Tecnologia de Monitoramento para Posição Aberta/Fechada de Disjuntores de Alta Tensão

No contexto da operação de alta velocidade dos sistemas de energia, o mecanismo de abertura e fechamento dos desligadores de alta tensão nas subestações enfrenta desafios como procedimentos operacionais complexos, grande volume de trabalho e baixa eficiência operacional. Com o avanço das tecnologias de reconhecimento de imagem e inovações em sensores, as subestações inteligentes modernas agora exigem padrões técnicos mais elevados para monitorar as posições de abertura/fechamento dos desligadores de alta tensão durante o desenvolvimento da infraestrutura.

A integração de tecnologias de IoT (Internet das Coisas) de energia e comunicação sem fio nos equipamentos de energia aumentou significativamente os níveis de automação e inteligência dos sistemas de desligadores de alta tensão—alinhando-se com os requisitos futuros para o desenvolvimento de redes inteligentes e subestações. Portanto, é essencial investigar ainda mais os principais aspectos de aplicação das tecnologias de monitoramento de posição para as operações de desligadores de alta tensão, com base em sua estrutura interna e características técnicas.

1. Estrutura Interna dos Desligadores de Alta Tensão

1.1 Componentes Condutivos

Durante as operações de abertura/fechamento, o terminal de contato estático do desligador de alta tensão é construído principalmente a partir de placas de cobre. Duas dessas placas de cobre são interconectadas para formar uma lâmina de contato, que gira em torno de um eixo central para permitir o monitoramento do estado. Quando fechado, essa montagem prende-se firmemente na cabeça de contato estático. Uma mola de compressão é instalada entre as duas placas de cobre para regular a pressão de contato entre os contatos móveis e estáticos.

Durante a operação, quando correntes fluem na mesma direção através de ambas as placas, é gerada uma atração eletromagnética entre elas, aumentando a pressão de contato e melhorando a estabilidade operacional. Além disso, chapas de aço galvanizado montadas em ambos os lados da lâmina de contato produzem magnetização notável sob condições de corrente de curto-circuito, gerando forças atrativas mútuas que reforçam ainda mais a pressão de contato e fundamentalmente melhoram a estabilidade mecânica do mecanismo de abertura/fechamento do desligador.

1.2 Componentes Isolantes

No sistema de monitoramento de posição, os contatos móveis e estáticos são montados em suportes magnéticos separados—o contato móvel é fixado em um tubo isolador de porcelana. Para garantir a estabilidade mecânica e o isolamento elétrico entre o contato móvel e as estruturas metálicas, utiliza-se um isolador de haste de porcelana.

1.3 Estrutura de Base

A base, geralmente construída a partir de uma estrutura de aço, serve como plataforma de montagem para os isoladores de porcelana (ou tubos) e o eixo principal de acionamento. Deve ser adequadamente aterrada. Como os desligadores de alta tensão não possuem capacidade de extinção de arco, apresentam um ponto de interrupção visível quando abertos, tornando seu estado de abertura/fechamento visualmente intuitivo.

2. Características das Tecnologias de Monitoramento de Posição de Abertura/Fechamento

2.1 Tecnologia de Reconhecimento de Imagem

O reconhecimento de imagem oferece vantagens inerentes em termos de intuitividade visual e facilidade de implementação. No entanto, devido ao grande volume e variabilidade dos dados de imagem ambiental nas operações de subestação, são necessários algoritmos de reconhecimento inteligente avançados, especialmente aqueles envolvendo o processamento de informações de profundidade. Os sistemas de subestação devem identificar com precisão os dados gráficos de vários dispositivos e extrair características distintivas para servir como base para determinar o status de posição do desligador.

