Технологія моніторингу відкритого/закритого положення високовольтних відключувачів

У контексті високоскоростного функціонування електроенергетичних систем, механізм відкриття та закриття високовольтних відключаючих пристроїв на підстанціях стикається з проблемами, такими як складні операційні процедури, велика робоча навантаженість та низька ефективність операцій. З поступовим розвитком технологій розпізнавання зображень та інновацій у сенсорних технологіях, сучасні інтелектуальні підстанції тепер потребують більш високих технічних стандартів для моніторингу положення відкриття/закриття високовольтних відключаючих пристроїв під час розвитку інфраструктури.

Інтеграція технологій Інтернету речей (IoT) та бездротової комунікації до електроенергетичного обладнання значно підвищила рівні автоматизації та інтелектуальності систем високовольтних відключаючих пристроїв — що відповідає майбутнім вимогам до розвитку інтелектуальних мереж та підстанцій. Тому важливо досліджувати ключові аспекти застосування технологій моніторингу положення високовольтних відключаючих пристроїв, враховуючи їх внутрішню структуру та технічні характеристики.

1. Внутрішня структура високовольтних відключаючих пристроїв

1.1 Провідні компоненти

При операціях відкриття/закриття, статичний контактний кінець високовольтного відключаючого пристрою в основному побудований з медних пластин. Дві такі медні плити з'єднуються, формуючи контактний клин, який обертається навколо центральної осі, що дозволяє проводити моніторинг стану. Коли пристрій закритий, цей вузол надійно стискає статичний контактний головку. Компресорна пружина встановлюється між двома медними плитами для регулювання контактного тиску між рухомим та статичним контактами.

Під час операції, коли струми проходять у одному напрямку через обидві плити, між ними генерується електромагнітне притягання, що збільшує контактний тиск та підвищує стабільність роботи. Додатково, оцинковані сталеві листи, монтувані по обох сторонах контактного клина, при короткозамкненні створюють помітну магнітизацію, що генерує взаємне притягання, що ще більше підсилює контактний тиск та кардинально покращує механічну стабільність механізму відкриття/закриття відключаючого пристрою.

1.2 Ізоляційні компоненти

У системі моніторингу положення, рухомий та статичний контакти монтується на окремих магнітних підтримках — рухомий контакт фіксується на фарфоровому ізоляторному патроні. Для забезпечення механічної стабільності та електричної ізоляції між рухомим контактом та металевими конструкціями використовується фарфорова стрижнева ізоляція.

1.3 Базова конструкція

База, зазвичай побудована зі сталевого каркасу, служить платформою для монтажу фарфорових ізоляторів (або патронів) та головного привідного валу. Вона повинна бути правильно заземлена. Оскільки високовольтні відключаючі пристрої не мають здатності гасити дугу, вони мають чітко видиму точку розриву, коли вони відкриті, що робить їхній стан відкриття/закриття візуально інтуїтивним.

2. Характеристики технологій моніторингу положення відкриття/закриття

2.1 Технологія розпізнавання зображень

Розпізнавання зображень має врожденні переваги в візуальній інтуїтивності та легкості реалізації. Однак, через великий обсяг та змінність екологічних даних зображень в операціях підстанцій, потрібні передові інтелектуальні алгоритми розпізнавання, особливо ті, що включають обробку глибинної інформації. Системи підстанцій повинні точно ідентифікувати графічні дані з різних пристроїв та витягувати характерні ознаки, щоб використовувати їх як основу для визначення стану положення відключаючого пристрою.

2.2 Сучасні технології сенсорів

Сучасні підходи до моніторингу використовують датчики положення, оптичні датчики та інші передові сенсорні пристрої для відстеження динамічних змін положення відключаючого пристрою під час операцій. Коли вони поєднуються з традиційними методами детекції на основі контакту, вони формують критерій "подвійного підтвердження" для визначення положення — це ключовий фактор для функціональності "одноклікового послідовного управління" в інтелектуальних підстанціях.

3. Ключові аспекти застосування технологій моніторингу положення відключаючих пристроїв

З поступовим розвитком підстанцій у бік більшої інтелектуальності, нові технології моніторингу положення високовольтних відключаючих пристроїв стали ключовими для інфраструктури інтелектуальних мереж, особливо для задоволення вимог до одноклікового послідовного управління. Інженери повинні вибирати відповідні методи моніторингу, враховуючи специфічні конфігурації систем, щоб забезпечити надійну роботу.

3.1 Технологія розпізнавання зображень

Розпізнавання зображень інтегрує комп'ютерне бачення з обробкою невизначеної інформації для витягування характерних ознак з візуальних даних, задовольняючи різноманітні вимоги користувачів у різних сценаріях. На практиці, положення відключаючого пристрою визначається шляхом зйомки зображень його стану відкриття/закриття та застосування інтелектуальних параметрів обчислення та алгоритмів обробки зображень для перевірки відповідності операційним стандартам.

Однак, цей метод має відносно низьку точність розпізнавання та високу чутливість до екологічних завад (наприклад, освітлення, пил, погода), що призводить до зростання витрат на реалізацію. Для вирішення цього, актуальні дані про положення повинні передаватися на центральні платформи моніторингу. У поточних застосуваннях часто використовуються інтелектуальні роботи-інспектори підстанцій, які використовують передові обчислювальні моделі для точного визначення положення.

Крім того, для задоволення вимог мережі електропостачання Китаю щодо перевірки відключаючих пристроїв на віддаленному контролі, системи моніторингу зображень повинні тісно інтегруватися з сигналами положення вмикання/вимикання. Це дозволяє точне визначення стану через чотириетапний процес: зйомка зображення, витягування ознак, обробка градацій сірого та розпізнавання стану — що завершується завантаженням даних до центру управління.

