Technologia monitorowania pozycji otwartej/zamkniętej wysokonapiowych wyłączników rozdzielczych

W kontekście wysokosprawdzeniowego działania systemów energetycznych, mechanizm otwierania i zamykania wysokonapięciowych rozłączników w podstacjach napotyka na wyzwania takie jak skomplikowane procedury operacyjne, duże obciążenie pracą oraz niska efektywność operacji. Dzięki postępom w technologiach rozpoznawania obrazów i innowacjom sensorycznym, nowoczesne inteligentne podstacje wymagają teraz wyższych standardów technicznych do monitorowania pozycji otwartej/zamkniętej wysokonapięciowych rozłączników podczas rozwoju infrastruktury.

Integracja technologii Internetu Rzeczy (IoT) i komunikacji bezprzewodowej w sprzęcie energetycznym znacznie zwiększyła poziom automatyzacji i inteligencji systemów wysokonapięciowych rozłączników—zgodnie z przyszłymi wymaganiami dla rozwoju inteligentnych sieci i podstacji. Dlatego też jest kluczowe dalsze badanie najważniejszych aspektów zastosowania technologii monitorowania pozycji dla operacji wysokonapięciowych rozłączników, opartych na ich wewnętrznej strukturze i charakterystyce technicznej.

1. Wewnętrzna struktura wysokonapięciowych rozłączników

1.1 Komponenty przewodzące

Podczas operacji otwierania/zamykania, nieruchoma końcówka kontaktowa wysokonapięciowego rozłącznika jest głównie wykonana z płyt miedzianych. Dwie takie płyty miedziane są połączone, tworząc ostrzęgi kontaktowe, które obracają się wokół centralnej osi, umożliwiając monitorowanie stanu. Gdy zamknięte, ta konstrukcja mocno chwyta nieruchomą głowicę kontaktową. Między dwiema płytami miedzianymi jest zamontowana sprężyna ścinająca, która reguluje ciśnienie kontaktowe między ruchomym a nieruchomym kontaktem.

Podczas operacji, gdy prądy płyną w tym samym kierunku przez obie płyty, powstaje między nimi elektromagnetyczna atrakcja, co zwiększa ciśnienie kontaktowe i poprawia stabilność operacyjną. Ponadto blachy stalowe galwanizowane zamontowane po obu stronach ostrzeg kontaktowych wykazują zauważalną magnetyzację w warunkach prądu zwarciowego, generując wzajemne siły przyciągające, które dodatkowo wzmacniają ciśnienie kontaktowe i fundamentalnie poprawiają mechaniczną stabilność mechanizmu otwierania/zamykania rozłącznika.

1.2 Komponenty izolujące

W systemie monitorowania pozycji, ruchome i nieruchome kontakty są zamontowane na oddzielnych podstawach magnetycznych—ruchomy kontakt jest zamocowany na izolatorze porcelanowym. Aby zapewnić mechaniczną stabilność i izolację elektryczną między ruchomym kontaktem a strukturami metalowymi, stosuje się izolator porcelanowy o kształcie pręta.

1.3 Struktura bazowa

Baza, zwykle wykonana z ramy stalowej, służy jako platforma montażowa dla izolatorów porcelanowych (lub bushingów) i głównego wału napędowego. Musi być prawidłowo zazemblowana. Ponieważ wysokonapięciowe rozłączniki nie mają zdolności gaszenia łuku, mają wyraźnie widoczny punkt przerwy, gdy są otwarte, co czyni ich status otwarty/zamknięty intuicyjnie widoczny.

2. Charakterystyka technologii monitorowania pozycji otwartej/zamkniętej

2.1 Technologia rozpoznawania obrazów

Rozpoznawanie obrazów oferuje naturalne zalety wizualnej intuicyjności i łatwego wdrożenia. Jednak ze względu na dużą ilość i zmienną naturę danych obrazowych z otoczenia w operacjach podstacji, wymagane są zaawansowane inteligentne algorytmy rozpoznawania, szczególnie te, które obejmują przetwarzanie informacji o głębokości. Systemy podstacji muszą precyzyjnie identyfikować dane graficzne z różnych urządzeń i ekstrahować charakterystyczne cechy, aby służyć jako podstawa do określania statusu pozycji rozłącznika.

2.2 Nowoczesne technologie sensoryczne

Nowoczesne podejścia do monitorowania wykorzystują czujniki orientacji, czujniki optyczne i inne zaawansowane urządzenia sensoryczne, aby śledzić dynamiczne zmiany pozycji rozłącznika podczas operacji. Połączone z tradycyjnymi metodami detekcji opartymi na kontaktach, tworzą one kryterium „podwójnego potwierdzenia” dla oceny pozycji—kluczowe do realizacji funkcji „jednopiętrowego sterowania sekwencyjnego” w inteligentnych podstacjach.

