Explorant el disseny i l'aplicació dels transformadors de corrent fotoelèctrics en GIS

1.Disseny i exemple d'aplicació del transformador de corrent fotoelèctric en GIS

Aquest article pren com a exemple específic un projecte de GIS de 126kV per explorar profundament les idees de disseny i l'aplicació pràctica dels transformadors de corrent fotoelèctrics en el sistema GIS. Des que aquest projecte de GIS es va posar en funcionament oficialment, el sistema elèctric ha romàs estable, sense que s'hagin produït fallades majors, i l'estat de funcionament és relativament ideal.

1.1 Idees de disseny i aplicació del transformador de corrent fotoelèctric

En la fase inicial del projecte, l'equip del projecte GIS va tenir debats intensos sobre el pla de disposició del transformador de corrent fotoelèctric. La controvèrsia central es centrava en: si s'havia de disposar en un entorn de gas hexafluorurat de sofre SF₆ o en un entorn d'aire convencional.

Esquema 1: Disposat en l'entorn de gas hexafluorurat de sofre

Si s'adoptés aquest esquema, el transformador de corrent fotoelèctric estarà en un entorn de gas hexafluorurat de sofre a alta pressió, i la connexió elèctrica entre aquest i la sala de control necessitarà dependre de fibres òptiques. Tanmateix, en l'entorn de pressió elevada de l'hexafluorurat de sofre, resulta bastant difícil introduir les fibres òptiques a la caixa de control. Si les fibres òptiques han de ser fabricades en ports finals similars a la forma dels cables, caldrà adoptar una tecnologia de soldadura sense costura professional; però el procés de soldadura no només interferirà amb la transmissió dels senyals òptics, sinó que també el camí conductor format per la soldadura pot afectar el rendiment d'aïllament elèctric del transformador de corrent, amb molts factors desfavorables.

Esquema 2: Disposat en l'entorn d'aire

Aquest esquema no necessita considerar l'impacte de la pressió elevada, per tant, no hi ha preocupacions relacionades amb la soldadura. Tanmateix, cal centrar-se en com assegurar l'estanquitat del transformador de corrent, així com l'impacte de les corrents de Foucault en la precisió de mesura i altres impactes potencials que podrien ocórrer.

Després d'un anàlisi i comparació rigorosa, l'equip del projecte GIS va seleccionar finalment l'Esquema 2. Aquest esquema pren en consideració primordial la seguretat, fiabilitat i estabilitat de la operació del sistema, i té en compte plenament la operativitat durant la implementació de l'esquema.

2. Solució als problemes de l'esquema
Disseny estructural i connexió

Comparant i analitzant l'estructura de disseny del transformador de corrent fotoelèctric amb la del transformador de corrent electromagnètic tradicional, es va determinar disposar el transformador de corrent fotoelèctric en l'entorn d'aire, i portar a terme els següents treballs de disseny:

Produir una llanxa gran adaptada, col·locar el transformador de corrent fotoelèctric dins de la llanxa, i conduir la fibra òptica des del costat de la llanxa. D'aquesta manera, la part de connexió entre la fibra òptica i el transformador de corrent fotoelèctric es troba dins del transformador, i aquesta àrea és adjacent a les grans llanxes d'altres transformadors externs, i el transformador de corrent fotoelèctric i el gas hexafluorurat de sofre estan aïllats per metall.

Com que es generaran corrents de Foucault durant l'operació del transformador de corrent, que interferiran amb la precisió de mesura i la tensió del transformador de corrent fotoelèctric. Per solucionar aquest problema, es va adoptar un tractament de pulverització electroestàtica en les superfícies de contacte metàl·liques de les dues grans llanxes, així com per bloquejar el bucle de corrents de Foucault i assegurar l'estanquitat del gas hexafluorurat de sofre.

Simulació i verificació del camp elèctric

Degut a l'adopció de l'estructura de llanxa en el disseny, la distribució del camp elèctric del transformador de corrent fotoelèctric canviarà. Per verificar l'eficàcia de l'esquema, és necessari utilitzar eines de càlcul de simulació madures (com el programari ANSYS) per realitzar treballs de prova i anàlisi. Utilitzar ANSYS per realitzar experiments de camp elèctric en els anells metàl·lics i conductors de les dues llanxes. La tensió d'impuls de llamp utilitzada en l'experiment és de 150kV. A través d'una anàlisi precisa pel programari ANSYS, s'ha conclòs que la força del camp a les parts de vora de la llanxa i la coberta d'escudament és la més gran, i el valor màxim arriba a 20kV/mm. Aquest resultat ha passat la prova i acceptació després d'una investigació profunda i càlculs de simulació científics i precisos per part de l'equip del projecte.

Actualment, aquest projecte ha estat funcionant de manera estable durant molt temps, i l'efecte és bo. Actualment, s'han aconseguit certs èxits en la recerca de transformadors de corrent fotoelèctrics a Xina. No obstant això, en els escenaris d'aplicació de nivells de tensió alts, encara hi ha problemes com reduir l'influència de la birrefringència causada per l'estress i la temperatura, assegurar el funcionament estable a llarg termini del sistema, i millorar més la precisió de mesura, que cal resoldre en el futur.

3. Conclusió

A través de la discussió de tot el procés des de la selecció de l'esquema, la implementació fins a la solució de problemes del transformador de corrent fotoelèctric en el sistema GIS, es pot veure que s'han aconseguit resultats remarcables en el camp del disseny i aplicació de GIS. En comparació amb el transformador de corrent electromagnètic tradicional, el transformador de corrent fotoelèctric té avantatges evidents, i el seu rang d'aplicació està esdevenint cada vegada més ampli. Molts fabricants i usuaris ja l'han adoptat. Es preveu que en un futur proper, el transformador de corrent fotoelèctric espera reemplaçar completament el transformador de corrent electromagnètic, i amb el desenvolupament continu i la maturació de la tecnologia, farà contribucions més grans al progrés de la tecnologia de transformadors.