Під час роботи методи ансамблевого обчислення можуть оптимізувати локальні оперативні дані, хоча повільна збіжність системи залишається проблемою. Тому варто використовувати розпізнавання стану комутатора на основі механічного зору разом з двопороговою логікою та фільтрацією у просторовій області для пригнічення шумів та підвищення ефективності видобування ознак—що покращує ефективність розпізнавання. Незважаючи на це, системи відеоспостереження потребують всебічного, багатокутового покриття; інакше, зовнішня електромагнітна інтерференція може серйозно підірвати надійність моніторингу.

3.2 Оптична технологія сенсорів

Оптичне сенсорство передбачає встановлення лазерних датчиків на рухомій контактній сборці. Лазерний емітер направляє промінь на рефлектор; коли відключаючий пристрій знаходиться у конкретному положенні, відблискований сигнал отримує датчик. Якщо отриманий оптичний сигнал перевищує попередньо визначений поріг, електричний вихідний сигнал відповідно зменшується—що дозволяє робити висновки про положення на основі варіації сигналу.

Для забезпечення якості роботи, інфрачервоні лазерні детектори також можуть моніторити температурні різниці по контактам, що підтримує розвиток інтелектуальних систем моніторингу. Інженери впроваджують інтегровані системи, що складаються з лазерних емітерів, рефлекторів та приймачів, для бездротового визначення положення рухомого контактного головки через переривання світлового променя.

Стан відключаючого пристрою в реальному часі має передаватися до систем керування заднього плану через модулі зв'язку. Однак, ця технологія потребує надзвичайно точного вирівнювання лазерних емітерів, рефлекторів та датчиків—що створює значні труднощі під час встановлення на місцевості. Крім того, ефективна відстань передачі є відродженням обмеженою. Тому інженери повинні вдосконалювати існуючі архітектури лазерного сенсорства, щоб розробити спеціалізовані системи, призначені для горизонтально обертальних відключаючих пристроїв.

Аналізуючи варіації отриманого лазерного сигналу, техніки можуть надійно розрізняти відкрите та закрите положення. Стани положення відключаючого пристрою зведені у таблиці 1.

Як показано в таблиці 1, оптична сенсорна технологія пропонує метод моніторингу у практичних застосуваннях, який не чутливий до електромагнітних завад, що робить її придатною для широкого діапазону середовищ і сценаріїв. Однак, вона має значні недоліки: відносно низьку стабільність та безпеку під час перевірки системи, неможливість повного підтвердження якості контакту, коли відключаючий пристрій знаходиться у закритому положенні, а також високу чутливість до неблагоприятних погодних умов, таких як дощ, сніг, вологість та погана видимість, що призводить до зниження надійності та точності.

3.3 Технологія виявлення контактних точок

Технологія виявлення контактних точок визначає положення відключаючого клапана на основі принципу роботи допоміжних контактів. Вимагається встановлення допоміжних контактних точок на певних позиціях відкриття/закриття відключаючого пристрою, де фактичний стан перемикача виводиться зі спрацьовування цих контактів.

Під час роботи допоміжні контакти можна встановлювати як у високовольтній, так і у низьковольтній зоні. Коли вони розташовані в високовольтній зоні, механічний рух, генерований відключаючим пристроєм при його відкритті/закритті, фізично активує допоміжні контакти. Робочий стан цих допоміжних контактів прямо керує або вказує на відкрите або закрите положення відключаючого пристрою, забезпечуючи високу точність відображення його реального стану. Однак, після тривалої роботи, механічний знос та невідповідність можуть погіршити продуктивність, що вимагає оптимізації та оновлення.

Коли вони встановлені в низьковольтній зоні, система спирається на внутрішні рухомі компоненти в контрольній панелі, щоб механічно активувати допоміжні контакти, завершуючи основну операцію відкриття/закриття. Цей метод включає багатоступеневі передавальні механізми для відображення стану контактної головки. Якщо будь-який компонент у цій механічній ланцюгу вийде з ладу або зламається, система може не точно відображати справжній робочий стан відключаючого пристрою.

4. Тренди майбутнього розвитку

На даний момент дослідження та технологічні досягнення в системах моніторингу роботи високовольтних відключаючих пристроїв в Китаї стають все більш комплексними. Незважаючи на це, багато внутрішніх підстанцій все ще спираються на традиційні ручні процедури переключення. Цей підхід вимагає від операторів постійно виконувати кожен крок на місці, що призводить до неефективності. Навіть для простих сигналів аномалій технікам доводиться особисто відвідувати місце події. Довготривалий залежність від ручних операцій збільшує ризики людської помилки, прогальмованих операцій та повільних швидкостей переключення.

З постійною інтеграцією та розвитком технологій, включаючи розпізнавання зображень, сенсорні мережі, лазерне вимірювання та вимірювання тиску, появилося різноманітні методи визначення положення відключаючого пристрою. Ця технологічна конвергенція надає нові напрямки досліджень та основну підтримку для автоматизації та інтелектуалізації розумних високовольтних відключаючих пристроїв.

5. Висновок

В цілому, моніторинг положення відкриття/закриття високовольтних відключаючих пристроїв включає складні та різноманітні операційні процедури. Звичайні обслуговування все ще частково залежать від ручного осмотру на місці для оцінки реального стану роботи, а всі операції повинні строго дотримуватися встановлених технічних протоколів. Майбутній напрямок полягає в інтеграції штучного інтелекту в системи моніторингу, щоб в кінцевому підсумку досягти інтелектуального, автономні та надійного виявлення положення, що відкриє шлях до інфраструктури наступного покоління розумних підстанцій.