Tecnologia di Monitoraggio per la Posizione Aperta/Chiusa dei Disgiuntori Ad Alta Tensione

Nel contesto dell'operazione ad alta velocità dei sistemi elettrici, il meccanismo di apertura e chiusura degli interruttori ad alta tensione nelle sottostazioni si trova di fronte a sfide come procedure operative complesse, carichi di lavoro elevati ed efficienza operativa bassa. Con l'avanzamento delle tecnologie di riconoscimento delle immagini e le innovazioni nei sensori, le moderne sottostazioni intelligenti richiedono standard tecnici più elevati per il monitoraggio della posizione di apertura/chiusura degli interruttori ad alta tensione durante lo sviluppo delle infrastrutture.

L'integrazione delle tecnologie di sensore Internet of Things (IoT) e comunicazione wireless negli equipaggiamenti elettrici ha significativamente migliorato i livelli di automazione e intelligenza dei sistemi di interruttori ad alta tensione, allineandosi con i requisiti futuri per lo sviluppo di reti intelligenti e sottostazioni. Pertanto, è essenziale indagare ulteriormente sugli aspetti chiave dell'applicazione delle tecnologie di monitoraggio della posizione per le operazioni degli interruttori ad alta tensione, basandosi sulla loro struttura interna e caratteristiche tecniche.

1. Struttura interna degli interruttori ad alta tensione

1.1 Componenti conduttori

Durante le operazioni di apertura/chiusura, la terminale del contatto statico di un interruttore ad alta tensione è principalmente costruita da lastre di rame. Due tali lastre di rame sono interconnesse per formare una lama di contatto, che ruota attorno a un asse centrale per consentire il monitoraggio dello stato. Quando chiuso, questo insieme si aggancia saldamente alla testa del contatto statico. Una molla di compressione è installata tra le due lastre di rame per regolare la pressione di contatto tra i contatti mobile e statico.

Durante l'operazione, quando le correnti scorrono nella stessa direzione attraverso entrambe le lastre, viene generata un'attrazione elettromagnetica tra di esse, aumentando la pressione di contatto e migliorando la stabilità operativa. Inoltre, le lamierate galvanizzate montate su entrambi i lati della lama di contatto producono una magnetizzazione notevole in condizioni di corrente di cortocircuito, generando forze attrattive reciproche che rinforzano ulteriormente la pressione di contatto e migliorano fondamentalmente la stabilità meccanica del meccanismo di apertura/chiusura dell'interruttore.

1.2 Componenti isolanti

Nel sistema di monitoraggio della posizione, i contatti mobile e statico sono montati su supporti magnetici separati - il contatto mobile è fissato su un involucro isolante in porcellana. Per garantire la stabilità meccanica e l'isolamento elettrico tra il contatto mobile e le strutture metalliche, viene utilizzato un isolatore a bacchetta in porcellana.

1.3 Struttura di base

La base, solitamente costruita con una struttura in acciaio, funge da piattaforma di montaggio per gli isolatori in porcellana (o involucri) e l'albero motore principale. Deve essere adeguatamente messa a terra. Poiché gli interruttori ad alta tensione non hanno capacità di spegnimento dell'arco, presentano un punto di interruzione visibile quando aperti, rendendo intuitivo lo stato di apertura/chiusura.

2. Caratteristiche delle tecnologie di monitoraggio della posizione di apertura/chiusura

2.1 Tecnologia di riconoscimento delle immagini

Il riconoscimento delle immagini offre vantaggi intrinseci in termini di intuitività visiva e facilità di implementazione. Tuttavia, a causa del grande volume e variabilità dei dati di immagine ambientale nelle operazioni di sottostazione, sono necessari algoritmi di riconoscimento intelligente avanzati, in particolare quelli che coinvolgono il trattamento delle informazioni in profondità. I sistemi di sottostazione devono identificare accuratamente i dati grafici da vari dispositivi ed estrarre caratteristiche distintive per servire come base per determinare lo stato della posizione dell'interruttore.

2.2 Tecnologie di sensore moderne

Le moderne approcci di monitoraggio sfruttano sensori di assetto, sensori ottici e altri dispositivi di sensore avanzati per tracciare i cambiamenti dinamici della posizione dell'interruttore durante l'operazione. Quando combinati con metodi di rilevamento tradizionali basati sui contatti, formano un criterio di "doppia conferma" per il giudizio della posizione, un elemento critico per la funzionalità di "controllo sequenziale a un clic" nelle sottostazioni intelligenti.

