метод за мониторинг в практически приложения, който е невосприимчив към електромагнитно въздействие, което я прави подходяща за широк спектър от среди и ситуации. Въпреки това, тя има значителни недостатъци: относително ниска стабилност и безопасност при системен мониторинг, неспособност да бъде напълно потвърдено качеството на контакт, когато изключвателят е в затворена позиция, и висока чувствителност към неблагоприятни метеорологични условия като дъжд, сняг, влажност и лоша видимост - което води до намалена надеждност и точност.

3.3 Технология за детекция на контактните точки

Технологията за детекция на контактните точки определя положението на клапана-изключвател, основавайки се на принципа на работа на допълнителните контакти. Тя изисква инсталиране на допълнителни контактни точки на специфични откривани/затварящи позиции на изключвателя, а реалното състояние на ключа се извежда от активирането на тези контакти.

По време на операция допълнителните контакти могат да бъдат инсталирани както в зоната с високо, така и с ниско напрежение. Когато са разположени в областта с високо напрежение, механичното движение, генерирано от откриването/затварянето на изключвателя, физически активира допълнителните контакти. Оперативното състояние на тези допълнителни контакти след това директно контролира или показва отворената или затворената позиция на изключвателя, позволявайки висока точност при отразяването на реалното му състояние. Въпреки това, след продължителна употреба, механичното износване и деформация може да подкопаят производителността, което изисква оптимизация и обновяване.

Когато са инсталирани в зоната с ниско напрежение, системата се осъществява чрез механично задействане на допълнителните контакти от вътрешни движещи се компоненти в контролния кабинет, по този начин завършвайки основната операция за отваряне/затваряне. Този метод включва многократни преходни механизми, за да отрази състоянието на контактната глава. Ако някой от компонентите в тази механична верига се повреди или се деформира, системата може да не успее да представи точно истинското оперативно състояние на изключвателя.

4. Бъдещи тенденции в развитието

В момента изследванията и техническите напредъци в системите за мониторинг на операциите с високонапрегнати изключватели в Китай стават все по-всеобхватни. Въпреки това много от домакинските подстанции все още се ползват от традиционни ръчни процедури за превключване. Този подход изисква операторите да изпълняват всяка стъпка на място, което води до неефиективност. Даже за простите сигнали с аномалии, техниците трябва да се преместят физически до местонахождението. Дългосрочната зависимост от ръчни операции увеличава рисковете от човешки грешки, пропуснати операции и бавно превключване.

С постоянното интегриране и напредък на технологии, включително разпознаване на образи, сензорни мрежи, лазерни измервания и измерване на налягането, възниква разнообразие от методи за определяне на позицията на изключвателя. Това технологично съчетаване предоставя нови насоки за изследвания и основна подкрепа за автоматизацията и интелигентността на умните високонапрегнати изключватели.

5. Заключение

За да се свести, мониторингът на отворената/затворената позиция на високонапрегнатите изключватели включва сложни и разнообразни операционни процедури. Редовното поддръжка все още частично зависи от ръчен инспекционен контрол на място, за да се оцени реалното оперативно състояние, и всички операции трябва стриктно да се придържат към установените технически протоколи. Бъдещата насока се намира в интегрирането на изкуствен интелект в системите за мониторинг, за да се постигне окончателно интелигентно, автономно и надеждно детектиране на позицията - отваряйки път за следващото поколение инфраструктура на умните подстанции.