Tecnologia de monitoratge per a la posició d'obertura/tancament dels interruptors de màxima tensió

En el context de l'operació a alta velocitat dels sistemes d'energia, el mecanisme d'obertura i tancament dels interruptors de tensió elevada en les subestacions es troba amb reptes com procediments operatius complexos, gran volum de treball i baixa eficiència operativa. Amb l'avance de les tecnologies de reconeixement d'imatges i innovacions en sensors, les modernes subestacions intel·ligents requereixen ara estàndards tècnics més alts per a la monitorització de les posicions d'obertura/tancament dels interruptors de tensió elevada durant el desenvolupament de la infraestructura.

La integració de les tecnologies de senyalització de l'Internet de les Coses (IoT) i la comunicació sense fil a l'equipament elèctric ha millorat significativament els nivells d'automatització i intel·ligència dels sistemes d'interruptors de tensió elevada—alineant-se amb els requisits futurs per al desenvolupament de xarxes intel·ligents i subestacions. Per tant, és essencial investigar més a fons els aspectes clau de l'aplicació de les tecnologies de monitorització de posicions per a les operacions d'interruptors de tensió elevada basades en la seva estructura interna i característiques tècniques.

1. Estructura interna dels interruptors de tensió elevada

1.1 Components conductors

Durant les operacions d'obertura/tancament, el terminal de contacte estàtic d'un interruptor de tensió elevada es construeix principalment a partir de plaques de cobre. Dues aquestes plaques de cobre s'interconnecten per formar una lamesa de contacte, que gira al voltant d'un eix central per permetre la monitorització de l'estat. Quan està tancat, aquest conjunt assegura el contacte segur amb la capçalera de contacte estàtic. Es instal·la un ressort de compressió entre les dues plaques de cobre per regular la pressió de contacte entre els contactes mòbil i estàtic.

Durant l'operació, quan els corrents flueixen en la mateixa direcció a través de les dues plaques, es genera una atracció electromagnètica entre elles, augmentant la pressió de contacte i millorant l'estabilitat operativa. A més, les fulles d'acer galvanitzades montades als dos costats de la lamesa de contacte produeixen una magnetització notable en condicions de corrent de curtcircuït, generant forces atractives mútuas que reforcen encara més la pressió de contacte i milloren fonamentalment l'estabilitat mecànica del mecanisme d'obertura/tancament de l'interruptor.

1.2 Components aïllants

En el sistema de monitorització de posicions, els contactes mòbil i estàtic es muntegen en suports magnètics separats—el contacte mòbil es fixa a un embut de porcellana aïllant. Per assegurar l'estabilitat mecànica i l'aïllament elèctric entre el contacte mòbil i les estructures metàl·liques, s'utilitza un aïllant de barra de porcellana.

1.3 Estructura base

La base, típicament construïda a partir d'una armadura d'acer, serveix com a plataforma de muntatge per a aïllants de porcellana (o embuts) i el eix motriu principal. Ha de ser correctament aterrada. Com que els interruptors de tensió elevada no tenen capacitat d'extinció d'arc, presenten un punt de ruptura clarament visible quan estan oberts, fent que el seu estat d'obertura/tancament sigui visualment intuïtiu.

2. Característiques de les tecnologies de monitorització de posicions d'obertura/tancament

2.1 Tecnologia de reconeixement d'imatges

El reconeixement d'imatges ofereix avantatges innats en la intuitivitat visual i facilitat d'implementació. Tanmateix, degut al gran volum i variabilitat de les dades d'imatges ambientals en les operacions de subestacions, són necessaris algoritmes avançats de reconeixement intel·ligent, especialment aquells que impliquen el processament d'informació de profunditat. Els sistemes de subestacions han de identificar amb precisió les dades gràfiques de diversos dispositius i extreure característiques distintives per servir com a base per determinar l'estat de posició de l'interruptor.

