Tecnología de Monitoreo para la Posición de Apertura/Cierre de Desconectores de Alta Tensión

En el contexto de la operación de alta velocidad de los sistemas de energía, el mecanismo de apertura y cierre de los interruptores de alta tensión en las subestaciones enfrenta desafíos como procedimientos operativos complejos, grandes cargas de trabajo y baja eficiencia operativa. Con el avance de las tecnologías de reconocimiento de imágenes e innovaciones en sensores, las subestaciones inteligentes modernas ahora requieren estándares técnicos más altos para monitorear las posiciones de apertura/cierre de los interruptores de alta tensión durante el desarrollo de infraestructura.

La integración de tecnologías de sensado del Internet de las Cosas (IoT) y comunicación inalámbrica en el equipo de potencia ha mejorado significativamente los niveles de automatización e inteligencia de los sistemas de interruptores de alta tensión—alineándose con los requisitos futuros para el desarrollo de redes inteligentes y subestaciones. Por lo tanto, es esencial investigar aún más los aspectos clave de aplicación de las tecnologías de monitoreo de posición para las operaciones de interruptores de alta tensión basadas en su estructura interna y características técnicas.

1. Estructura Interna de los Interruptores de Alta Tensión

1.1 Componentes Conductores

Durante las operaciones de apertura/cierre, el terminal de contacto estático de un interruptor de alta tensión se construye principalmente a partir de placas de cobre. Dos de estas placas de cobre están interconectadas para formar una hoja de contacto, que gira alrededor de un eje central para permitir el monitoreo de estado. Cuando está cerrado, este conjunto se aferra firmemente a la cabeza de contacto estático. Un resorte de compresión se instala entre las dos placas de cobre para regular la presión de contacto entre los contactos móviles y estáticos.

Durante la operación, cuando las corrientes fluyen en la misma dirección a través de ambas placas, se genera una atracción electromagnética entre ellas, aumentando la presión de contacto y mejorando la estabilidad operativa. Además, las láminas de acero galvanizado montadas en ambos lados de la hoja de contacto producen una magnetización notable en condiciones de corriente de cortocircuito, generando fuerzas atractivas mutuas que refuerzan aún más la presión de contacto y mejoran fundamentalmente la estabilidad mecánica del mecanismo de apertura/cierre del interruptor.

1.2 Componentes Aislantes

En el sistema de monitoreo de posición, los contactos móviles y estáticos se montan en soportes magnéticos separados—el contacto móvil se fija en un aislador de porcelana. Para garantizar la estabilidad mecánica y el aislamiento eléctrico entre el contacto móvil y las estructuras metálicas, se emplea un aislador de varilla de porcelana.

1.3 Estructura Base

La base, generalmente construida con un marco de acero, sirve como plataforma de montaje para los aisladores de porcelana (o embocaduras) y el eje de accionamiento principal. Debe estar correctamente conectada a tierra. Dado que los interruptores de alta tensión carecen de capacidad de extinción de arco, presentan un punto de interrupción claramente visible cuando están abiertos, lo que hace que su estado de apertura/cierre sea visualmente intuitivo.

2. Características de las Tecnologías de Monitoreo de Posición de Apertura/Cierre

2.1 Tecnología de Reconocimiento de Imágenes

El reconocimiento de imágenes ofrece ventajas inherentes en la intuición visual y la facilidad de implementación. Sin embargo, debido al gran volumen y variabilidad de los datos de imagen ambiental en las operaciones de subestación, se requieren algoritmos de reconocimiento inteligente avanzados, especialmente aquellos que implican el procesamiento de información de profundidad. Los sistemas de subestación deben identificar con precisión los datos gráficos de varios dispositivos y extraer características distintivas para servir como base para determinar el estado de posición del interruptor.

2.2 Tecnologías de Sensado Modernas

Los enfoques de monitoreo modernos utilizan sensores de actitud, sensores ópticos y otros dispositivos de sensado avanzados para rastrear los cambios dinámicos en la posición del interruptor durante la operación. Al combinarse con métodos de detección basados en contacto tradicionales, forman un criterio de "doble confirmación" para el juicio de posición—un habilitador crítico de la funcionalidad de "control secuencial de un solo clic" en subestaciones inteligentes.

