Technologie pro sledování otevřené/uzavřené pozice vysokonapěťových odpojovačů

V kontextu vysokorychlostního provozu elektrických systémů se mechanismy otevírání a zavírání vysokonapěťových odpojovačů v rozvodných stanici čelí problémům jako jsou komplexní operační postupy, velké množství práce a nízká operační efektivita. S pokrokem technologií rozpoznávání obrazu a inovací senzorů moderní inteligentní rozvodné stanice nyní vyžadují vyšší technické standardy pro sledování poloh otevření/zavření vysokonapěťových odpojovačů během vývoje infrastruktury.

Integrace senzorových technologií energetického Internetu věcí (IoT) a bezdrátové komunikace do elektrického zařízení významně zlepšila stupeň automatizace a inteligence systémů vysokonapěťových odpojovačů—což odpovídá budoucím požadavkům na vývoj inteligentní sítě a rozvodné stanice. Je tedy nezbytné dále zkoumat klíčové aspekty aplikace technologií sledování poloh pro operace s vysokonapěťovými odpojovači na základě jejich vnitřní struktury a technických charakteristik.

1. Vnitřní struktura vysokonapěťových odpojovačů

1.1 Vodiče

Během operací otevírání/zavírání je statický kontaktový terminál vysokonapěťového odpojovače hlavně tvořen měděnými destičkami. Dvě takové měděné destičky jsou spojeny k formování kontaktového lopatky, která se otáčí kolem centrální osy, což umožňuje sledování stavu. Když je uzavřeno, tento sestav pevně stlačuje statický kontaktový hlav. Mezi dvěma měděnými destičkami je instalován stlačovací pružina, který reguluje tlak mezi pohyblivým a statickým kontaktem.

Během provozu, kdy proudy protékají ve stejném směru oběma destičkami, se mezi nimi generuje elektromagnetická přitažlivost, což zvyšuje tlak kontaktu a zlepšuje operační stabilitu. Kromě toho galvanizované ocelové plechy umístěné na obou stranách kontaktové lopatky produkují patrnou magnetizaci za podmínek krátkého obvodu, což generuje vzájemné přitahovací síly, které dále posilují tlak kontaktu a zásadně zlepšují mechanickou stabilitu mechanismu otevírání/zavírání odpojovače.

1.2 Izolační komponenty

V systému sledování polohy jsou pohyblivé a statické kontakty montovány na samostatných magnetických nosičích—pohyblivý kontakt je upraven na porcelánový izolátor. Pro zajištění mechanické stability a elektrické izolace mezi pohyblivým kontaktem a kovovými strukturami se používá porcelánový tyčový izolátor.

1.3 Základní struktura

Základ, obvykle tvořený ocelovým rámem, slouží jako montážní platforma pro porcelánové izolátory (nebo čepele) a hlavní hnací hřídel. Musí být správně zazemlen. Protože vysokonapěťové odpojovače nemají schopnost udušení oblouku, mají při otevření jasně viditelný bod oddělení, což činí jejich stav otevření/zavření vizuálně intuitivním.

2. Charakteristiky technologií sledování polohy otevření/zavření

2.1 Technologie rozpoznávání obrazu

Rozpoznávání obrazu nabízí vrozené výhody v vizuální intuitivnosti a snadné implementaci. Nicméně, kvůli velkému objemu a variability environmentálních dat obrazu v provozu rozvodné stanice jsou vyžadovány pokročilé inteligentní algoritmy rozpoznávání, zejména ty, které zahrnují zpracování informací o hloubce. Systémy rozvodných stanic musí přesně identifikovat grafická data z různých zařízení a extrahovat význačné prvky, které slouží jako základ pro určení stavu polohy odpojovače.

2.2 Moderní senzorové technologie

Moderní přístupy k sledování využívají senzorů orientace, optických senzorů a dalších pokročilých senzorových zařízení k sledování dynamických změn polohy odpojovače během provozu. Když jsou kombinovány s tradičními metodami detekce založenými na kontaktech, tvoří „dvojitý kritérium potvrzení“ pro rozhodování o poloze—což je klíčový faktor pro funkci „jednoho kliknutí pro sekvenci ovládání“ v inteligentních rozvodných stanicích.