2.2 Tecnologies de sensoriament modernes

Les aproximacions modernes de monitorització utilitzen sensors d'actitud, sensors òptics i altres dispositius de sensoriament avançats per rastrejar els canvis dinàmics en la posició de l'interruptor durant l'operació. Quan es combinen amb mètodes tradicionals de detecció de contacte, formen un criteri de "doble confirmació" per al jutjament de la posició—un element crític per habilitar la funcionalitat de "control secuencial d'un clic" en subestacions intel·ligents.

3. Consideracions clau per a l'aplicació de les tecnologies de monitorització de posicions d'interruptors

A mesura que les subestacions evolucionen cap a una major intel·ligència, les noves tecnologies de monitorització de posicions per a interruptors de tensió elevada han esdevingut crucials per a la infraestructura de xarxes intel·ligents—especialment per atendre les necessitats del control secuencial d'un clic. Els enginyers han de seleccionar tècniques de monitorització adequades basades en configuracions de sistema específiques per assegurar un rendiment fiable.

3.1 Tecnologia de reconeixement d'imatges

El reconeixement d'imatges integra la visió per computador amb el processament d'informació difusa per extreure característiques distintives de les dades visuals, satisfent diverses necessitats d'usuaris en diferents escenaris. En la pràctica, la posició d'un interruptor es determina capturant imatges del seu estat d'obertura/tancament i aplicant algoritmes de càlcul de paràmetres intel·ligents i processament d'imatges per verificar la conformitat amb els estàndards operatius.

No obstant això, aquest mètode presenta una precisió de reconeixement relativament baixa i una gran susceptibilitat a la interferència ambiental (p. ex., il·luminació, pols, meteorologia), provocant un increment dels costos d'implementació. Per abordar això, les dades de posició en temps real han de transmetre's a plataformes de monitorització centralitzades. Les aplicacions actuals sovint incorporen robots d'inspecció de subestacions intel·ligents que utilitzen models computacionals avançats per aconseguir una identificació precisa de la posició.

Més endavant, per complir amb els requisits de la xarxa elèctrica de Xina per a la verificació remotament controlada dels interruptors, els sistemes de monitorització d'imatges han de estar estretament integrats amb els senyals de posició dels commutadors. Això permet una determinació precisa de l'estat a través d'un procés de quatre etapes: adquisició d'imatges, extracció de característiques, processament de nivells de gris i reconeixement d'estat—culminant en la càrrega de dades al centre de control.

Durant l'operació, els mètodes de càlcul en conjunt poden optimitzar les dades operatives locals, encara que la convergència lenta del sistema continua sent un repte. Per tant, s'hauria d'adoptar el reconeixement de l'estat del commutador basat en visió mecànica juntament amb la lògica de doble llindar i el filtratge al domini espacial per suprimir el soroll i millorar l'extacció de característiques—així augmentant l'eficiència del reconeixement. No obstant això, els sistemes de vigilància per vídeo requereixen una cobertura integral i multianglular; en cas contrari, la interferència electromagnètica externa pot comprometre greument la fiabilitat de la monitorització.

3.2 Tecnologia de detecció òptica

La detecció òptica implica instal·lar sensors llaser a l'ensamblat de contactes mòbils. Un emissor llaser dirigeix un raig cap a un reflector; quan el desconnectador està en una posició específica, el senyal reflectit és rebut pel sensor. Si el senyal òptic rebut supera un llindar predefinit, el senyal de sortida elèctric disminueix en conseqüència—permetent l'inferència de la posició basada en la variació del senyal.

Per assegurar la qualitat operativa, els detectors de llaser infrarojos també poden monitoritzar les diferències de temperatura entre els contactes, suportant el desenvolupament de sistemes de monitorització intel·ligents. Els enginyers implementen configuracions integrades que inclouen emissors llaser, reflectors i receptors per a la detecció sense fil de la posició de la capaça de contacte mòbil mitjançant la interrupció del raig de llum.

L'estat real del desconnectador ha de ser transmès als sistemes de control de backend a través de mòduls de comunicació. No obstant això, aquesta tecnologia requereix una alineació extremadament precisa dels emissors llaser, reflectors i sensors—presentant reptes significatius durant la instal·lació al camp. A més, la distància de transmissió efectiva està inherentment limitada. Per tant, els enginyers haurien de refinament les arquitectures existents de detecció llaser per desenvolupar sistemes especialitzats adaptats als desconnectadors rotatius horitzontals.

