Tecnoloxía de Monitorización para a Posición de Apertura/Cierre de Desconectores de Alta Tensión

No contexto da operación á alta velocidade dos sistemas eléctricos, o mecanismo de apertura e cierre dos interruptores de alta tensión nas subestacións enfréntase a desafíos como procedementos operativos complexos, gran carga de traballo e baixa eficiencia operativa. Co avance das tecnoloxías de recoñecemento de imaxes e as innovacións nos sensores, as modernas subestacións inteligentes agora requiren estándares técnicos máis altos para monitorizar as posicións de apertura/cierre dos interruptores de alta tensión durante o desenvolvemento da infraestrutura.

A integración das tecnoloxías de IoT (Internet das cousas) de enerxía e a comunicación inalámbrica no equipo eléctrico mellorou significativamente os niveis de automatización e intelixencia dos sistemas de interruptores de alta tensión, alineándose cos requisitos futuros para o desenvolvemento de redes eléctricas inteligentes e subestacións. Polo tanto, é esencial investigar máis a fondo os aspectos clave da aplicación das tecnoloxías de monitorización de posición para as operacións de interruptores de alta tensión baseándose na súa estrutura interna e características técnicas.

1. Estrutura interna dos interruptores de alta tensión

1.1 Componentes conductivos

Durante as operacións de apertura/cierre, o terminal de contacto estático dun interruptor de alta tensión está construído principalmente con placas de cobre. Dúas destas placas de cobre están interconectadas para formar unha lâmina de contacto, que xira arredor dun eixo central para permitir a monitorización do estado. Cando está pechado, esta montaxe se agarra de forma segura á cabeza de contacto estático. Unha molla de compresión está instalada entre as dúas placas de cobre para regular a presión de contacto entre os contactos móbil e estático.

Durante a operación, cando as correntes fluen na mesma dirección a través de ambas as placas, xénese unha atracción electromagnética entre elas, aumentando a presión de contacto e mellorando a estabilidade operativa. Ademais, as chapas de acero galvanizado montadas en ambos os lados da lâmina de contacto producen unha magnetización notable nas condicións de corrente de cortocircuito, xerando forzas atractivas mutuas que refórzan a presión de contacto e melloran fundamentalmente a estabilidade mecánica do mecanismo de apertura/cierre do interruptor.

1.2 Componentes aislantes

No sistema de monitorización de posición, os contactos móbil e estático están montados en soportes magnéticos separados—o contacto móbil está fixado nun buxo aislador de porcelana. Para asegurar a estabilidade mecánica e o aislamento eléctrico entre o contacto móbil e as estruturas metálicas, emprega-se un aislador de varilla de porcelana.

1.3 Estructura base

A base, xeralmente construída cun armazón de acero, serve como plataforma de montaxe para os aisladores de porcelana (ou buxos) e o eixo de transmisión principal. Debe estar correctamente aterrada. Como os interruptores de alta tensión carecen de capacidade de extinción de arco, teñen un punto de ruptura claramente visible cando están abertos, facendo que o seu estado de apertura/cierre sexa visualmente intuitivo.

2. Características das tecnoloxías de monitorización de posición de apertura/cierre

2.1 Tecnoloxía de recoñecemento de imaxes

O recoñecemento de imaxes ofrece vantaxes inerentes en termos de intuición visual e facilidade de implementación. No entanto, debido ao gran volume e variabilidade dos datos de imaxe ambiental nas operacións de subestación, son necesarios algoritmos de recoñecemento inteligente avanzados, especialmente aqueles que implican o procesamento de información de profundidade. Os sistemas de subestación deben identificar con precisión os datos gráficos de diversos dispositivos e extraer características distintivas para servir como base para determinar o estado de posición do interruptor.

2.2 Tecnoloxías de detección modernas

As modernas abordaxes de monitorización utilizan sensores de actitude, sensores ópticos e outros dispositivos de detección avanzados para rastrexar os cambios dinámicos na posición do interruptor durante a operación. Cando se combinan con métodos de detección baseados en contacto tradicionais, forman un criterio de "doble confirmación" para o xuízo de posición, un elemento crítico para a funcionalidade de "control secuencial de un clic" nas subestacións inteligentes.

