تکنولوژی نظارت بر موقعیت باز و بسته شدن دیسکانکتورهای فشار قوی

در زمینه عملکرد پرسرعت سیستم‌های برق، مکانیسم باز و بسته شدن قطع کننده‌های فشار بالا در زیرстанسیون‌ها با چالش‌هایی مانند روش‌های عملیاتی پیچیده، حجم کار بالا و کارایی عملیاتی پایین مواجه است. با پیشرفت تکنولوژی‌های تشخیص تصویر و نوآوری‌های سنسوری، زیرستانسیون‌های هوشمند مدرن اکنون برای نظارت بر موقعیت باز و بسته شدن قطع کننده‌های فشار بالا در طی توسعه زیربنا، استانداردهای فنی بالاتری را می‌طلبد.

همگرایی تکنولوژی‌های حسگر اینترنت اشیاء (IoT) و ارتباطات بی‌سیم در تجهیزات برق به طور قابل توجهی سطح خودکاری و هوشمندی سیستم‌های قطع کننده فشار بالا را افزایش داده است—که با نیازهای آینده توسعه شبکه هوشمند و زیرستانسیون‌ها همخوانی دارد. بنابراین، لازم است جنبه‌های کلیدی کاربرد تکنولوژی‌های نظارت بر موقعیت عملیات قطع کننده‌های فشار بالا بر اساس ساختار داخلی و ویژگی‌های فنی آنها مورد بررسی دقیق‌تر قرار گیرد.

۱. ساختار داخلی قطع کننده‌های فشار بالا

۱.۱ مولفه‌های هادی

در عملیات باز و بسته شدن، سر تماس ثابت قطع کننده فشار بالا عمدتاً از صفحات مسی ساخته شده است. دو صفحه مسی به هم متصل می‌شوند تا یک لبه تماس را تشکیل دهند که حول محور مرکزی چرخش می‌کند تا نظارت بر وضعیت را ممکن سازد. در حالت بسته شدن، این ترکیب به صورت محکم به سر تماس ثابت متصل می‌شود. یک فنر فشار بین دو صفحه مسی نصب شده است تا فشار تماس بین تماس‌های متحرک و ثابت را تنظیم کند.

در حین عملیات، وقتی جریان‌ها در همان جهت از دو صفحه عبور می‌کنند، جذابیت الکترومغناطیسی بین آنها ایجاد می‌شود که فشار تماس را افزایش می‌دهد و پایداری عملیاتی را افزایش می‌دهد. علاوه بر این، صفحات فولادی روغنی شده که در دو طرف لبه تماس نصب شده‌اند، تحت شرایط جریان کوتاه مغناطیسی قابل توجهی ایجاد می‌کنند که نیروهای جذابیتی متقابل را تولید می‌کند که فشار تماس را بیشتر می‌کند و به طور اساسی پایداری مکانیکی مکانیزم باز و بسته شدن قطع کننده را بهبود می‌بخشد.

۱.۲ مولفه‌های عایق

در سیستم نظارت بر موقعیت، تماس‌های متحرک و ثابت روی پشتیبان‌های مغناطیسی جداگانه نصب شده‌اند—تماس متحرک به روی یک بوش عایقی فارفوری ثابت شده است. برای اطمینان از پایداری مکانیکی و عایق بندی الکتریکی بین تماس متحرک و ساختارهای فلزی، از یک عایق میله‌ای فارفوری استفاده می‌شود.

۱.۳ ساختار پایه

پایه، معمولاً از یک قاب فولادی ساخته شده است که به عنوان پلتفرم نصب برای بوش‌های عایقی (یا بوش) و محور اصلی گیربکس عمل می‌کند. باید به درستی زمین شود. چون قطع کننده‌های فشار بالا توانایی خاموش کردن قوس الکتریکی ندارند، آنها یک نقطه قطع واضح دارند که موقعیت باز و بسته شدن آنها بصورت بصری واضح است.