3. Klíčové aspekty aplikace technologií sledování polohy odpojovačů

S tím, jak rozvodné stanice evoluují k větší inteligenci, nová generace technologií sledování polohy vysokonapěťových odpojovačů se stala klíčovou součástí infrastruktury inteligentní sítě—zejména pro splnění požadavků na jedno kliknutí pro sekvenci ovládání. Inženýři musí vybírat vhodné technologie sledování na základě specifické konfigurace systému, aby zajistili spolehlivý výkon.

3.1 Technologie rozpoznávání obrazu

Rozpoznávání obrazu integruje počítačové vidění s zpracováním fuzzy informací k extrakci význačných prvků z vizuálních dat, což uspokojuje různé požadavky uživatelů v různých scénářích. V praxi se poloha odpojovače určuje zachycením obrazů jeho stavu otevření/zavření a aplikací inteligentních parametrů výpočtu a algoritmů zpracování obrazu k ověření souladu s operačními standardy.

Nicméně, tato metoda trpí relativně nízkou přesností rozpoznávání a vysokou citlivostí na environmentální rušení (např. osvětlení, prach, počasí), což vedlo ke zvýšeným nákladům na implementaci. Pro řešení tohoto problému je nutné přenášet aktuální data o poloze na centralizované platformy sledování. Současné aplikace často zahrnují inteligentní roboty pro inspekci rozvodných stanic, které využívají pokročilé výpočetní modely k dosažení přesného určení polohy.

Kromě toho, aby bylo splněno požadavky čínské elektrické sítě na vzdáleně řízené ověření odpojovačů, musí být systémy sledování obrazu úzce integrovány s signály polohy spínače. To umožňuje přesné určení stavu prostřednictvím čtyřfázového procesu: zachycení obrazu, extrakce prvků, zpracování stupňů šedi a rozpoznávání stavu—což vede k nahrání dat do řídícího centra.

Během provozu mohou metody souborového výpočtu optimalizovat místní operační data, přesto zůstává pomalá konvergence systému výzvou. Proto by mělo být použito rozpoznávání stavu spínače založené na mechanickém vidění spolu s dvojité logikou prahových hodnot a filtrací v prostorovém doméně k potlačení šumu a zlepšení extrakce rysů – čímž se zlepší efektivita rozpoznávání. Nicméně, video sledovací systémy vyžadují komplexní pokrytí z více úhlů; jinak může externí elektromagnetické rušení vážně narušit spolehlivost monitorování.

3.2 Optická senzorová technologie

Optické snímací technologie zahrnují instalaci laserových senzorů na pohyblivou kontaktovou sadu. Laserový vysílač směřuje paprsek na reflektor; když je odpojovač v určité poloze, odrážený signál je zachycen senzorem. Pokud přijatý optický signál překročí předdefinovanou hranici, elektrický výstupní signál se odpovídajícím způsobem snižuje – což umožňuje usuzování o poloze na základě změny signálu.

Pro zajištění kvality provozu mohou také infračervené laserové detektory sledovat rozdíly teplot mezi kontakty, podporují tak vývoj inteligentních monitorovacích systémů. Inženýři nasazují integrované zařízení složené z laserových vysílačů, reflektorů a přijímačů k bezdrátovému snímání polohy pohyblivého kontaktového hlavice prostřednictvím přerušení světelného paprsku.

Aktuální stav odpojovače musí být přenášen do backendových řídicích systémů prostřednictvím komunikačních modulů. Tato technologie však vyžaduje extrémně přesné zarovnání laserových vysílačů, reflektorů a senzorů – což představuje významné výzvy při instalaci v terénu. Kromě toho je efektivní dosah přenosu inerčně omezen. Proto by inženýři měli upravit stávající architektury laserového snímání pro vývoj specializovaných systémů určených pro horizontálně rotující odpojovače.