2.2 Tecnologias Modernas de Sensores

As abordagens modernas de monitoramento utilizam sensores de atitude, sensores ópticos e outros dispositivos de sensoriamento avançados para rastrear as mudanças dinâmicas na posição do desligador durante a operação. Quando combinadas com métodos de detecção baseados em contato tradicionais, formam um critério de "confirmação dupla" para o julgamento de posição—um elemento crítico para a funcionalidade de "controle sequencial de um clique" em subestações inteligentes.

3. Considerações Chave para Aplicações de Tecnologias de Monitoramento de Posição de Desligadores

À medida que as subestações evoluem para maior inteligência, as novas tecnologias de monitoramento de posição para desligadores de alta tensão se tornaram fundamentais para a infraestrutura de redes inteligentes—especialmente para atender às demandas de controle sequencial de um clique. Os engenheiros devem selecionar técnicas de monitoramento apropriadas com base em configurações específicas do sistema para garantir um desempenho confiável.

3.1 Tecnologia de Reconhecimento de Imagem

O reconhecimento de imagem integra visão computacional com processamento de informações difusas para extrair características distintivas dos dados visuais, satisfazendo diversos requisitos de usuários em cenários variados. Na prática, a posição do desligador é determinada capturando imagens de seu estado de abertura/fechamento e aplicando algoritmos de cálculo de parâmetros inteligentes e processamento de imagem para verificar a conformidade com os padrões operacionais.

No entanto, este método sofre de precisão de reconhecimento relativamente baixa e alta suscetibilidade a interferências ambientais (por exemplo, iluminação, poeira, clima), levando a custos de implementação mais elevados. Para resolver isso, os dados de posição em tempo real devem ser transmitidos para plataformas de monitoramento centralizadas. As aplicações atuais frequentemente incorporam robôs de inspeção de subestações inteligentes que usam modelos computacionais avançados para alcançar a identificação precisa da posição.

Além disso, para atender aos requisitos da rede elétrica da China para verificação remota de desligadores, os sistemas de monitoramento de imagem devem ser estreitamente integrados com sinais de posição de chave. Isso permite a determinação precisa do status através de um processo de quatro etapas: aquisição de imagem, extração de características, processamento de tons de cinza e reconhecimento de estado—culminando no upload de dados para o centro de controle.

Durante a operação, os métodos de computação em conjunto podem otimizar os dados operacionais locais, embora a convergência lenta do sistema permaneça um desafio. Portanto, deve-se adotar o reconhecimento do estado do disjuntor baseado em visão mecânica, juntamente com lógica de duplo limiar e filtragem no domínio espacial para suprimir ruídos e melhorar a extração de características—assim, aumentando a eficiência do reconhecimento. No entanto, os sistemas de vigilância por vídeo requerem cobertura abrangente e multiângulo; caso contrário, a interferência eletromagnética externa pode comprometer seriamente a confiabilidade da monitorização.

3.2 Tecnologia de Sensores Ópticos

A sensibilidade óptica envolve a instalação de sensores a laser na montagem de contato móvel. Um emissor de laser direciona um feixe para um refletor; quando o disjuntor está em uma posição específica, o sinal refletido é recebido pelo sensor. Se o sinal óptico recebido excede um limite pré-definido, o sinal de saída elétrico diminui conforme—permitindo a inferência de posição com base na variação do sinal.

Para garantir a qualidade operacional, detectores de laser infravermelho também podem monitorar as diferenças de temperatura nos contatos, apoiando o desenvolvimento de sistemas de monitoramento inteligentes. Engenheiros implementam configurações integradas que compreendem emissores de laser, refletores e receptores para sentir sem fio a posição da cabeça de contato móvel através da interrupção do feixe de luz.

O status em tempo real do disjuntor deve ser transmitido aos sistemas de controle backend via módulos de comunicação. No entanto, esta tecnologia exige alinhamento extremamente preciso de emissores de laser, refletores e sensores—apresentando desafios significativos durante a instalação em campo. Além disso, a distância de transmissão efetiva é inerentemente limitada. Portanto, engenheiros devem aprimorar as arquiteturas existentes de detecção a laser para desenvolver sistemas especializados adaptados para disjuntores rotativos horizontais.