۲. ویژگی‌های تکنولوژی‌های نظارت بر موقعیت باز و بسته شدن

۲.۱ تکنولوژی تشخیص تصویر

تشخیص تصویر مزایای ذاتی در بصری بودن و آسانی پیاده‌سازی دارد. با این حال، به دلیل حجم زیاد و تنوع داده‌های تصویری محیطی در عملیات زیرستانسیون، الگوریتم‌های تشخیص هوشمند پیشرفته—به ویژه آنهایی که شامل پردازش اطلاعات عمقی هستند—لازم است. سیستم‌های زیرستانسیون باید داده‌های گرافیکی از تجهیزات مختلف را به صورت دقیق شناسایی کرده و ویژگی‌های متمایز را استخراج کنند تا به عنوان پایه تعیین وضعیت قطع کننده عمل کنند.

۲.۲ تکنولوژی‌های سنجش مدرن

روش‌های نظارت مدرن از سنسورهای وضعیت، سنسورهای نوری و دستگاه‌های سنجش پیشرفته دیگر برای ردیابی تغییرات دینامیکی موقعیت قطع کننده در طی عملیات استفاده می‌کنند. هنگامی که با روش‌های تشخیص مبتنی بر تماس سنتی ترکیب می‌شوند، معیار "تایید دوگانه" برای قضاوت درباره موقعیت را تشکیل می‌دهند—که یک عامل کلیدی برای عملکرد "کنترل توالی یک کلیک" در زیرستانسیون‌های هوشمند است.

۳. جنبه‌های کلیدی کاربرد تکنولوژی‌های نظارت بر موقعیت قطع کننده

با تحول زیرستانسیون‌ها به سمت هوشمندی بیشتر، تکنولوژی‌های نظارت بر موقعیت نسل جدید قطع کننده‌های فشار بالا به عنوان یک عنصر کلیدی در زیرساخت شبکه هوشمند—به ویژه برای تأمین نیازهای کنترل توالی یک کلیک—تبدیل شده‌اند. مهندسان باید تکنیک‌های نظارت مناسب را بر اساس پیکربندی‌های سیستم خاص انتخاب کنند تا عملکرد قابل اعتماد را تضمین کنند.

۳.۱ تکنولوژی تشخیص تصویر

تشخیص تصویر با استفاده از دید ماشین و پردازش اطلاعات مبهم ویژگی‌های متمایز را از داده‌های بصری استخراج می‌کند که نیازهای متنوع کاربران را در سناریوهای مختلف برآورده می‌کند. در عمل، موقعیت قطع کننده با ضبط تصاویر از وضعیت باز و بسته شدن آن و اعمال الگوریتم‌های محاسبات پارامتری و پردازش تصویر هوشمند تعیین می‌شود تا مطابقت با استانداردهای عملیاتی تأیید شود.

با این حال، این روش دارای دقت تشخیص نسبتاً پایین و حساسیت بالا به تداخلات محیطی (مانند نور، غبار، هوا) است که منجر به افزایش هزینه‌های پیاده‌سازی می‌شود. برای مقابله با این مشکل، داده‌های موقعیت زنده باید به پلتفرم‌های نظارت مرکزی منتقل شوند. کاربردهای فعلی اغلب از ربات‌های بازرسی هوشمند زیرستانسیون که از مدل‌های محاسباتی پیشرفته استفاده می‌کنند برای دستیابی به شناسایی دقیق موقعیت استفاده می‌کنند.

علاوه بر این، برای تأمین نیازهای شبکه برق چین برای تأیید دوردست قطع کننده، سیستم‌های نظارت تصویری باید به صورت محکم با سیگنال‌های موقعیت قطع کننده یکپارچه شوند. این امر امکان تعیین دقیق وضعیت را از طریق یک فرآیند چهار مرحله‌ای فراهم می‌کند: ضبط تصویر، استخراج ویژگی، پردازش سطوح خاکستری و تشخیص وضعیت—که در نهایت به بارگذاری داده‌ها به مرکز کنترل منجر می‌شود.