Analýzou změn přijatého laserového signálu mohou technici spolehlivě rozlišit mezi otevřeným a uzavřeným stavem. Stavy polohy odpojovače jsou shrnuty v tabulce 1.

Jak je uvedeno v tabulce 1, optická senzorová technologie nabízí metodu monitorování, která je v praxi odolná vůči elektromagnetickému rušení, což ji činí vhodnou pro širokou škálu prostředí a scénářů. Nicméně má značné nevýhody: relativně nízkou stabilitu a bezpečnost během detekce systému, nedokáže plně ověřit kvalitu kontaktu, když je odpojovač v uzavřené poloze, a je velmi citlivá na nepříznivé počasí, jako jsou dešť, sníh, vlhkost a špatná viditelnost – což vede ke snížení spolehlivosti a přesnosti.

3.3 Technologie detekce kontaktních bodů

Technologie detekce kontaktních bodů určuje polohu ventilu odpojovače na základě pracovního principu pomocných kontaktů. Požaduje instalaci pomocných kontaktů na specifických otevřených/zavřených pozicích odpojovače, s tím, že skutečný stav přepínače se odvodí z zapojení těchto kontaktů.

Během provozu lze pomocné kontakty nainstalovat buď v oblasti vysokého, nebo nízkého napětí. Když jsou umístěny v oblasti vysokého napětí, mechanický pohyb generovaný otevíráním/zavíráním odpojovače fyzicky aktivuje pomocné kontakty. Stav těchto pomocných kontaktů pak přímo řídí nebo indikuje otevřenou nebo zavřenou polohu odpojovače, což umožňuje vysokou přesnost odrazu jeho aktuálního stavu. Po delším provozu však může mechanický opotřebení a nesoulad degradovat výkon, což vyžaduje optimalizaci a modernizaci.

Při instalaci v nízkonapěťové oblasti se systém spoléhá na interní pohyblivé komponenty uvnitř řídicí skříně, které mechanicky aktivují pomocné kontakty, takže dochází k základní operaci otevření/zavření. Tato metoda zahrnuje vícestupňové přenosové mechanismy, které odrazují stav kontaktní hlavy. Pokud selže nebo nefunguje jakákoli součást v této mechanické řetězové linii, systém může neúspěšně představovat skutečný operační stav odpojovače.

4. Budoucí trendy v rozvoji

V současné době se výzkum a technologický pokrok v systémech pro monitorování operací vysokonapěťových odpojovačů v Číně stávají stále komplexnějšími. Přesto stále mnoho domácích transformačních stanic spoléhá na tradiční ruční postupy přepínání. Tento přístup vyžaduje, aby operátoři opakovaně prováděli každý krok na místě, což vedlo k neefektivitě. I pro jednoduché anomálie signálů musí technici fyzicky dorazit na místo. Dlouhodobá závislost na ručních operacích zvyšuje rizika lidských chyb, propuštěných operací a pomalých přepínacích rychlostí.

S pokračující integrací a rozvojem technologií, včetně rozpoznávání obrazů, senzorových sítí, laserových měření a senzorů tlaku, vznikla široká škála metod pro určení polohy odpojovače. Tato technologická konvergence poskytuje nové směry výzkumu a základní podporu pro automatizaci a inteligenci chytrých vysokonapěťových odpojovačů.

5. Závěr

Zhruba řečeno, monitorování otevřené/zavřené polohy vysokonapěťových odpojovačů zahrnuje složité a různorodé operační postupy. Běžná údržba stále částečně závisí na ručním místním prohlížení pro hodnocení reálného operačního stavu a všechny operace musí přísně dodržovat stanovené technické protokoly. Budoucí směr spočívá v integraci umělé inteligence do systémů pro monitorování s cílem dosáhnout inteligentní, autonomní a spolehlivé detekce polohy – což otevírá cestu k infrastruktuře další generace chytrých transformačních stanic.