3. Considerazioni chiave per l'applicazione delle tecnologie di monitoraggio della posizione degli interruttori

Con l'evoluzione delle sottostazioni verso una maggiore intelligenza, le nuove tecnologie di monitoraggio della posizione per gli interruttori ad alta tensione sono diventate fondamentali per l'infrastruttura delle reti intelligenti, specialmente per soddisfare le esigenze del controllo sequenziale a un clic. Gli ingegneri devono selezionare tecniche di monitoraggio appropriate in base alle specifiche configurazioni del sistema per garantire prestazioni affidabili.

3.1 Tecnologia di riconoscimento delle immagini

Il riconoscimento delle immagini integra la visione artificiale con il trattamento delle informazioni sfocate per estrarre caratteristiche distinte dai dati visivi, soddisfacendo diverse esigenze degli utenti in vari scenari. Nella pratica, la posizione dell'interruttore viene determinata acquisendo immagini del suo stato di apertura/chiusura e applicando algoritmi di calcolo dei parametri intelligenti e di elaborazione delle immagini per verificare la conformità agli standard operativi.

Tuttavia, questo metodo soffre di una precisione di riconoscimento relativamente bassa e di una forte suscettibilità all'interferenza ambientale (ad esempio, illuminazione, polvere, condizioni meteorologiche), portando a costi di implementazione aumentati. Per affrontare questo problema, i dati di posizione in tempo reale devono essere trasmessi alle piattaforme di monitoraggio centralizzate. Le applicazioni attuali spesso incorporano robot di ispezione di sottostazioni intelligenti che utilizzano modelli computazionali avanzati per ottenere un'identificazione precisa della posizione.

Inoltre, per soddisfare i requisiti della rete elettrica cinese per la verifica a distanza della posizione degli interruttori, i sistemi di monitoraggio delle immagini devono essere strettamente integrati con i segnali della posizione degli interruttori. Ciò consente una determinazione accurata dello stato attraverso un processo in quattro fasi: acquisizione delle immagini, estrazione delle caratteristiche, elaborazione in scala di grigi e riconoscimento dello stato, culminando nel caricamento dei dati al centro di controllo.

Durante l'operazione, i metodi di calcolo ensemble possono ottimizzare i dati operativi locali, sebbene la lenta convergenza del sistema rimanga una sfida. Pertanto, dovrebbe essere adottato un riconoscimento dello stato dell'interruttore basato sulla visione meccanica, insieme alla logica a doppia soglia e al filtraggio nello spazio delle fasi per sopprimere il rumore e migliorare l'estrazione delle caratteristiche—migliorando così l'efficienza del riconoscimento. Tuttavia, i sistemi di videosorveglianza richiedono una copertura completa e multiangolare; in caso contrario, le interferenze elettromagnetiche esterne potrebbero compromettere gravemente l'affidabilità del monitoraggio.

3.2 Tecnologia di sensore ottico

La sensazione ottica prevede l'installazione di sensori laser sull'insieme dei contatti mobili. Un emettitore laser dirige un fascio verso un riflesso; quando l'interruttore è in una posizione specifica, il segnale riflesso viene ricevuto dal sensore. Se il segnale ottico ricevuto supera una soglia predefinita, il segnale di uscita elettrico diminuisce di conseguenza—permettendo l'inferenza della posizione in base alla variazione del segnale.

Per garantire la qualità operativa, i rilevatori laser infrarossi possono anche monitorare le differenze di temperatura tra i contatti, supportando lo sviluppo di sistemi di monitoraggio intelligenti. Gli ingegneri distribuiscono configurazioni integrate composte da emettitori laser, riflettori e ricevitori per sensare wireless la posizione della testa del contatto mobile tramite interruzione del fascio luminoso.

Lo stato in tempo reale dell'interruttore deve essere trasmesso ai sistemi di controllo backend attraverso moduli di comunicazione. Tuttavia, questa tecnologia richiede un allineamento estremamente preciso degli emettitori laser, dei riflettori e dei sensori—ponendo significative sfide durante l'installazione sul campo. Inoltre, la distanza di trasmissione efficace è intrinsecamente limitata. Pertanto, gli ingegneri dovrebbero perfezionare le architetture esistenti di rilevamento laser per sviluppare sistemi specializzati adatti agli interruttori rotanti orizzontalmente.

