Технология мониторинга положения открытого/закрытого состояния высоковольтных разъединителей

В контексте высокоскоростной работы энергетических систем механизм открытия и закрытия высоковольтных разъединителей в подстанциях сталкивается с проблемами, такими как сложные операционные процедуры, большая рабочая нагрузка и низкая эффективность операций. С развитием технологий распознавания изображений и инноваций в области датчиков, современные интеллектуальные подстанции требуют более высоких технических стандартов для мониторинга положения открыт/закрыт высоковольтных разъединителей при развитии инфраструктуры.

Интеграция технологий Интернета вещей (IoT) в энергетическом секторе и беспроводной связи в энергетическое оборудование значительно повысила уровень автоматизации и интеллектуализации систем высоковольтных разъединителей, что соответствует будущим требованиям к развитию умных сетей и подстанций. Поэтому необходимо провести дальнейшее исследование ключевых аспектов применения технологий мониторинга положения высоковольтных разъединителей на основе их внутренней структуры и технических характеристик.

1. Внутренняя структура высоковольтных разъединителей

1.1 Проводящие компоненты

При операциях открытия/закрытия статический контактный вывод высоковольтного разъединителя в основном состоит из медных пластин. Две такие медные пластины соединены, образуя контактный нож, который вращается вокруг центральной оси, чтобы обеспечить мониторинг состояния. Когда он закрыт, эта сборка надежно зажимает статический контактный головку. Между двумя медными пластинами установлена сжимающая пружина, которая регулирует контактное давление между движущимся и статическим контактами.

Во время работы, когда токи текут в одном направлении через обе пластины, между ними возникает электромагнитное притяжение, увеличивая контактное давление и повышая устойчивость работы. Кроме того, оцинкованные стальные листы, установленные по обе стороны контактного ножа, создают заметную намагниченность при коротком замыкании, генерируя взаимные притягивающие силы, которые еще больше усиливают контактное давление и фундаментально улучшают механическую устойчивость механизма открытия/закрытия разъединителя.

1.2 Изоляционные компоненты

В системе мониторинга положения движущийся и статический контакты установлены на отдельных магнитных опорах—движущийся контакт закреплен на фарфоровой изоляторной втулке. Для обеспечения механической устойчивости и электрической изоляции между движущимся контактом и металлическими конструкциями используется фарфоровый изоляторный шток.

1.3 Базовая структура

База, обычно изготовленная из стальной рамы, служит платформой для монтажа фарфоровых изоляторов (или втулок) и основного ведущего вала. Она должна быть правильно заземлена. Поскольку высоковольтные разъединители не имеют способности к гашению дуги, они имеют явно видимую точку разрыва, когда открыты, что делает их состояние открыто/закрыто визуально очевидным.

2. Характеристики технологий мониторинга положения открыт/закрыт

2.1 Технология распознавания изображений

Распознавание изображений имеет врожденные преимущества в визуальной интуитивности и легкости реализации. Однако, из-за большого объема и вариабельности данных изображений окружающей среды в операциях подстанций, требуются передовые интеллектуальные алгоритмы распознавания, особенно те, которые включают обработку глубинной информации. Системы подстанций должны точно идентифицировать графические данные от различных устройств и извлекать отличительные характеристики, которые служат основой для определения положения разъединителя.

2.2 Современные технологии сенсоров

Современные методы мониторинга используют датчики положения, оптические датчики и другие передовые сенсорные устройства для отслеживания динамических изменений положения разъединителя во время работы. При сочетании с традиционными методами детекции на основе контакта, они формируют критерий «двойного подтверждения» для определения положения, что является ключевым фактором для функции «однократного последовательного управления» в интеллектуальных подстанциях.

3. Ключевые аспекты применения технологий мониторинга положения разъединителей

По мере того, как подстанции эволюционируют к большей интеллектуальности, новые технологии мониторинга положения высоковольтных разъединителей становятся ключевыми элементами инфраструктуры умных сетей, особенно для удовлетворения потребностей в однократном последовательном управлении. Инженеры должны выбирать подходящие методы мониторинга на основе конкретных конфигураций системы, чтобы обеспечить надежную работу.

3.1 Технология распознавания изображений

Распознавание изображений интегрирует компьютерное зрение и обработку нечеткой информации для извлечения отличительных характеристик из визуальных данных, удовлетворяя разнообразные требования пользователей в различных сценариях. На практике положение разъединителя определяется путем захвата изображений его состояния открыт/закрыт и применения интеллектуальных параметрических расчетов и алгоритмов обработки изображений для проверки соответствия операционным стандартам.

Однако этот метод имеет относительно низкую точность распознавания и высокую чувствительность к воздействию окружающей среды (например, освещение, пыль, погода), что приводит к увеличению затрат на внедрение. Чтобы решить эту проблему, данные о текущем положении должны передаваться на централизованные платформы мониторинга. В настоящее время часто используются интеллектуальные роботы для осмотра подстанций, которые применяют передовые вычислительные модели для достижения точного определения положения.

Кроме того, для выполнения требований китайской энергетической сети к удаленному контролю положения разъединителей, системы мониторинга изображений должны быть тесно интегрированы с сигналами положения выключателей. Это позволяет точно определить состояние через четырехэтапный процесс: захват изображения, извлечение признаков, обработка градаций серого и распознавание состояния, завершаясь загрузкой данных в центр управления.

