Overvågningsteknologi for åben/lukket position af højspændingsafbrydere

I forbindelse med højhastighedsdrift af kraftsystemer står åbne- og lukkemekanismen for højspændingsafbrydere i understationer over for udfordringer som komplekse driftsprocedurer, store arbejdsmængder og lav driftseffektivitet. Med fremskridt inden for billedgenkendelses teknologier og sensorinnovationer kræver moderne intelligente understationer nu højere tekniske standarder for at overvåge åben/lukket position for højspændingsafbrydere under infrastrukturudvikling.

Integrationen af strøm Internet of Things (IoT) sensor-teknologier og trådløs kommunikation i strømudstyr har betydeligt forbedret automatiseringens og intelligensniveauet af højspændingsafbrydersystemer - i overensstemmelse med fremtidige krav til smart grid- og understationsudvikling. Derfor er det afgørende at undersøge de vigtigste anvendelsesaspekter af positionsovervågnings-teknologier for højspændingsafbrydere baseret på deres interne struktur og tekniske karakteristika.

1. Intern struktur af højspændingsafbrydere

1.1 Ledende komponenter

Under åbne- og lukkeoperationer er den statiske kontaktterminal hos en højspændingsafbryder primært konstrueret af kobberplader. To sådanne kobberplader er forbundet for at danne en kontaktblade, som roterer omkring en central akse for at muliggøre statusovervågning. Når den er lukket, klamrer denne samling sig sikkert fast om den statiske kontakthoved. En trykspring er installeret mellem de to kobberplader for at regulere kontakttrykket mellem den bevægelige og den statiske kontakt.

Under operation, når strømme flyder i samme retning gennem begge plader, dannes elektromagnetisk tiltrækning mellem dem, hvilket øger kontakttrykket og forbedrer driftsstabiliteten. Desuden producerer galvaniserede stålplader monteret på begge sider af kontaktbladen mærkbare magnetisering under kortslutningsstrøm-betingelser, hvilket genererer gensidige tiltrækningskrefter, der yderligere forsterker kontakttrykket og grundlæggende forbedrer den mekaniske stabilitet af afbryderens åbne/lukket mekanisme.

1.2 Isolerende komponenter

I positionsovervågnings-systemet er den bevægelige og den statiske kontakt monteret på separate magnetiske støtter - den bevægelige kontakt er fastgjort på en porcelænsisolatorbushing. For at sikre mekanisk stabilitet og elektrisk isolering mellem den bevægelige kontakt og metalstrukturer anvendes en porcelænstrækkeisolator.

1.3 Basstrukturen

Basen, typisk konstrueret af en stålramme, fungerer som monteringsplatform for porcelænsisolatorer (eller bushings) og hoveddrejeakslen. Den skal være korrekt jordet. Eftersom højspændingsafbrydere mangler buedempende evne, har de en tydeligt synlig brydningspunkt, når de er åbne, hvilket gør deres åbne/lukkede status visuelt intuitiv.

2. Karakteristika af teknologier til overvågning af åben/lukket position

2.1 Billedgenkendelseteknologi

Billedgenkendelse byder på indbyggede fordele i form af visuel intuitivitet og nem implementering. Dog, på grund af den store mængde og variabilitet af miljøbilleddata i understationsoperationer, er avancerede intelligente genkendelsesalgoritmer - især dem, der involverer dybdeinformationsbehandling - nødvendige. Understations-systemer skal kunne præcist identificere grafiske data fra forskellige enheder og udtrække unikke egenskaber, der kan bruges som grundlag for at bestemme afbryderens positionstatus.

2.2 Moderne sensor-teknologier

Moderne overvågningsmetoder benytter holdningsensorer, optiske sensorer og andre avancerede sensor-enheder til at spore dynamiske ændringer i afbryderens position under operation. Når disse kombineres med traditionelle kontaktbaserede detectionsmetoder, danner de et "dobbeltbekræftelseskriterium" for positionsdom, som er afgørende for funktionen "en-klik sekventiel kontrol" i intelligente understationer.

3. Vigtige anvendelsesovervejelser for teknologier til overvågning af afbryderens position

Som understationer udvikler sig mod større intelligens, har nygenerationspositionsovervågnings-teknologier for højspændingsafbrydere bliver afgørende for smart grid-infrastruktur - især for at opfylde kravene til en-klik sekventiel kontrol. Ingeniører skal vælge passende overvågningsmetoder baseret på specifikke systemkonfigurationer for at sikre pålidelig ydeevne.

3.1 Billedgenkendelseteknologi

Billedgenkendelse integrerer computer vision med fuzzy information processing for at udtrække unikke egenskaber fra visuelle data, der opfylder diverse brugertilfælde i forskellige scenarier. I praksis fastlægges afbryderens position ved at fange billeder af dens åben/lukket tilstand og anvende intelligente parameterberegninger og billedbehandlingsalgoritmer for at verificere overholdelsen af driftsstandarder.

Dog lider denne metode af relativt lav genkendelsespræcision og høj følsomhed over for miljøinterferencer (fx belysning, støv, vejr), hvilket fører til øgede implementeringsomkostninger. For at løse dette, skal realtidspositiondata sendes til centraliserede overvågningsplatforme. Nuværende anvendelser inkluderer ofte intelligente understationsinspektionrobotter, der anvender avancerede beregningsmodeller for at opnå præcis positionsidentifikation.

Desuden, for at opfylde Kinas strømnetværkskrav til fjernkontrolleret afbryderverifikation, skal billedovervågnings-systemer være tæt integreret med switch-positionssignaler. Dette gør det muligt at bestemme status præcist gennem en firetrinprocess: billedindfang, egenskabsudtræk, gråtonbehandling og tilstands-genkendelse - som kulminerer i dataupload til kontrolcentret.

