Explorando el Diseño y la Aplicación de los Transformadores de Corriente Fotoeléctricos en GIS

1. Diseño y Ejemplo de Aplicación del Transformador de Corriente Fotoeléctrico en GIS

Este artículo toma un proyecto GIS de 126kV como ejemplo específico para explorar en profundidad las ideas de diseño y la aplicación práctica de los transformadores de corriente fotoeléctricos en el sistema GIS. Desde que este proyecto GIS se puso en operación oficialmente, el sistema eléctrico ha permanecido estable, sin ocurrencia de fallos importantes, y su estado de funcionamiento es relativamente ideal.

1.1 Ideas de Diseño y Aplicación del Transformador de Corriente Fotoeléctrico

En la etapa inicial del proyecto, el equipo del proyecto GIS tuvo intensas discusiones sobre el plan de disposición del transformador de corriente fotoeléctrico. El núcleo de la controversia se centró en: si se debía colocar en un entorno gaseoso de hexafluoruro de azufre SF₆ o en un ambiente de aire convencional.

Esquema 1: Colocado en el Entorno Gaseoso de Hexafluoruro de Azufre

Si se adopta este esquema, el transformador de corriente fotoeléctrico estará en un entorno de gas hexafluoruro de azufre de alta presión, y la conexión eléctrica entre él y la sala de control necesitará depender de fibras ópticas. Sin embargo, en el entorno de alta presión de hexafluoruro de azufre, es bastante difícil introducir las fibras ópticas en la caja de control. Si las fibras ópticas deben ser hechas en puertos terminales similares a la forma de cables, se debe adoptar una tecnología de soldadura sin costuras profesional; pero el proceso de soldadura no solo interferirá con la transmisión de señales ópticas, sino que también la vía conductora formada por la soldadura puede afectar el rendimiento de aislamiento eléctrico del transformador de corriente, con muchos factores desfavorables.

Esquema 2: Colocado en el Ambiente de Aire

Este esquema no necesita considerar el impacto de la alta presión, por lo que no hay preocupaciones relacionadas con la soldadura. Sin embargo, es necesario enfocarse en cómo garantizar la estanqueidad del transformador de corriente, así como el impacto de las corrientes de Foucault en la precisión de medición y otros posibles impactos que puedan ocurrir.

Después de un análisis riguroso y comparativo, el equipo del proyecto GIS finalmente seleccionó el Esquema 2. Este esquema toma en consideración primaria la seguridad, confiabilidad y estabilidad de la operación del sistema, y tiene plenamente en cuenta la operatividad durante la implementación del esquema.

2. Solución a Problemas del Esquema
Diseño Estructural y Conexión

Comparando y analizando la estructura de diseño del transformador de corriente fotoeléctrico con la del transformador de corriente electromagnético tradicional, se determinó colocar el transformador de corriente fotoeléctrico en un ambiente de aire, y llevar a cabo los siguientes trabajos de diseño:

Producir un flange de gran escala adaptado, colocar el transformador de corriente fotoeléctrico dentro del flange, y sacar la fibra óptica desde el lado del flange. De esta manera, la parte de conexión entre la fibra óptica y el transformador de corriente fotoeléctrico está ubicada dentro del transformador, y esta área está adyacente a los grandes flanges de otros transformadores externos, y el transformador de corriente fotoeléctrico y el gas hexafluoruro de azufre están aislados por metal.

Dado que se generarán corrientes de Foucault durante la operación del transformador de corriente, lo que interferirá con la precisión de medición y el voltaje del transformador de corriente fotoeléctrico. Para resolver este problema, se adopta un tratamiento de pulverización electrostática en las superficies de contacto metálicas de los dos grandes flanges, con el fin de bloquear el bucle de corriente de Foucault y garantizar la estanqueidad del gas hexafluoruro de azufre.

Simulación y Verificación del Campo Eléctrico

Debido a la adopción de la estructura de flange en el diseño, la distribución del campo eléctrico del transformador de corriente fotoeléctrico cambiará. Para verificar la efectividad del esquema, es necesario utilizar herramientas de cálculo de simulación maduras (como el software ANSYS) para llevar a cabo pruebas y análisis. Utilice ANSYS para realizar experimentos de campo eléctrico en los anillos metálicos y conductores de los dos flanges. El voltaje de impulso de rayo utilizado en el experimento es de 150kV. A través de un análisis preciso por el software ANSYS, se concluye que la intensidad del campo es la mayor en las partes periféricas del flange y la cubierta de blindaje, y el valor máximo alcanza 20kV/mm. Este resultado ha pasado la prueba y aceptación después de una investigación en profundidad y cálculos de simulación científicos y precisos por parte del equipo del proyecto.

Actualmente, este proyecto ha estado funcionando de manera estable durante mucho tiempo, y el efecto es bueno. En la actualidad, se han logrado ciertos avances en la investigación de los transformadores de corriente fotoeléctricos en China. Sin embargo, en los escenarios de aplicación de niveles de alta tensión, aún existen problemas como reducir la influencia de la birrefringencia causada por el estrés y la temperatura, asegurar la operación estable a largo plazo del sistema, y mejorar aún más la precisión de medición, que necesitan ser resueltos en el futuro.

3. Conclusión

A través de la discusión del proceso completo desde la selección del esquema, la implementación hasta la solución de problemas del transformador de corriente fotoeléctrico en el sistema GIS, se puede ver que se han logrado resultados notables en el campo del diseño y aplicación de GIS. En comparación con el transformador de corriente electromagnético tradicional, el transformador de corriente fotoeléctrico tiene ventajas obvias, y su rango de aplicación se está expandiendo cada vez más. Muchos fabricantes y usuarios ya lo han adoptado. Es previsible que en un futuro cercano, el transformador de corriente fotoeléctrico espera reemplazar completamente al transformador de corriente electromagnético, y con el desarrollo continuo y madurez de la tecnología, hará mayores contribuciones al progreso de la tecnología de transformadores.