3. Consideracións clave para a aplicación das tecnoloxías de monitorización de posición de interruptores

Á medida que as subestacións evolucionan cara a unha maior intelixencia, as novas tecnoloxías de monitorización de posición para interruptores de alta tensión tornáronse fundamentais para a infraestrutura de redes eléctricas inteligentes, especialmente para satisfacer as demandas do control secuencial de un clic. Os enxeñeiros deben seleccionar técnicas de monitorización adecuadas baseándose en configuracións específicas do sistema para asegurar un rendemento fiable.

3.1 Tecnoloxía de recoñecemento de imaxes

O recoñecemento de imaxes integra a visión por ordenador co procesamento de información difusa para extraer características distintivas dos datos visuais, satisfacendo as diversas necesidades dos usuarios en diferentes escenarios. Na práctica, a posición do interruptor determinase capturando imaxes do seu estado de apertura/cierre e aplicando algoritmos de cálculo de parámetros inteligentes e procesamento de imaxes para verificar o cumprimento dos estándares operativos.

Non obstante, este método sufre de unha precisión de recoñecemento relativamente baixa e unha alta susceptibilidade á interferencia ambiental (por exemplo, iluminación, pol, tempo), lo que resulta en custos de implementación aumentados. Para abordar isto, os datos de posición en tempo real deben transmitirse a plataformas de monitorización centralizadas. As aplicacións actuais adoitan incorporar robots de inspección de subestacións inteligentes que utilizan modelos computacionais avanzados para lograr unha identificación precisa da posición.

Ademais, para cumprir os requisitos da rede eléctrica chinesa para a verificación de interruptores controlados a distancia, os sistemas de monitorización de imaxes deben integrarse estreitamente coas señales de posición do interruptor. Isto permite unha determinación precisa do estado a través dun proceso de catro etapas: adquisición de imaxes, extracción de características, procesamento de tons de gris e recoñecemento de estado, culminando na carga de datos ao centro de control.

Durante a operación, os métodos de computación en conxunto poden optimizar os datos operativos locais, aínda que a lenta converxencia do sistema segue sendo un desafío. Polo tanto, debe adoptarse o recoñecemento do estado do interruptor baseado na visión mecánica xunto coa lóxica de dobre umbral e o filtrado no dominio espacial para suprimir o ruido e mellorar a extracción de características—melorando así a eficiencia de recoñecemento. Non obstante, os sistemas de videovixilancia requiren unha cobertura comprensiva e multiángulo; de lo contrario, a interferencia electromagnética externa pode comprometer seriamente a fiabilidade da monitorización.

3.2 Tecnoloxía de Detección Óptica

A detección óptica implica a instalación de sensores láser no conxunto de contactos móveis. Un emisor láser dirixe un raio cara a un reflector; cando o interruptor está nunha posición específica, a señal refletida é recibida polo sensor. Se a señal óptica recibida supera un límite predefinido, a señal de saída eléctrica disminúe en consecuencia—permitindo a inferencia da posición baseada na variación da señal.

Para asegurar a calidade operativa, os detectores de láser infravermellos tamén poden monitorizar as diferenzas de temperatura entre os contactos, apoiando o desenvolvemento de sistemas de monitorización inteligentes. Os enxeñeiros implantan configuracións integradas que comprenden emisores láser, reflectores e receptores para sentir sem fios a posición da cabeza de contacto móvel mediante a interrupción do raio de luz.

O estado real do interruptor debe transmitirse aos sistemas de control backend a través de módulos de comunicación. No entanto, esta tecnoloxía require un alineamento extremadamente preciso dos emisores láser, reflectores e sensores—supón importantes desafíos durante a instalación no terreo. Ademais, a distancia de transmisión efectiva está inherentemente limitada. Polo tanto, os enxeñeiros deben refinar as arquitecturas existentes de detección por láser para desenvolver sistemas especializados adaptados a interruptores rotativos horizontais.