Under drift, ensemble computing metoder kan optimere lokale driftdata, selvom langsom systemkonvergens stadig er en udfordring. Derfor bør der anvendes mekanisk visionsbaseret genkendelse af switch-tilstand sammen med dobbeltterskellogik og rumlig filtrering for at dæmpe støj og forbedre trækudtrækning—dermed forbedrer det genkendelseseffektiviteten. Dog kræver videoovervågningssystemer komplet, flerhulede dækning; ellers kan ekstern elektromagnetisk støj alvorligt underminere overvågningspålideligheden.

3.2 Optisk sensor teknologi

Optisk sensor involverer installation af lasersensorer på den bevægelige kontaktmontage. En laseremitter retter et stråle mod en reflektor; når afbryderen er i en bestemt position, modtages det reflekterede signal af sensoren. Hvis det modtagne optiske signal overstiger en prædefineret terskel, falder det elektriske udgangssignal derefter i overensstemmelse hermed—dette gør det muligt at slutte position baseret på signalvariation.

For at sikre driftskvalitet kan infrarøde laserdetektorer også overvåge temperaturforskelle på kontakter, hvilket understøtter udviklingen af intelligente overvågnings systemer. Ingeniører installerer integrerede opstillinger, der består af laseremittere, reflektorer og modtagere, for at trådløst registrere positionen af den bevægelige kontakt hoved via lysstråleafbrydelse.

Den reelle tid afbryderstatus skal transmitteres til backend kontrolsystemer via kommunikationsmoduler. Dette teknologi kræver imidlertid ekstremt præcis justering af laseremittere, reflektorer og sensorer—det stiller betydelige udfordringer under feldinstallation. Desuden er effektiv transmissionsafstand indbyrdes begrænset. Derfor bør ingeniører forfines eksisterende lasersensor arkitekturer for at udvikle specialiserede systemer, der er skræddersyet til vandret roterende afbrydere.

Ved at analysere variationer i det modtagne lasersignal kan teknikere pålideligt skelne mellem åbne og lukkede tilstande. Afryderpositionstillstande er resumeret i tabel 1.

Som vist i tabel 1, tilbyder optisk sensor teknologi en overvågningstilgang i praktiske anvendelser, der er immun mod elektromagnetisk støj, hvilket gør den egnet til et bredt udvalg af miljøer og situationer. Imidlertid har den betydelige ulemper: relativt lav stabilitet og sikkerhed under systemdetektion, evnen til at fuldt ud verificere kontaktkvaliteten, når afbryderen er i lukket position, samt høj følsomhed over for dårlige vejrforhold som regn, sne, fugt og dårlig synlighed - hvilket resulterer i reduceret pålidelighed og præcision.

3.3 Kontaktpunkt detektionsteknologi

Kontaktpunktdetektionsteknologi bestemmer afbryderklodens position baseret på hjælpekontaktens arbejdssæde. Det kræver installation af hjælpekontakter ved specifikke åben/lukket positioner for afbryderen, med den faktiske skifterstatus infereret fra disse kontakters engagement.

Under drift kan hjælpekontakter installeres i både højspændings- og lavspændingszoner. Når de placeres i højspændingsområdet, aktiveres hjælpekontakterne fysisk af den mekaniske bevægelse, der opstår, når afbryderen åbnes eller lukkes. Hjælpekontakternes driftstilstand kontrollerer eller indikerer derefter direkte afbryderens åben eller lukket position, hvilket muliggør en høj grad af præcision i dets reelle tidsstatus. Efter langvarig drift kan dog mekanisk slid og misalignment formindske ydeevnen, hvilket nødvendiggør optimering og opgraderinger.

Når de installeres i lavspændingszonen, afhænger systemet af interne bevægende komponenter i kontrolskabet for at mekanisk udløse hjælpekontakterne, hvilket gør det muligt at udføre de grundlæggende åben/lukket operationer. Denne metode involverer flere transmissionsmekanismer for at reflektere kontaktens status. Hvis en komponent i denne mekaniske kæde mislykkes eller fungerer fejl, kan systemet ikke korrekt repræsentere afbryderens virkelige driftstilstand.

4. Fremtidige udviklingstendenser

I øjeblikket bliver forskning og teknologiske fremskridt i overvågningsystemer for højspændingsafbrydere i Kina stadig mere omfattende. Alligevel afhænger mange indenlandske transformatorstationer stadig af traditionelle manuelle skiftprocedurer. Dette kræver, at operatører gentagne gange udfører hver trin på stedet, hvilket resulterer i ineffektivitet. Selv for simple signalafvigelser skal teknikere fysisk rejse til lokationen. Langvarigt afhængighed af manuelle operationer øger risikoen for menneskelig fejl, oversete operationer og langsomme skiftehastigheder.

Med den fortsatte integration og fremskridt i teknologier, herunder billedgenkendelse, sensor netværk, laser måling og tryk sensor, er en række metoder til at fastslå afbryderpositionen opstået. Denne teknologiske konvergens giver nye forskningsretninger og grundlæggende støtte til automatisering og intelligens af smarte højspændingsafbrydere.

5. Konklusion

Samlet set indebærer overvågning af højspændingsafbryderens åben/lukket position komplekse og varierede driftsprocedurer. Rutinemæssig vedligeholdelse afhænger stadig delvist af manuel inspektion på stedet for at vurdere de reelle driftsforhold, og alle operationer skal strengt overholde de etablerede tekniske protokoller. Fremtidens retning ligger i integration af kunstig intelligens i overvågningsystemer for at sidestilling intelligent, autonom og pålidelig positionsdetektion - der baner vej for næste generations infrastruktur for smarte transformatorstationer.