Analizzando le variazioni del segnale laser ricevuto, i tecnici possono distinguere in modo affidabile tra stati aperti e chiusi. Gli stati della posizione dell'interruttore sono riassunti nella Tabella 1.

Come mostrato nella Tabella 1, la tecnologia di sensore ottico offre un approccio di monitoraggio nelle applicazioni pratiche che è immune all'interferenza elettromagnetica, rendendola adatta a una vasta gamma di ambienti e scenari. Tuttavia, presenta notevoli svantaggi: stabilità e sicurezza relativamente basse durante la rilevazione del sistema, incapacità di verificare pienamente la qualità del contatto quando l'interruttore è in posizione chiusa, e alta suscettibilità alle condizioni atmosferiche avverse come pioggia, neve, umidità e scarsa visibilità, il che porta a una riduzione della affidabilità e precisione.

3.3 Tecnologia di rilevamento del punto di contatto

La tecnologia di rilevamento del punto di contatto determina la posizione della valvola disgiuntore in base al principio operativo dei contatti ausiliari. Richiede l'installazione di punti di contatto ausiliari in posizioni specifiche di apertura/chiusura del disgiuntore, con lo stato effettivo dell'interruttore dedotto dall'ingaggio di questi contatti.

Durante l'operazione, i contatti ausiliari possono essere installati sia in zone ad alta tensione che in zone a bassa tensione. Quando collocati nell'area ad alta tensione, il movimento meccanico generato dall'apertura/chiusura del disgiuntore attiva fisicamente i contatti ausiliari. Lo stato operativo di questi contatti ausiliari controlla o indica direttamente la posizione aperta o chiusa del disgiuntore, consentendo una riflessione altamente accurata dello stato in tempo reale. Tuttavia, dopo un lungo periodo di funzionamento, l'usura e la disallineazione meccanica possono degradare le prestazioni, richiedendo ottimizzazione e aggiornamenti.

Quando installati nella zona a bassa tensione, il sistema si basa su componenti mobili interni all'armadio di controllo per attivare meccanicamente i contatti ausiliari, completando così l'operazione di base di apertura/chiusura. Questo metodo implica meccanismi di trasmissione multi-stadio per riflettere lo stato della testa di contatto. Se qualsiasi componente in questa catena meccanica fallisce o malfunziona, il sistema potrebbe non rappresentare in modo accurato lo stato operativo reale del disgiuntore.

4. Tendenze future dello sviluppo

Attualmente, la ricerca e gli avanzamenti tecnologici nei sistemi di monitoraggio delle operazioni dei disgiuntori ad alta tensione in Cina stanno diventando sempre più completi. Tuttavia, molte centrali elettriche nazionali dipendono ancora da procedure di commutazione manuale tradizionali. Questo approccio richiede agli operatori di eseguire ripetutamente ogni passaggio sul posto, causando inefficienze. Anche per anomalie di segnale semplici, i tecnici devono recarsi fisicamente sul luogo. La dipendenza a lungo termine dalle operazioni manuali aumenta i rischi di errori umani, omissioni e velocità di commutazione lente.

Con l'integrazione e l'avanzamento continuo di tecnologie, tra cui riconoscimento di immagini, reti di sensori, misurazione laser e sensore di pressione, è emersa una varietà di metodi per determinare la posizione del disgiuntore. Questa convergenza tecnologica fornisce nuove direzioni di ricerca e supporto fondamentale per l'automazione e l'intelligenza dei disgiuntori ad alta tensione intelligenti.

5. Conclusione

In sintesi, il monitoraggio della posizione di apertura/chiusura dei disgiuntori ad alta tensione comporta procedure operative complesse e varie. La manutenzione ordinaria dipende ancora parzialmente dall'ispezione manuale sul posto per valutare le condizioni operative in tempo reale, e tutte le operazioni devono conformarsi rigorosamente ai protocolli tecnici stabiliti. La direzione futura sta nell'integrazione dell'intelligenza artificiale nei sistemi di monitoraggio per raggiungere infine un rilevamento della posizione intelligente, autonomo e affidabile, aprendo la strada all'infrastruttura di sottostazioni intelligenti di prossima generazione.