3. Kluczowe zagadnienia dotyczące zastosowania technologii monitorowania pozycji rozłączników

Z biegiem ewolucji podstacji ku większej inteligencji, nowej generacji technologii monitorowania pozycji wysokonapięciowych rozłączników stało się kluczowe dla infrastruktury inteligentnych sieci—szczególnie do spełnienia potrzeb jednopiętrowego sterowania sekwencyjnego. Inżynierowie muszą wybierać odpowiednie techniki monitorowania w zależności od konkretnych konfiguracji systemów, aby zapewnić niezawodne działanie.

3.1 Technologia rozpoznawania obrazów

Rozpoznawanie obrazów integruje wizję komputerową z przetwarzaniem rozmytych informacji, aby ekstrahować charakterystyczne cechy z danych wizualnych, spełniając różnorodne wymagania użytkowników w różnych scenariuszach. W praktyce pozycja rozłącznika jest określana poprzez przechwytywanie obrazów jego stanu otwartego/zamkniętego i zastosowanie inteligentnych algorytmów obliczeniowych i przetwarzania obrazów, aby zweryfikować zgodność z normami operacyjnymi.

Jednakże ten sposób cierpi na stosunkowo niską dokładność rozpoznawania i dużą podatność na zakłócenia środowiskowe (np. oświetlenie, kurz, pogoda), co prowadzi do wzrostu kosztów wdrożenia. Aby to rozwiązać, dane pozycji w czasie rzeczywistym muszą być przesyłane do centralnych platform monitorujących. Obecne zastosowania często wykorzystują inteligentne roboty inspekcyjne w podstacjach, które używają zaawansowanych modeli obliczeniowych do osiągnięcia precyzyjnego identyfikowania pozycji.

Ponadto, aby spełnić wymagania chińskiej sieci energetycznej dotyczące zdalnej weryfikacji rozłączników, systemy monitorowania obrazowego muszą być ściśle zintegrowane z sygnałami pozycji przełączników. To umożliwia dokładne określanie stanu poprzez czterostopniowy proces: przechwytywanie obrazu, ekstrakcję cech, przetwarzanie skal szarości i rozpoznawanie stanu—zakończone przesłaniem danych do centrum sterowania.

Podczas działania metody obliczeń złożonych mogą optymalizować lokalne dane operacyjne, choć wolna konwergencja systemu pozostaje wyzwaniem. Dlatego powinno się stosować rozpoznawanie stanu przełącznika oparte na wizji mechanicznej wraz z logiką podwójnego progowego i filtracją w dziedzinie przestrzennej, aby tłumaczyć szum i ulepszać ekstrakcję cech—co prowadzi do zwiększenia efektywności rozpoznawania. Niemniej jednak systemy monitorowania wideo wymagają kompleksowego, wielokątowego pokrycia; w przeciwnym razie, zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne mogą poważnie naruszyć niezawodność monitorowania.

3.2 Technologia czujników optycznych

Czujniki optyczne polegają na montażu czujników laserowych na zestawie kontaktów ruchomych. Emitter laserowy kieruje promień w stronę odbiornika; gdy odłącznik znajduje się w określonej pozycji, sygnał odbity jest odebrany przez czujnik. Jeśli otrzymany sygnał optyczny przekracza określony próg, sygnał elektryczny wyjściowy maleje odpowiednio—umożliwiając wnioskowanie o położeniu na podstawie zmiany sygnału.

Aby zapewnić jakość pracy, detektory laserowe podczerwone mogą również monitorować różnice temperatur między kontaktami, wspierając rozwój inteligentnych systemów monitorowania. Inżynierowie wdrażają zintegrowane układy składające się z emitujących laserów, odbiorników i czujników, aby bezprzewodowo wykrywać położenie główki kontaktu ruchomego poprzez przerwanie wiązki światła.

Stan odłącznika w czasie rzeczywistym musi być przesyłany do systemów kontrolnych zaplecza za pomocą modułów komunikacyjnych. Jednak ta technologia wymaga niezwykle precyzyjnego ustawienia emitujących laserów, odbiorników i czujników—stanowiąc istotne wyzwanie podczas montażu w terenie. Ponadto skuteczny dystans transmisji jest z natury ograniczony. Dlatego inżynierowie powinni udoskonalić istniejące architektury czujników laserowych, aby opracować specjalistyczne systemy dostosowane do poziomo obrotowych odłączników.