در طی عملکرد، روش‌های محاسبات ترکیبی می‌توانند داده‌های عملیاتی محلی را بهینه کنند، اگرچه همگرایی آرام سیستم همچنان چالشی است. بنابراین، باید از تشخیص وضعیت سوئیچ مبتنی بر دید ماشینی با منطق دو آستانه‌ای و فیلتر کردن در حوزه مکانی برای کاهش نویز و بهبود استخراج ویژگی‌ها استفاده شود—که به این ترتیب کارایی تشخیص را افزایش می‌دهد. با این حال، سیستم‌های نظارت تصویری نیازمند پوشش جامع و چند زاویه‌ای هستند؛ در غیر این صورت، تداخل الکترومغناطیسی خارجی ممکن است قابلیت اطمینان نظارت را به شدت تحت تأثیر قرار دهد.

۳.۲ فناوری حسگری نوری

حسگری نوری شامل نصب حسگرهای لیزری روی مجموعه تماس متحرک است. یک انتشارکننده لیزر پرتویی را به سمت یک انعکاس‌دهنده هدایت می‌کند؛ وقتی که جداکننده در موقعیت خاصی قرار دارد، سیگنال انعکاسی توسط حسگر دریافت می‌شود. اگر سیگنال نوری دریافتی از آستانه تعیین شده بیشتر باشد، سیگنال خروجی الکتریکی به تبع آن کاهش می‌یابد—که این امر امکان استنباط موقعیت بر اساس تغییر سیگنال را فراهم می‌کند.

برای تضمین کیفیت عملکرد، دیتکتورهای لیزری مادون قرمز نیز می‌توانند تفاوت‌های دما در تماس‌ها را نظارت کنند و این امر در توسعه سیستم‌های نظارت هوشمند پشتیبانی می‌کند. مهندسان تنظیمات یکپارچه شامل انتشارکننده‌های لیزر، انعکاس‌دهنده‌ها و گیرنده‌ها را برای حسگری بی‌سیم موقعیت سر تماس متحرک از طریق قطع پرتو نوری نصب می‌کنند.

وضعیت فوری جداکننده باید از طریق ماژول‌های ارتباطی به سیستم‌های کنترل پشتیبانی ارسال شود. با این حال، این فناوری نیازمند ترازبندی بسیار دقیق انتشارکننده‌ها، انعکاس‌دهنده‌ها و حسگرهای لیزری است—که چالش‌های قابل توجهی در نصب میدانی ایجاد می‌کند. علاوه بر این، مسافت انتقال مؤثر به طور ذاتی محدود است. بنابراین، مهندسان باید معماری‌های موجود حسگری لیزری را بهبود بخشند تا سیستم‌های تخصصی برای جداکننده‌های چرخان افقی توسعه دهند.

با تحلیل تغییرات سیگنال لیزر دریافتی، فنی‌ها می‌توانند به طور قابل اعتماد وضعیت‌های باز و بسته را متمایز کنند. وضعیت‌های موقعیت جداکننده در جدول ۱ خلاصه شده‌اند.

همانطور که در جدول ۱ نشان داده شده است، فناوری حسگر نوری روشی برای نظارت در کاربردهای عملی ارائه می‌دهد که به تداخل الکترومغناطیسی مقاوم است و آن را برای محدوده وسیعی از محیط‌ها و سناریوهای مختلف مناسب می‌سازد. با این حال، این فناوری نقاط ضعف قابل توجهی دارد: پایداری نسبتاً پایین و امنیت در زمان آزمون سیستم، عدم توانایی در تأیید کامل کیفیت تماس در موقعیت بسته شدن جداکننده، و حساسیت بالا به شرایط آب و هوایی نامساعد مانند باران، برف، رطوبت و دید ضعیف—که منجر به کاهش قابلیت اطمینان و دقت می‌شود.

