高電圧分離スイッチの開閉位置監視技術

電力システムの高速運転において、変電所の高圧遮断器の開閉機構は複雑な操作手順、大きな作業負荷、低い操作効率などの課題に直面しています。画像認識技術とセンサーの革新により、現代のスマート変電所ではインフラ開発中に高圧遮断器の開閉位置を監視するための技術基準がより高いレベルを求められています。

電力IoT（Internet of Things）センシング技術と無線通信の電力設備への統合は、高圧遮断器システムの自動化と知能化のレベルを大幅に向上させています—これはスマートグリッドおよび変電所の将来の要件に対応しています。したがって、高圧遮断器の操作における位置監視技術の主要な適用側面について、その内部構造と技術的特性に基づいてさらに調査することが重要です。

1. 高圧遮断器の内部構造

1.1 導体部品

開閉操作中、高圧遮断器の静止接触端子は主に銅板で構成されています。これらの2つの銅板は接触ブレードを形成し、中央軸を中心に回転することで状態監視が可能になります。閉じた状態では、この組み立てが静止接触頭にしっかりと固定されます。2つの銅板間に圧縮ばねを設置して、動接触と静止接触間の接触圧力を調整します。

操作中、両板に同じ方向の電流が流れると、それらの間に電磁吸引力が生じ、接触圧力が増加し、操作の安定性が向上します。また、接触ブレードの両側に取り付けられた亜鉛メッキ鋼板は、短絡電流条件下で顕著な磁化を生じ、相互に引き合う力を生成し、接触圧力をさらに強化し、遮断器の開閉機構の機械的安定性を根本的に改善します。

1.2 絶縁部品

位置監視システムでは、動接触と静止接触はそれぞれ別の磁気支持体に取り付けられます—動接触は磁器絶縁ブッシングに固定されます。動接触と金属構造との間の機械的安定性と電気的絶縁を確保するために、磁器引き棒絶縁体を使用します。

1.3 基盤構造

通常、鋼製フレームで構成される基盤は、磁器絶縁体（またはブッシング）と主駆動軸の取り付けプラットフォームとして機能します。適切に接地する必要があります。高圧遮断器には消弧能力がないため、開いたときに明確な切断点があり、開閉状態が視覚的に直感的です。

2. 開閉位置監視技術の特徴

2.1 画像認識技術

画像認識は視覚的な直感性と実装の容易さという固有の利点を持っています。しかし、変電所運転中の環境画像データの大量と多様性のために、特に深度情報処理を含む高度な知能認識アルゴリズムが必要となります。変電所システムは、さまざまな装置からのグラフィカルデータを正確に識別し、特徴的な要素を抽出して、遮断器の位置状態を決定する基盤とする必要があります。

2.2 現代のセンシング技術

現代の監視アプローチでは、姿勢センサー、光センサー、その他の高度なセンシングデバイスを使用して、操作中の遮断器の位置の動的変化を追跡します。伝統的な接触検出方法と組み合わせることで、「二重確認」基準を形成し、スマート変電所の「ワンクリック逐次制御」機能の重要な推進力となります。

3. 遮断器位置監視技術の主要な適用考慮事項

変電所がより高度な知能化へと進化するにつれて、新世代の高圧遮断器の位置監視技術はスマートグリッドインフラにとって不可欠となり、特にワンクリック逐次制御の要求を満たすために重要です。エンジニアは、特定のシステム構成に基づいて適切な監視技術を選択し、信頼性のあるパフォーマンスを確保する必要があります。

3.1 画像認識技術

画像認識はコンピュータビジョンと曖昧情報処理を統合し、視覚データから特徴的な要素を抽出して、さまざまなシナリオでの多様なユーザ要件を満たします。実際には、遮断器の位置はその開閉状態の画像をキャプチャし、知能パラメータ計算と画像処理アルゴリズムを適用して、操作標準への適合を確認することによって決定されます。

ただし、この方法は認識精度が比較的低く、環境干渉（照明、粉塵、天候など）に対して脆弱であるため、導入コストが増加します。これを解決するためには、リアルタイムの位置データを集中監視プラットフォームに送信する必要があります。現在のアプリケーションでは、しばしば高度な計算モデルを使用して正確な位置識別を達成するスマート変電所検査ロボットが組み込まれています。

さらに、中国の電力網のリモート制御された遮断器の検証要件を満たすためには、画像監視システムをスイッチ位置信号と緊密に統合する必要があります。これにより、画像取得、特徴抽出、グレースケール処理、状態認識という4段階のプロセスを通じて正確な状態判定が可能になり、データは制御センターにアップロードされます。