3. Consideraciones Clave para la Aplicación de Tecnologías de Monitoreo de Posición de Interruptores

A medida que las subestaciones evolucionan hacia una mayor inteligencia, las nuevas tecnologías de monitoreo de posición para interruptores de alta tensión han adquirido un papel crucial en la infraestructura de redes inteligentes—especialmente para satisfacer las demandas del control secuencial de un solo clic. Los ingenieros deben seleccionar técnicas de monitoreo adecuadas basadas en configuraciones específicas del sistema para garantizar un rendimiento confiable.

3.1 Tecnología de Reconocimiento de Imágenes

El reconocimiento de imágenes integra la visión por computadora con el procesamiento de información difusa para extraer características distintivas de los datos visuales, satisfaciendo diversas necesidades de los usuarios en diferentes escenarios. En la práctica, la posición de un interruptor se determina capturando imágenes de su estado de apertura/cierre y aplicando algoritmos de cálculo de parámetros inteligentes y procesamiento de imágenes para verificar el cumplimiento de los estándares operativos.

Sin embargo, este método tiene una precisión de reconocimiento relativamente baja y una alta susceptibilidad a la interferencia ambiental (por ejemplo, iluminación, polvo, clima), lo que lleva a un aumento en los costos de implementación. Para abordar esto, los datos de posición en tiempo real deben transmitirse a plataformas de monitoreo centralizadas. Las aplicaciones actuales a menudo incorporan robots de inspección de subestaciones inteligentes que utilizan modelos computacionales avanzados para lograr una identificación precisa de la posición.

Además, para cumplir con los requisitos de la red eléctrica de China para la verificación de interruptores controlados a distancia, los sistemas de monitoreo de imágenes deben integrarse estrechamente con las señales de posición de los interruptores. Esto permite una determinación precisa del estado a través de un proceso de cuatro etapas: adquisición de imágenes, extracción de características, procesamiento de niveles de gris y reconocimiento de estado—culminando en la carga de datos al centro de control.

Durante la operación, los métodos de cómputo en conjunto pueden optimizar los datos operativos locales, aunque la lenta convergencia del sistema sigue siendo un desafío. Por lo tanto, se debe adoptar el reconocimiento del estado del interruptor basado en visión mecánica junto con la lógica de doble umbral y el filtrado en el dominio espacial para suprimir el ruido y mejorar la extracción de características—lo que mejora la eficiencia del reconocimiento. Sin embargo, los sistemas de vigilancia por video requieren una cobertura integral y multiángulo; de lo contrario, la interferencia electromagnética externa puede comprometer seriamente la confiabilidad de la monitorización.

3.2 Tecnología de Sensado Óptico

El sensado óptico implica instalar sensores láser en el conjunto de contacto móvil. Un emisor láser dirige un haz hacia un reflector; cuando el interruptor está en una posición específica, la señal reflejada es recibida por el sensor. Si la señal óptica recibida supera un umbral predefinido, la señal de salida eléctrica disminuye en consecuencia—permitiendo la inferencia de la posición basada en la variación de la señal.

Para garantizar la calidad operativa, los detectores láser infrarrojos también pueden monitorear las diferencias de temperatura entre los contactos, apoyando el desarrollo de sistemas de monitoreo inteligente. Los ingenieros implementan configuraciones integradas que comprenden emisores láser, reflectores y receptores para sensar inalámbricamente la posición de la cabeza de contacto móvil mediante la interrupción del haz de luz.

El estado en tiempo real del interruptor debe transmitirse a los sistemas de control backend a través de módulos de comunicación. Sin embargo, esta tecnología requiere una alineación extremadamente precisa de los emisores láser, reflectores y sensores—lo que plantea desafíos significativos durante la instalación en campo. Además, la distancia efectiva de transmisión está inherentemente limitada. Por lo tanto, los ingenieros deben perfeccionar las arquitecturas existentes de sensado láser para desarrollar sistemas especializados adaptados a los interruptores rotatorios horizontales.