Ao analizar as variacións na señal láser recibida, os técnicos poden distinguir de maneira confiable entre os estados aberto e pechado. Os estados de posición do interruptor resúmense na Táboa 1.

Como se mostra na Táboa 1, a tecnoloxía de detección óptica ofrece un método de monitorización nas aplicacións prácticas que é inmune á interferencia electromagnética, o que a fai axeitada para unha ampla gama de entornos e escenarios. No entanto, presenta notables desvantaxes: estabilidade e seguridade relativamente baixas durante a detección do sistema, incapacidade de verificar completamente a calidade do contacto cando o interruptor está en posición pechada, e alta susceptibilidade a condicións meteorolóxicas adversas como choiva, neve, humidade e visibilidade reducida, resultando nunha menor fiabilidade e precisión.

3.3 Tecnoloxía de Detección de Puntos de Contacto

A tecnoloxía de detección de puntos de contacto determina a posición da válvula do interruptor baseándose no principio de funcionamento dos contactos auxiliares. Requiere instalar puntos de contacto auxiliar en posiciones específicas de apertura/pechado do interruptor, con o estado real do interruptor inferido a partir da activación destes contactos.

Durante a operación, os contactos auxiliares poden instalarse tanto en zonas de alta tensión como en zonas de baixa tensión. Cando se colocan na zona de alta tensión, o movemento mecánico xerado pola acción de apertura/pechado do interruptor actúa físicamente sobre os contactos auxiliares. O estado operativo destes contactos auxiliares controla ou indica directamente a posición de apertura ou pechado do interruptor, permitindo unha reflexión altamente precisa do seu estado en tempo real. No entanto, após unha operación prolongada, o desgaste mecánico e a desalineación poden degradar o rendemento, sendo necesarios optimizacións e actualizacións.

Cando se instalan na zona de baixa tensión, o sistema depende de compoñentes móbeis internos dentro do armario de control para activar mecanicamente os contactos auxiliares, completando así a operación básica de apertura/pechado. Este método implica mecanismos de transmisión de múltiples etapas para reflicir o estado da cabeza de contacto. Se algunha parte desta cadea mecánica falla ou funciona mal, o sistema pode non representar correctamente o estado operativo real do interruptor.

4. Tendencias de Desenvolvemento Futuro

Actualmente, as investigacións e os avances tecnolóxicos nos sistemas de monitorización das operacións de interruptores de alta tensión en China están a tornarse cada vez máis comprehensivos. Aínda así, moitas subestacións domésticas seguen a depender de procedementos manuais tradicionais de conmutación. Este enfoque require que os operadores executen cada paso repetidamente no local, resultando en ineficiencias. Incluso para anomalias simples de sinais, os técnicos deben desprazarse física ao lugar. A dependencia a longo prazo de operacións manuais aumenta os riscos de erros humanos, omisións de operacións e velocidades de conmutación lentas.

Con a integración e o avance continuo de tecnoloxías, incluíndo recoñecemento de imaxes, redes de sensores, medida láser e sensor de presión, surxiron unha variedade de métodos para determinar a posición do interruptor. Esta converxencia tecnolóxica proporciona novas direccións de investigación e soporte fundamental para a automatización e a intelixencia de interruptores de alta tensión inteligentes.

5. Conclusión

En resumo, a monitorización da posición de apertura/pechado dos interruptores de alta tensión implica procedementos operativos complexos e variados. A manutención rutinaria aínda depende parcialmente da inspección manual no local para avaliar as condicións operativas en tempo real, e todas as operacións deben adhérirse estritamente aos protocolos técnicos establecidos. A dirección futura está en integrar a intelixencia artificial nos sistemas de monitorización para lograr finalmente a detección de posición intelixente, autónoma e fiable, abrindo camiño á infraestrutura de subestacións intelixentes de próxima xeración.