В процессе работы методы ансамблевого вычисления могут оптимизировать локальные операционные данные, хотя медленная сходимость системы остается проблемой. Поэтому следует применять распознавание состояния выключателя на основе машинного зрения в сочетании с двойной пороговой логикой и фильтрацией в пространственной области для подавления шума и улучшения извлечения признаков — тем самым повышая эффективность распознавания. Тем не менее, системы видеонаблюдения требуют всестороннего многоуглового охвата; в противном случае внешние электромагнитные помехи могут серьезно снизить надежность мониторинга.

3.2 Оптические технологии датчиков

Оптическое датирование включает установку лазерных датчиков на подвижную контактную сборку. Лазерный излучатель направляет луч на отражатель; когда разъединитель находится в определенном положении, отраженный сигнал принимается датчиком. Если полученный оптический сигнал превышает предопределенное пороговое значение, электрический выходной сигнал уменьшается соответственно — что позволяет делать выводы о положении на основе изменения сигнала.

Для обеспечения качества работы инфракрасные лазерные детекторы также могут контролировать температурные различия между контактами, что способствует развитию интеллектуальных систем мониторинга. Инженеры развертывают интегрированные установки, состоящие из лазерных излучателей, отражателей и приемников, для беспроводного определения положения подвижной контактной головки посредством прерывания светового луча.

Состояние разъединителя в реальном времени должно передаваться в системы заднего управления через модули связи. Однако эта технология требует чрезвычайно точного выравнивания лазерных излучателей, отражателей и датчиков — что создает значительные трудности при полевом монтаже. Кроме того, эффективная дальность передачи ограничена. Поэтому инженеры должны совершенствовать существующие архитектуры лазерного датирования для разработки специализированных систем, предназначенных для горизонтально вращающихся разъединителей.

Анализируя изменения полученного лазерного сигнала, техники могут надежно различать открытые и закрытые состояния. Состояния положения разъединителя приведены в таблице 1.

Как показано в таблице 1, оптическая сенсорная технология предлагает метод мониторинга, который не подвержен электромагнитным помехам, что делает ее пригодной для широкого спектра условий и сценариев. Однако она имеет значительные недостатки: относительно низкую стабильность и безопасность при системном обнаружении, невозможность полной проверки качества контакта, когда разъединитель находится в закрытом положении, а также высокую чувствительность к неблагоприятным погодным условиям, таким как дождь, снег, влажность и плохая видимость, что приводит к снижению надежности и точности.

3.3 Технология обнаружения контактных точек

Технология обнаружения контактных точек определяет положение разъединителя на основе принципа работы вспомогательных контактов. Для этого необходимо установить вспомогательные точки контакта в определенных открытых/закрытых положениях разъединителя, чтобы фактическое состояние переключателя можно было вывести из состояния этих контактов.

В процессе работы вспомогательные контакты могут быть установлены как в зоне высокого, так и низкого напряжения. При установке в зоне высокого напряжения механическое движение, вызванное действием открытия/закрытия разъединителя, физически активирует вспомогательные контакты. Состояние этих вспомогательных контактов затем непосредственно контролирует или указывает на открытое или закрытое положение разъединителя, обеспечивая высокоточное отражение его текущего состояния. Однако после длительного использования механический износ и смещение могут ухудшить производительность, требуя оптимизации и модернизации.

При установке в зоне низкого напряжения система полагается на внутренние движущиеся компоненты внутри шкафа управления, которые механически активируют вспомогательные контакты, тем самым выполняя основную операцию открытия/закрытия. Этот метод включает многоступенчатые передаточные механизмы для отражения состояния головки контакта. Если какой-либо компонент в этой механической цепи выходит из строя или работает неправильно, система может не точно отображать истинное рабочее состояние разъединителя.

4. Будущие тенденции развития

В настоящее время исследования и технологические достижения в области систем мониторинга операций высоковольтных разъединителей в Китае становятся все более всесторонними. Тем не менее, многие отечественные подстанции по-прежнему зависят от традиционных ручных процедур переключения. Этот подход требует от операторов повторного выполнения каждого шага на месте, что приводит к неэффективности. Даже для простых аномалий сигнала техники должны лично приезжать на место. Долгосрочное использование ручных операций увеличивает риски ошибок, пропусков операций и медленных скоростей переключения.

С развитием и интеграцией технологий, таких как распознавание изображений, сети датчиков, лазерные измерения и датчики давления, появляется разнообразие методов определения положения разъединителя. Это технологическое слияние предоставляет новые направления исследований и базовую поддержку для автоматизации и интеллектуализации умных высоковольтных разъединителей.

5. Заключение

Подводя итог, мониторинг открытого/закрытого положения высоковольтных разъединителей включает сложные и разнообразные операционные процедуры. Рутинное обслуживание все еще частично зависит от ручного осмотра на месте для оценки текущих условий эксплуатации, и все операции должны строго соблюдать установленные технические протоколы. Будущее направление состоит в интеграции искусственного интеллекта в системы мониторинга, чтобы в конечном итоге достичь интеллектуального, автономного и надежного обнаружения положения, что откроет путь к следующему поколению инфраструктуры умных подстанций.