۳.۳ فناوری تشخیص نقطه تماس

فناوری تشخیص نقطه تماس موقعیت شیر جداکننده را بر اساس اصل عملیاتی تماس‌های کمکی تعیین می‌کند. این فناوری نیاز به نصب نقاط تماس کمکی در موقعیت‌های خاص باز/بسته شدن جداکننده دارد، و وضعیت واقعی سوئیچ از طریق برخورد این تماس‌ها استنباط می‌شود.

در طول عملیات، تماس‌های کمکی می‌توانند در منطقه فشار بالا یا فشار پایین نصب شوند. هنگامی که در منطقه فشار بالا نصب می‌شوند، حرکت مکانیکی تولید شده توسط عمل باز/بسته شدن جداکننده تماس‌های کمکی را فیزیکی فعال می‌کند. وضعیت عملیاتی این تماس‌های کمکی سپس به طور مستقیم کنترل یا نشان‌دهنده وضعیت باز یا بسته شدن جداکننده می‌شود، که امکان انعکاس دقیق وضعیت واقعی آن را فراهم می‌کند. با این حال، پس از عملیات طولانی مدت، سایش مکانیکی و ناهماهنگی ممکن است عملکرد را کاهش دهد و به بهینه‌سازی و به‌روزرسانی نیاز داشته باشد.

هنگامی که در منطقه فشار پایین نصب می‌شوند، سیستم به مؤلفه‌های متحرک داخلی در کابین کنترل متکی است تا تماس‌های کمکی را به صورت مکانیکی فعال کند، بدین ترتیب عملیات اساسی باز/بسته شدن کامل می‌شود. این روش شامل مکانیسم‌های انتقال چند مرحله‌ای برای انعکاس وضعیت سر تماس است. اگر هر مؤلفه‌ای در این زنجیره مکانیکی خراب شود یا عملکرد نداشته باشد، سیستم ممکن است قادر به نشان‌دادن دقیق وضعیت عملیاتی واقعی جداکننده نباشد.

۴. روندهای توسعه آینده

در حال حاضر، تحقیقات و پیشرفت‌های فناوری در سیستم‌های نظارت بر عملیات جداکننده‌های فشار بالا در چین به طور گسترده‌تری در حال انجام است. با این حال، بسیاری از زیرстанیون‌های داخلی همچنان به رویه‌های سوئیچینگ دستی سنتی متکی هستند. این رویکرد نیاز به اجرای مکرر هر مرحله توسط عملگران در محل دارد که منجر به کاهش کارایی می‌شود. حتی برای ناهماهنگی‌های سیگنال ساده، فنی‌ها مجبور به سفر فیزیکی به محل می‌شوند. وابستگی بلندمدت به عملیات دستی ریسک‌های خطاهای انسانی، اغفال عملیات و سرعت کم سوئیچینگ را افزایش می‌دهد.

با ادغام و پیشرفت مداوم فناوری‌ها، از جمله شناسایی تصویر، شبکه‌های حسگر، اندازه‌گیری لیزری و حسگرهای فشار، تنوعی از روش‌های تعیین موقعیت جداکننده ظهور یافته است. این همگرایی فناوری‌ها جهت‌های تحقیقاتی جدید و پشتیبانی اساسی برای خودکارسازی و هوشمندسازی جداکننده‌های فشار بالای هوشمند ارائه می‌دهد.

۵. نتیجه‌گیری

به طور خلاصه، نظارت بر موقعیت باز/بسته شدن جداکننده‌های فشار بالا شامل روش‌های عملیاتی پیچیده و متنوعی است. نگهداری معمولی همچنان بخشی به نظارت دستی در محل برای ارزیابی شرایط عملیاتی واقعی متکی است و تمام عملیات باید به طور صارم به پروتکل‌های فنی موجود عمل کنند. جهت آینده در ادغام هوش مصنوعی در سیستم‌های نظارتی برای نهایتاً دستیابی به تشخیص موقعیت هوشمند، خودکار و قابل اعتماد—راه را برای زیرستانیون هوشمند نسل بعدی هموار می‌کند.