Изучаване на конструирането и приложението на фотоелектрични токови трансформатори в GIS

1. Дизайн и пример приложение на фотоелектрическия токов преобразувател в GIS

Тази статия използва конкретен пример с проект за 126кВ GIS, за да изследва дълбоко идеите за дизайн и практическия апликация на фотоелектрически токови преобразуватели в системата GIS. От момента, в който този проект GIS беше официално введен в експлоатация, електроенергийната система остава стабилна, без да се случват сериозни повреди, и оперативното състояние е относително идеално.

1.1 Идеи за дизайн и приложение на фотоелектрическия токов преобразувател

В началния етап на проекта, екипът по проекта GIS проведе интензивни дискусии относно плана за разположение на фотоелектрическия токов преобразувател. Основният спор се съсредоточи върху: дали да го подредят в околната среда на шестфлуоридна сера SF₆ или в конвенционалната воздушна среда.

План 1: Подреден в околната среда на шестфлуоридна сера

Ако този план бъде приет, фотоелектрическият токов преобразувател ще бъде в околната среда на високонапраната шестфлуоридна сера, а електрическата връзка между него и контролната зала трябва да се осъществява чрез оптични влакна. Обаче, в околната среда на високото налягане на шестфлуоридната сера, е доста трудно да се въведат оптични влакна в контролния кутия. Ако оптичните влакна трябва да бъдат направени в терминални портове, подобни на формата на кабели, трябва да се използва професионална безшовна сварка; но процесът на сваряване не само ще помеша на предаването на оптични сигнали, но и проводящия път, образуван от сваряването, може да повлияе на електрическите изолационни свойства на токовия преобразувател, с много неблагоприятни фактори.

План 2: Подреден в воздушната среда

Този план не трябва да взема предвид влиянието на високото налягане, така че няма загриженост, свързана със сваряването. Обаче, трябва да се обърне внимание как да се гарантира герметичността на токовия преобразувател, както и влиянието на вихревите токове върху точността на измерването и други потенциални влияния, които могат да се появят.

След строг анализ и сравнение, екипът по проекта GIS в крайна сметка избра План 2. Този план взема под внимание безопасността, надеждността и стабилността на операциите на системата като основен приоритет, и напълно взема предвид изпълнимостта по време на реализацията на плана.

2. Решение на проблеми на плана
Структурен дизайн и връзка

Чрез сравнение и анализ на конструкционния дизайн на фотоелектрическия токов преобразувател с този на традиционния електромагнитен токов преобразувател, се установява, че фотоелектрическия токов преобразувател трябва да бъде подреден в воздушната среда, и се извършва следната проектна работа:

Производство на адаптирана голяма фланга, поставяне на фотоелектрическия токов преобразувател вътре в флангата, и извеждане на оптичните влакна от страната на флангата. По този начин, връзката между оптичните влакна и фотоелектрическия токов преобразувател е разположена вътре в преобразувателя, и тази зона е съседна с големите фланги на други външни преобразуватели, и фотоелектрическия токов преобразувател и шестфлуоридната сера са изолирани от метал.

Тъй като по време на работата на токовия преобразувател се генерират вихреви токове, които ще помешат на точността на измерването и напрежението на фотоелектрическия токов преобразувател. За решаване на този проблем, се използва електростатично обработване на металните контактни повърхности на двете големи фланги, за да се блокира вихревия цикъл и да се гарантира герметичността на шестфлуоридната сера.

Симулация и проверка на електрическото поле

Поради използването на флангова структура в дизайна, разпределението на електрическото поле на фотоелектрическия токов преобразувател ще се промени. За да се провери ефективността на плана, е необходимо да се използват зрелите инструменти за симулация и изчисления (например софтуер ANSYS) за извършване на тестове и анализ. Използвайте ANSYS, за да проведете експерименти с полето на металните пръстени и проводниците на двете фланги. Експерименталното мълниево импулсно напрежение, използвано в експеримента, е 150кВ. Чрез точен анализ с помощта на софтуера ANSYS, се заключава, че силата на полето в периферните части на флангата и защитната обвивка е най-голяма, а максималната стойност достига 20кВ/мм. Този резултат е одобрен след дълбоки изследвания и научни и точни симулационни изчисления от екипа по проекта.

В момента този проект работи стабилно от дълго време, и ефектът е добър. В момента, определени успехи са постигнати в изследванията на фотоелектрическите токови преобразуватели в Китай. Обаче, в приложните сценарии на високи напрежения, все още има проблеми, като намаляване на влиянието на двупреломстването, причинено от напрежение и температура, осигуряване на дългосрочната стабилна работа на системата, и допълнително подобряване на точността на измерването, които трябва да бъдат решени в последствие.

3. Заключение

Чрез разискването на целия процес от избор на план, реализация до решаване на проблеми на фотоелектрическия токов преобразувател в системата GIS, може да се види, че са постигнати значителни резултати в областта на дизайна и приложението на GIS. Сравнено с традиционния електромагнитен токов преобразувател, фотоелектрическият токов преобразувател има явни предимства, и неговата област на приложение става все по-широка. Много производители и потребителите вече го използват. Е очевидно, че в близко бъдеще, фотоелектрическият токов преобразувател е очакван да напълно замести електромагнитния токов преобразувател, и с постоянното развитие и зрялост на технологията, той ще донесе още по-големи приноси за напредъка на технологията на преобразувателите.