Ao analisar as variações no sinal de laser recebido, técnicos podem distinguir confiavelmente entre os estados aberto e fechado. Os estados de posição do disjuntor são resumidos na Tabela 1.

Como mostrado na Tabela 1, a tecnologia de sensores ópticos oferece uma abordagem de monitoramento em aplicações práticas que é imune à interferência eletromagnética, tornando-a adequada para uma ampla variedade de ambientes e cenários. No entanto, apresenta notáveis desvantagens: estabilidade e segurança relativamente baixas durante a detecção do sistema, incapacidade de verificar plenamente a qualidade do contato quando o disjuntor está fechado, e alta suscetibilidade a condições climáticas adversas, como chuva, neve, umidade e visibilidade ruim—resultando em redução da confiabilidade e precisão.

3.3 Tecnologia de Detecção de Pontos de Contato

A tecnologia de detecção de pontos de contato determina a posição da válvula do disjuntor com base no princípio de funcionamento dos contatos auxiliares. Requer a instalação de pontos de contato auxiliar em posições específicas de abertura/fechamento do disjuntor, com o status real do interruptor inferido a partir do engajamento desses contatos.

Durante a operação, os contatos auxiliares podem ser instalados tanto em zonas de alta tensão quanto em zonas de baixa tensão. Quando colocados na área de alta tensão, o movimento mecânico gerado pela ação de abertura/fechamento do disjuntor atua fisicamente nos contatos auxiliares. O estado operacional desses contatos auxiliares então controla ou indica diretamente a posição aberta ou fechada do disjuntor, permitindo uma reflexão altamente precisa de seu status em tempo real. No entanto, após operação prolongada, o desgaste mecânico e o desalinhamento podem degradar o desempenho, necessitando otimização e atualizações.

Quando instalados na zona de baixa tensão, o sistema depende de componentes móveis internos dentro do gabinete de controle para acionar mecanicamente os contatos auxiliares, completando assim a operação básica de abertura/fechamento. Este método envolve mecanismos de transmissão em múltiplos estágios para refletir o status da cabeça de contato. Se qualquer componente nessa cadeia mecânica falhar ou apresentar malfuncionamento, o sistema pode não representar com precisão o verdadeiro estado operacional do disjuntor.

4. Tendências de Desenvolvimento Futuro

Atualmente, as pesquisas e avanços tecnológicos em sistemas de monitoramento para operações de disjuntores de alta tensão na China estão se tornando cada vez mais abrangentes. No entanto, muitas subestações domésticas ainda dependem de procedimentos manuais tradicionais de comutação. Esta abordagem requer que os operadores repitam cada etapa no local, resultando em ineficiências. Mesmo para anomalias simples de sinal, os técnicos devem ir fisicamente ao local. A longo prazo, a dependência de operações manuais aumenta os riscos de erros humanos, operações perdidas e velocidades de comutação lentas.

Com a integração contínua e avanço de tecnologias, incluindo reconhecimento de imagens, redes de sensores, medição a laser e sensores de pressão, surgiu uma variedade diversificada de métodos para determinar a posição do disjuntor. Esta convergência tecnológica fornece novas direções de pesquisa e suporte fundamental para a automação e inteligência de disjuntores de alta tensão inteligentes.

5. Conclusão

Em resumo, o monitoramento da posição de abertura/fechamento de disjuntores de alta tensão envolve procedimentos operacionais complexos e variados. A manutenção rotineira ainda depende parcialmente da inspeção manual no local para avaliar as condições operacionais em tempo real, e todas as operações devem aderir estritamente aos protocolos técnicos estabelecidos. A direção futura reside na integração de inteligência artificial nos sistemas de monitoramento para, finalmente, alcançar a detecção de posição inteligente, autônoma e confiável—abre caminho para a infraestrutura de subestação inteligente da próxima geração.