Analitzant les variacions del senyal llaser rebut, els tècnics poden distingir de manera fiable entre els estats obert i tancat. Els estats de posició del desconnectador es resumen a la Taula 1.

Com es mostra a la Taula 1, la tecnologia de sensorització òptica ofereix un mètode de monitoratge en aplicacions pràctiques que és immú a l'interferència electromagnètica, el que la fa adequada per a una àmplia gamma d'entorns i escenaris. No obstant això, presenta notables inconvenients: estabilitat i seguretat relatives baixes durant la detecció del sistema, incapacitat per verificar completament la qualitat del contacte quan el desconnectador està en posició tancada, i alta susceptibilitat a condicions meteorològiques adverses com la pluja, neu, humitat i visibilitat pobra, resultant en una reducció de la fiabilitat i precisió.

3.3 Tecnologia de detecció de punts de contacte

La tecnologia de detecció de punts de contacte determina la posició de la válvula del desconnectador basant-se en el principi operatiu dels contactes auxiliars. Requereix instal·lar punts de contacte auxiliars en posicions específiques d'obertura/tancament del desconnectador, amb l'estat real del commutador inferit a partir de l'engranat d'aquests contactes.

Durant l'operació, els contactes auxiliars poden instal·lar-se en zones d'alta o baixa tensió. Quan es col·loquen en la zona d'alta tensió, el moviment mecànic generat per l'acció d'obertura/tancament del desconnectador actua físicament sobre els contactes auxiliars. L'estat operatiu d'aquests contactes auxiliars controla o indica directament la posició oberta o tancada del desconnectador, permetent una reflexió altament precisa de l'estat en temps real. No obstant això, després d'un llarg període d'operació, l'usura mecànica i la desalineació poden degradar el rendiment, necessitant optimització i actualitzacions.

Quan s'instal·len en la zona de baixa tensió, el sistema depèn de components interns en moviment dins del quadre de control per activar mecànicament els contactes auxiliars, completant així la operació bàsica d'obertura/tancament. Aquest mètode implica mecanismes de transmissió multietapa per reflectir l'estat de la capçalera de contacte. Si qualsevol component d'aquesta cadena mecànica falla o no funciona correctament, el sistema pot no representar amb precisió l'estat operatiu real del desconnectador.

4. Tendències de desenvolupament futur

Actualment, la recerca i els avanços tecnològics en sistemes de monitoratge per a les operacions dels desconnectadors d'alta tensió a Xina estan esdevenint cada vegada més comprehensius. No obstant això, moltes subestacions nacionals encara depenen de procediments tradicionals de commutació manual. Aquest enfocament requereix que els operadors executin cada pas repetidament a lloc, resultant en inefficiencies. Fins i tot per anomalies senzilles de senyal, els tècnics han de desplaçar-se físicament al lloc. La dependència a llarg termini de les operacions manuals augmenta els riscos d'errors humans, omplacions d'operacions i velocitats de commutació lentes.

Amb la integració i avanç contínus de tecnologies, incloent-hi el reconeixement d'imatges, xarxes de sensors, mesura láser i sensorització de pressió, ha emergit una diversa gamma de mètodes per determinar la posició del desconnectador. Aquesta convergència tecnològica proporciona noves direccions de recerca i suport fonamental per a l'automatització i intel·ligència dels desconnectadors d'alta tensió intel·ligents.

5. Conclusió

En resum, el monitoratge de la posició d'obertura/tancament dels desconnectadors d'alta tensió implica procediments operatius complexos i variats. La manteniment rutinari encara depèn parcialment de l'inspecció manual a lloc per avaluar les condicions operatives en temps real, i totes les operacions han de seguir estrictament els protocols tècnics establerts. La direcció futura es troba en integrar la intel·ligència artificial als sistemes de monitoratge per aconseguir finalment una detecció de posició intel·ligent, autònoma i fiable, alliberant el camí per a la infraestructura de subestacions intel·ligents de la pròxima generació.