運転中、アンサンブル計算法は局所的な運用データを最適化することができますが、システムの収束が遅いという課題があります。したがって、機械ビジョンに基づくスイッチ状態認識と二重閾値論理、空間領域フィルタリングを組み合わせてノイズを抑制し、特徴抽出を強化することで認識効率を向上させるべきです。しかし、ビデオ監視システムでは包括的で多角的なカバレッジが必要であり、そうでない場合外部電磁干渉が監視の信頼性を大幅に損なう可能性があります。

3.2 光センシング技術

光センシングは、移動接触アセンブリにレーザーセンサーを設置することを含みます。レーザー発射器はビームを反射板に向けて発射し、分離装置が特定の位置にあるとき、反射された信号がセンサーによって受信されます。受信した光信号が予め定義された閾値を超えると、電気出力信号がそれに応じて減少します—これにより信号の変動に基づいて位置を推測することができます。

動作品質を確保するためには、赤外線レーザーデテクターを使用して接触部の温度差を監視することも可能です。これにより知能監視システムの開発を支援できます。エンジニアはレーザー発射器、反射板、受信機を組み合わせた統合セットアップを展開し、光ビームの遮断を通じて無線で移動接触ヘッドの位置を感知します。

リアルタイムの分離装置の状態は通信モジュールを通じてバックエンド制御システムに送信されなければなりません。しかし、この技術はレーザー発射器、反射板、センサーの非常に正確なアライメントを必要とし、現場での設置時に大きな課題となります。また、効果的な伝送距離には本質的な制限があります。したがって、エンジニアは既存のレーザーセンシングアーキテクチャを改良し、水平回転式分離装置に特化した専用システムを開発すべきです。

受信したレーザーシグナルの変動を分析することで、技術者は開閉状態を確実に区別することができます。分離装置の位置状態は表1にまとめられています。

表1に示すように、光センシング技術は実用的なアプリケーションにおいて電磁干渉に対して免疫があり、幅広い環境とシナリオに適しています。しかし、この技術には顕著な欠点があります：システム検出時の相対的に低い安定性と安全性、分離器が閉位置にあるときの接触品質を完全に確認できないこと、雨、雪、湿度、視界不良などの悪天候に対する高い感受性—これらは信頼性と精度を低下させます。

3.3 接触点検出技術

接触点検出技術は、補助接点の動作原理に基づいて分離弁の位置を決定します。これは、分離器の特定の開閉位置に補助接点を設置し、これらの接点の接続状態から実際のスイッチの状態を推測するものです。

操作中、補助接点は高圧または低圧ゾーンのいずれかに設置することができます。高圧領域に配置された場合、分離器の開閉動作によって生成される機械的な動きが補助接点を物理的に駆動します。これらの補助接点の動作状態は直接的にまたは指示として分離器の開閉位置を制御し、そのリアルタイムの状態を非常に正確に反映します。しかし、長期間の使用により機械的な摩耗やずれが性能を低下させる可能性があり、最適化とアップグレードが必要となります。

低圧ゾーンに設置された場合、システムは制御盤内の内部移動部品を通じて補助接点を機械的にトリガーすることで基本的な開閉動作を完了します。この方法では、多段階の伝送機構を通じて接触頭の状態を反映します。この機械的な連鎖の中で何らかの部品が故障または誤動作した場合、システムは分離器の真の動作状態を正確に表現できない可能性があります。

4. 将来の発展トレンド

現在、中国における高圧分離器操作の監視システムに関する研究と技術進歩はますます包括的になっています。しかしながら、多くの国内変電所は依然として従来の手動切り替え手続きに依存しています。このアプローチでは、オペレーターが現場で各ステップを繰り返し実行する必要があり、効率が低下します。単純な信号異常でも、技術者が実際に場所まで赴く必要があります。長期的な手動操作への依存は、人間のエラー、見落とし、そして遅い切り替え速度のリスクを増加させます。

画像認識、センサーネットワーク、レーザー計測、圧力センシングなどの技術の継続的な統合と進歩とともに、分離器の位置を決定するための多様な方法が生まれています。これらの技術の収束は、スマート高圧分離器の自動化と知能化のための新しい研究方向と基礎的な支援を提供します。

5. 結論

要するに、高圧分離器の開閉位置の監視は複雑かつ多様な操作手続きを伴います。日常的なメンテナンスはまだ部分的に現場での手動検査に依存しており、すべての操作は確立された技術プロトコルに厳格に従う必要があります。将来の方向性は、監視システムに人工知能を組み込むことで最終的に知能的、自律的、信頼性のある位置検出を達成し、次世代のスマート変電所インフラの道を開くことです。