Analizując zmiany w otrzymanym sygnale laserowym, technicy mogą niezawodnie odróżniać stany otwarte i zamknięte. Stany położenia odłącznika są podsumowane w tabeli 1.

Jak pokazano w tabeli 1, technologia optycznego zmysłu oferuje metodę monitorowania w praktycznych zastosowaniach, która jest odporna na zakłócenia elektromagnetyczne, co czyni ją odpowiednią dla szerokiego zakresu środowisk i scenariuszy. Niemniej jednak ma znaczące wady: stosunkowo niska stabilność i bezpieczeństwo podczas detekcji systemu, niezdolność do pełnej weryfikacji jakości kontaktu, gdy rozłącznik jest w pozycji zamkniętej, oraz wysoka wrażliwość na niekorzystne warunki pogodowe, takie jak deszcz, śnieg, wilgotność i słaba widoczność – co prowadzi do obniżenia niezawodności i dokładności.

3.3 Technologia detekcji punktu kontaktowego

Technologia detekcji punktu kontaktowego określa położenie zaworu rozłącznika na podstawie zasady działania pomocniczych kontaktów. Wymaga to montażu punktów kontaktowych w określonych pozycjach otwarcia/zamknięcia rozłącznika, z rzeczywistym stanem przełącznika wnioskowanym z zaangażowania tych kontaktów.

Podczas pracy, pomocnicze kontakty mogą być montowane zarówno w strefie wysokiego, jak i niskiego napięcia. Gdy są umieszczone w strefie wysokiego napięcia, mechaniczny ruch generowany przez działanie otwierania/zamykania rozłącznika fizycznie aktywuje pomocnicze kontakty. Stan operacyjny tych pomocniczych kontaktów bezpośrednio kontroluje lub wskazuje pozycję otwartej lub zamkniętej rozłącznika, umożliwiając bardzo dokładne odzwierciedlenie jego rzeczywistego stanu. Jednak po długotrwałej eksploatacji, zużycie mechaniczne i niewłaściwe ustawienie mogą spowodować degradację wydajności, co wymaga optymalizacji i modernizacji.

Gdy są montowane w strefie niskiego napięcia, system polega na wewnętrznych elementach ruchomych w szafie sterowniczej, które mechanicznie uruchamiają pomocnicze kontakty, uzupełniając podstawową operację otwarcia/zamknięcia. Ta metoda obejmuje wielostopniowe mechanizmy przekazywania, aby odzwierciedlić stan główki kontaktowej. Jeśli którykolwiek element w tej łańcuchu mechanicznym ulegnie awarii lub nieprawidłowemu działaniu, system może nieprecyzyjnie przedstawiać prawdziwy stan operacyjny rozłącznika.

4. Tendencje rozwojowe w przyszłości

Obecnie badania i postępy technologiczne w systemach monitorowania operacji rozłączników wysokiego napięcia w Chinach stają się coraz bardziej kompleksowe. Mimo to wiele krajowych podstacji nadal polega na tradycyjnych procedurach ręcznego przełączania. Ten podejście wymaga, aby operatorzy wielokrotnie wykonali każdą czynność na miejscu, co prowadzi do nieefektywności. Nawet w przypadku prostych anomalii sygnałów technicy muszą fizycznie przybyć na miejsce. Długotrwała zależność od ręcznych operacji zwiększa ryzyko błędów ludzkich, pominięcia operacji i wolnych prędkości przełączania.

Z bieżącą integracją i postępami technologii, w tym rozpoznawania obrazów, sieci czujników, pomiarów laserowych i czujników ciśnienia, pojawił się różnorodny zestaw metod określania pozycji rozłącznika. Ta technologiczna konwergencja dostarcza nowe kierunki badań i podstawowe wsparcie dla automatyzacji i inteligentności inteligentnych rozłączników wysokiego napięcia.

5. Podsumowanie

Podsumowując, monitorowanie pozycji otwarcia/zamknięcia rozłączników wysokiego napięcia obejmuje skomplikowane i zróżnicowane procedury operacyjne. Codzienne utrzymanie wciąż częściowo zależy od ręcznej inspekcji na miejscu, aby ocenić rzeczywiste warunki operacyjne, a wszystkie operacje muszą ściśle przestrzegać ustalonych protokołów technicznych. Przyszły kierunek leży w integracji sztucznej inteligencji do systemów monitorowania, aby ostatecznie osiągnąć inteligentną, autonomiczną i niezawodną detekcję pozycji – otwierając drogę do infrastruktury inteligentnych podstacji następnego pokolenia.