Die Erforschung des Designs und der Anwendung von Photoelektrischen Stromtransformatoren in GIS

1. Design und Anwendungsbeispiel eines Lichtstromwandlers in GIS

Dieser Artikel nimmt ein 126kV-GIS-Projekt als spezifisches Beispiel, um die Designideen und praktische Anwendung von Lichtstromwandlern im GIS-System detailliert zu untersuchen. Seit der offiziellen Inbetriebnahme dieses GIS-Projekts ist das Stromsystem stabil geblieben, es sind keine schwerwiegenden Ausfälle aufgetreten und der Betriebsstatus ist relativ ideal.

1.1 Design- und Anwendungsideen des Lichtstromwandlers

In der Anfangsphase des Projekts führte das GIS-Projektteam intensive Diskussionen über den Layoutplan des Lichtstromwandlers durch. Der zentrale Streitpunkt konzentrierte sich darauf, ob er in der Schwefelhexafluorid SF₆-Gasumgebung oder in der herkömmlichen Luftumgebung angeordnet werden sollte.

Option 1: Anordnung in der Schwefelhexafluorid-Gasumgebung

Wird diese Option gewählt, befindet sich der Lichtstromwandler in einer Hochdruck-Schwefelhexafluorid-Gasumgebung, und die elektrische Verbindung zwischen ihm und dem Steuerraum muss auf Faseroptik basieren. Allerdings ist es in der Hochdruckumgebung von Schwefelhexafluorid ziemlich schwierig, Faseroptiken in die Steuerbox einzuführen. Wenn Faseroptiken in Form von Kabelendverbindungen hergestellt werden sollen, muss eine professionelle nahtlose Schweißtechnik angewendet werden; jedoch beeinträchtigt der Schweißvorgang nicht nur die Übertragung optischer Signale, sondern der durch das Schweißen gebildete Leiterpfad kann auch die elektrische Isolationsleistung des Stromwandlers beeinflussen, was viele nachteilige Faktoren mit sich bringt.

Option 2: Anordnung in der Luftumgebung

Diese Option muss keinen Einfluss des Hochdrucks berücksichtigen, daher gibt es keine Bedenken bezüglich des Schweißens. Es ist jedoch notwendig, sich auf die Dichtigkeit des Stromwandlers sowie auf den Einfluss von Wirbelströmen auf die Messgenauigkeit und andere potenzielle Auswirkungen zu konzentrieren.

Nach einer gründlichen Analyse und Vergleichung wählte das GIS-Projektteam schließlich Option 2. Diese Option legt den Primat auf die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Stabilität des Systembetriebs und berücksichtigt vollständig die Machbarkeit bei der Umsetzung der Option.

2. Lösung für Probleme der Option
Strukturdesign und Verbindung

Durch den Vergleich und die Analyse des Designaufbaus des Lichtstromwandlers mit dem des traditionellen elektromagnetischen Stromwandlers wurde entschieden, den Lichtstromwandler in der Luftumgebung anzuordnen und folgende Designarbeiten durchzuführen:

Eine angepasste Großflansch herstellen, den Lichtstromwandler in den Flansch platzieren und die Faseroptik seitlich aus dem Flansch führen. Auf diese Weise befindet sich der Verbindungsteil zwischen Faseroptik und Lichtstromwandler innerhalb des Wandlers, und dieser Bereich grenzt an die großen Flansche anderer externer Transformer, wobei der Lichtstromwandler und das Schwefelhexafluorid-Gas durch Metall isoliert sind.

Da während des Betriebs des Stromwandlers Wirbelströme entstehen, die die Messgenauigkeit und Spannung des Lichtstromwandlers stören, wird zur Lösung dieses Problems eine elektrostatische Spritzbehandlung auf den Metallkontaktoberflächen der beiden großen Flansche angewendet, um den Wirbelstromkreislauf zu blockieren und die Dichtheit des Schwefelhexafluorid-Gases sicherzustellen.

Feldsimulation und -validierung

Aufgrund der Verwendung der Flanschstruktur im Design ändert sich die Feldverteilung des Lichtstromwandlers. Um die Effektivität der Option zu validieren, ist es notwendig, reife Simulationsberechnungstools (wie ANSYS-Software) zur Durchführung von Test- und Analysearbeiten zu verwenden. Mit ANSYS werden Feldstärkeexperimente an den Metallringen und Leitern der beiden Flansche durchgeführt. Die verwendete Blitzimpulsspannung beträgt 150kV. Durch präzise Analysen mittels ANSYS-Software wird festgestellt, dass die Feldstärke an den Randbereichen des Flanschs und des Abschirmgehäuses am größten ist, und der Maximalwert erreicht 20kV/mm. Dieses Ergebnis hat die Prüfung und Akzeptanz nach eingehender Forschung und wissenschaftlicher, präziser Simulationsberechnung durch das Projektteam bestanden.

Derzeit läuft dieses Projekt seit langer Zeit stabil, und die Wirkung ist gut. Bisher wurden in China in der Forschung zu Lichtstromwandlern bestimmte Erfolge erzielt. Allerdings gibt es in den Anwendungsszenarien hoher Spannungsgrade noch Probleme wie die Reduzierung des Einflusses von Birefringenz durch Spannung und Temperatur, die Gewährleistung des langfristig stabilen Betriebs des Systems und die weitere Verbesserung der Messgenauigkeit, die in der Folge gelöst werden müssen.

3. Schlussfolgerung

Durch die Diskussion des gesamten Prozesses von der Auswahl der Option, der Umsetzung bis zur Problemlösung des Lichtstromwandlers im GIS-System lässt sich erkennen, dass bemerkenswerte Ergebnisse im Bereich des GIS-Designs und der Anwendung erzielt wurden. Im Vergleich zum traditionellen elektromagnetischen Stromwandler bietet der Lichtstromwandler klare Vorteile, und sein Anwendungsbereich wird immer breiter. Viele Hersteller und Nutzer haben ihn bereits angenommen. Es ist absehbar, dass in naher Zukunft der Lichtstromwandler den elektromagnetischen Stromwandler vollständig ersetzen könnte und mit der ständigen Entwicklung und Reifung der Technologie einen größeren Beitrag zum Fortschritt der Transformator-Technologie leisten wird.