Valokuvaisen sähkövirta-transformatorien suunnittelun ja sovelluksen tutkiminen GIS:ssä

1. Valokappaleen virtasensorin suunnittelu ja sovellus esimerkkinä GIS:ssä

Tässä artikkelissa käsitellään 126kV GIS-projektia erityisesimerkkinä, jossa tutkitaan syvällisesti valokappaleen virtasensorin suunnitteluidéja ja käytännön soveltamista GIS-järjestelmässä. Koska tämä GIS-projekti otettiin virallisesti käyttöön, sähköjärjestelmä on pysynyt vakaina eikä suuria vikoja ole ilmennyt, ja toimintatila on suhteellisen ideaali.

1.1 Valokappaleen virtasensorin suunnittelu ja sovellusajattelu

Projektin alkuvaiheessa GIS-projektitiimi kävi intensiivisiä keskusteluja valokappaleen virtasensorin asettelysuunnitelmasta. Ytimessä oleva kiistakysymys keskittyi siihen, asetetaanko se heksafluoridi SF₆ kaasuympäristöön vai perinteiseen ilmakehän ympäristöön.

Suunnitelma 1: Asetettu heksafluoridi kaasuympäristöön

Jos tätä suunnitelmaa noudatetaan, valokappaleen virtasensori olisi korkeanpaineisessa heksafluoridi kaasuympäristössä, ja sen sähköinen yhteys hallintahuoneeseen pitäisi perustua optisiin kaapeliin. Kuitenkin korkeanpaineisessa heksafluoridiympäristössä on erittäin vaikea tuoda optisia kaapeleita hallintalaatikkoon. Jos optiset kaapelit halutaan muuttaa päätteiksi, jotka ovat samankaltaisia kaapelien muodosta, on käytettävä ammattitaitoista hitasulamistechnologiaa; mutta sulamisprosessi ei vain häiritse optisten signaalien siirtymistä, vaan myös sulamisesta muodostuva johtopolku voi vaikuttaa virtasensorin sähköiseen eristyskykyyn, minkä lisäksi on monia epäedullisia tekijöitä.

Suunnitelma 2: Asetettu ilmakehän ympäristöön

Tämä suunnitelma ei tarvitse huomioida korkeaa painetta, joten ei ole huolenaiheita, jotka liittyvät sulamiseen. On kuitenkin keskityttävä siihen, miten varmistaa virtasensorin tiivisyys sekä pyörviölaidojen vaikutukseen mittatarkkuuteen ja muihin potentiaalisiin vaikutuksiin, jotka voivat tapahtua.

Tiukkan analyysin ja vertailun jälkeen GIS-projektitiimi valitsi lopulta Suunnitelman 2. Tämä suunnitelma ottaa ensiarvoiseksi järjestelmän toiminnan turvallisuuden, luotettavuuden ja vakauden, ja ottaa täysin huomioon toteutettavuuden suunnitelman toteuttamisessa.

2. Ratkaisu suunnitelman ongelmiin
Rakenne ja yhteys

Vertailemalla ja analysoimalla valokappaleen virtasensorin rakennetta perinteisiin sähkömagneettisiin virtasensoriin, päätettiin asettaa valokappaleen virtasensori ilmakehän ympäristöön, ja tehdä seuraava suunnittelutyö:

Valmistetaan sopiva laajakanta, asetetaan valokappaleen virtasensori flängin sisään ja johtaa optinen kaapeli ulos flängin sivusta. Näin optisen kaapelin ja valokappaleen virtasensorin yhteysosa sijoittuu sensorin sisälle, ja tämä alue on naapuriina muiden ulkopuolisen sensorin isoille flängeille, ja valokappaleen virtasensori ja heksafluoridi kaasu erottuvat metallilla.

Koska pyörviölaidat syntyy virtasensorin toiminnassa, mikä häiritsee mittatarkkuutta ja virtasensorin jännitteiden mittauksen. Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytetään elektrostaattista maalinointia kahden ison flängin metalliyhteyksissä, jotta voidaan estää pyörviölaidan silmukka ja taata heksafluoridikaasun tiivisyys.

Sähkökenttäsimulaatio ja -vahvistaminen

Koska suunnittelussa käytetään flängirakennetta, valokappaleen virtasensorin sähkökentän jakautuminen muuttuu. Varmistaa suunnitelman tehokkuus, on tarpeen käyttää kypsää simulointilaskentaohjelmistoa (kuten ANSYS-ohjelmisto) testaus- ja analyysityöhön. Käytetään ANSYS-ohjelmistoa sähkökentän kokeisiin kahden flängin metallirengasteissa ja johtimissa. Kokeissa käytetty ukkosjohto on 150kV. ANSYS-ohjelmiston tarkalla analyysillä päätetään, että flängin reunapiirteissä ja suojakuoren osissa on suurin kentän voimakkuus, ja maksimiarvo saavuttaa 20kV/mm. Tämä tulos on hyväksytty projekti-tiimin syvällisen tutkimuksen ja tieteellisen ja tarkan simulointilaskennan jälkeen.

Nykyään tämä projektia on toiminut stabiilisti pitkään, ja tulokset ovat hyvät. Nykyään Kiinassa on saavutettu tiettyjä tuloksia valokappaleen virtasensorien tutkimuksessa. Kuitenkin korkeampien jänniteiden sovelluspaikoissa on vielä ongelmia, kuten birefringenssin vaikutuksen vähentäminen stressin ja lämpötilan aiheuttamana, järjestelmän pitkäaikaisen vakauden takaaminen ja mittatarkkuuden edelleen parantaminen, jotka on ratkaistava jatkossa.

3. Johtopäätös

Koko prosessin käsittelyn, valokappaleen virtasensorin suunnitelman valinnasta, toteuttamiseen ja ongelmanratkaisuun GIS-järjestelmässä, nähdään, että merkittäviä tuloksia on saavutettu GIS-suunnittelun ja sovelluksen alalla. Perinteisiin sähkömagneettisiin virtasensoriin verrattuna valokappaleen virtasensorilla on selvät etumat, ja sen soveltamisala on yhä laajempi. Monet valmistajat ja käyttäjät ovat jo ottaneet sen käyttöön. On ennakoitavissa, että lähitulevaisuudessa valokappaleen virtasensori odotetaan korvaavan kokonaan sähkömagneettisen virtasensorin, ja teknologian jatkuvan kehityksen ja kypsyyden avulla se antaa suurempia panoksia muuntajan teknologian edistymiseen.