Al analizar las variaciones en la señal láser recibida, los técnicos pueden distinguir de manera confiable entre los estados abierto y cerrado. Los estados de posición del interruptor se resumen en la Tabla 1.

Como se muestra en la Tabla 1, la tecnología de detección óptica ofrece un método de monitoreo en aplicaciones prácticas que es inmune a las interferencias electromagnéticas, lo que la hace adecuada para una amplia gama de entornos y escenarios. Sin embargo, presenta notables desventajas: estabilidad y seguridad relativamente bajas durante la detección del sistema, incapacidad para verificar completamente la calidad del contacto cuando el interruptor está en posición cerrada, y alta susceptibilidad a condiciones meteorológicas adversas como lluvia, nieve, humedad y visibilidad reducida, lo que resulta en una menor confiabilidad y precisión.

3.3 Tecnología de Detección de Puntos de Contacto

La tecnología de detección de puntos de contacto determina la posición de la válvula del interruptor basándose en el principio de funcionamiento de los contactos auxiliares. Requiere instalar puntos de contacto auxiliar en posiciones específicas de apertura/cierre del interruptor, con el estado real del interruptor inferido a partir del enganche de estos contactos.

Durante la operación, los contactos auxiliares pueden instalarse en zonas de alta o baja tensión. Cuando se colocan en la zona de alta tensión, el movimiento mecánico generado por la acción de apertura/cierre del interruptor actúa físicamente sobre los contactos auxiliares. El estado operativo de estos contactos auxiliares controla o indica directamente la posición abierta o cerrada del interruptor, permitiendo una reflexión altamente precisa de su estado en tiempo real. Sin embargo, después de un funcionamiento prolongado, el desgaste mecánico y el desalineamiento pueden degradar el rendimiento, lo que requiere optimización y actualizaciones.

Cuando se instalan en la zona de baja tensión, el sistema depende de componentes móviles internos dentro del gabinete de control para activar mecánicamente los contactos auxiliares, completando así la operación básica de apertura/cierre. Este método implica mecanismos de transmisión en varias etapas para reflejar el estado de la cabeza de contacto. Si cualquier componente en esta cadena mecánica falla o se descompone, el sistema puede no representar con precisión el estado operativo real del interruptor.

4. Tendencias de Desarrollo Futuro

Actualmente, la investigación y los avances tecnológicos en sistemas de monitoreo para operaciones de interruptores de alta tensión en China están volviéndose cada vez más comprehensivos. Sin embargo, muchas subestaciones nacionales aún dependen de procedimientos manuales tradicionales de conmutación. Este enfoque requiere que los operadores ejecuten repetidamente cada paso en el sitio, lo que resulta en ineficiencias. Incluso para anomalías de señales simples, los técnicos deben desplazarse físicamente al lugar. La dependencia a largo plazo de las operaciones manuales aumenta los riesgos de errores humanos, omisiones de operaciones y velocidades de conmutación lentas.

Con la integración y avance continuo de tecnologías, incluyendo reconocimiento de imágenes, redes de sensores, medición láser y detección de presión, ha surgido una variedad de métodos para determinar la posición del interruptor. Esta convergencia tecnológica proporciona nuevas direcciones de investigación y soporte fundamental para la automatización e inteligencia de interruptores de alta tensión inteligentes.

5. Conclusión

En resumen, el monitoreo de la posición de apertura/cierre de los interruptores de alta tensión implica procedimientos operativos complejos y variados. El mantenimiento rutinario aún depende parcialmente de la inspección manual en el sitio para evaluar las condiciones operativas en tiempo real, y todas las operaciones deben adherirse estrictamente a los protocolos técnicos establecidos. La dirección futura radica en integrar la inteligencia artificial en los sistemas de monitoreo para lograr finalmente una detección de posición inteligente, autónoma y confiable, allanando el camino para la infraestructura de próxima generación de subestaciones inteligentes.