Ispitivanje dizajna i primjene fotoelektričnih transformatora struje u GIS-u

1. Dizajn i primjer primjene fotoelektričnog prenosnika struje u GIS-u

Ovaj članak uzima 126kV GIS projekt kao specifični primjer za duboko istraživanje ideja dizajna i praktične primjene fotoelektričnih prenosnika struje u GIS sustavu. Od kada je ovaj GIS projekt zvanično uveden u uporabu, električni sustav ostaje stabilan, bez velikih otkaza, a stanje rada je relativno idealno.

1.1 Ideje dizajna i primjene fotoelektričnog prenosnika struje

U početnoj fazi projekta, GIS projektni tim je imao intenzivne rasprave o rasporedu fotoelektričnog prenosnika struje. Glavni spor se fokusirao na: treba li ga smjestiti u okruženje šestfluorid sumpora SF₆ ili u konvencionalno zračno okruženje.

Shema 1: Smješteno u okruženju šestfluorida sumpora

Ako se ova shema usvoji, fotoelektrični prenosnik struje bit će u visokopritisnom okruženju šestfluorida sumpora, a električna veza između njega i kontrolne sobe morat će se oslanjati na optičke vlakna. Međutim, u visokopritisnom okruženju šestfluorida sumpora, teško je uvoditi optička vlakna u kontrolnu kutiju. Ako se optička vlakna trebaju oblikovati u terminalne priključke slične kabelima, mora se koristiti profesionalna tehnologija bezšovne spajanja; ali postupak spajanja ne samo da će ometati prijenos optičkih signala, već i put provodnosti stvoren spajanjem može utjecati na električne izolacijske osobine prenosnika struje, sa mnogo nepovoljnih faktora.

Shema 2: Smješteno u zračnom okruženju

Ova shema ne mora uzeti u obzir utjecaj visokog tlaka, pa nema briga vezana uz spajanje. Međutim, potrebno je fokusirati se na to kako osigurati zategnutost prenosnika struje, kao i utjecaj vrtloga struja na točnost mjerenja i drugih potencijalnih utjecaja koji se mogu dogoditi.

Nakon surovog analiziranja i usporedbe, GIS projektni tim je konačno odabrao Shemu 2. Ova shema uzima sigurnost, pouzdanost i stabilnost rada sustava kao glavnu razmatranu točku, te potpuno uzima u obzir operativnost tijekom implementacije sheme.

2. Rješenje problema sheme
Dizajn strukture i spoj

Uslijed usporedbe i analize dizajnske strukture fotoelektričnog prenosnika struje s tradicionalnim elektromagnetskim prenosnikom struje, odlučeno je smjestiti fotoelektrični prenosnik struje u zračno okruženje, te provesti sljedeći dizajnerski rad:

Proizvedena je prilagođena velika flanša, fotoelektrični prenosnik struje smješten unutar flanše, a optičko vlakno izvedeno s ruba flanše. Na taj način, spojna dijelova između optičkog vlakna i fotoelektričnog prenosnika struje nalazi se unutar transformatora, a ta područja su susjedna s velikim flanšama drugih vanjskih transformatora, a fotoelektrični prenosnik struje i šestfluorid sumpora su izolirani metalom.

Budući da se tokom rada prenosnika struje generiraju vrtlogovi struja, koji će ometajti točnost mjerenja i napona fotoelektričnog prenosnika struje. Za rješavanje ovog problema, nanosi se elektrostatsko sprskanje na metalne kontaktne površine dvije velike flanše, kako bi blokirali petlju vrtloga struja i osigurali zategnutost šestfluorida sumpora.

Simulacija i verifikacija električnog polja

Zbog upotrebe flanšne strukture u dizajnu, distribucija električnog polja fotoelektričnog prenosnika struje će se promijeniti. Da bi se provjerila učinkovitost sheme, potrebno je koristiti dovršene alate za simulacijsko računanje (poput ANSYS softvera) za testiranje i analizu. ANSYS se koristi za ispitivanje jakosti električnog polja na metalnim prstenovima i vodnicima dvije flanše. U eksperimentu se koristi gremlinska impulsnog napona od 150kV. Preciznom analizom ANSYS softvera zaključeno je da je jakost električnog polja najveća na rubnim dijelovima flanše i štitne poklopne, a maksimalna vrijednost dosegu 20kV/mm. Taj rezultat je prošao test i prihvaćenje nakon dubinskog istraživanja i znanstveno preciznih simulacijskih računa projektnog tima.

Trenutno, ovaj projekt dugi niz godina radi stabilno, a rezultati su dobri. Trenutno su u Istraživanju fotoelektričnih prenosnika struje u Kini postignuti određeni uspjehi. Međutim, u scenarijima primjene visokih naponskih razine, još postoje problemi poput smanjenja utjecaja dvostrukog loma izazvanog naprezanjem i temperaturom, osiguranje dugoročne stabilne operacije sustava i daljnje poboljšanje točnosti mjerenja, koje treba riješiti u nadaljnjem.

3. Zaključak

Kroz raspravu o cijelom procesu od odabira sheme, implementacije do rješavanja problema fotoelektričnog prenosnika struje u GIS sustavu, može se vidjeti da su postignuti značajni rezultati u području dizajna i primjene GIS-a. U usporedbi s tradicionalnim elektromagnetskim prenosnikom struje, fotoelektrični prenosnik struje ima očite prednosti, a njegov opseg primjene postaje sve širi. Mnogi proizvođači i korisnici ga već usvojili. Može se predvidjeti da u bliskoj budućnosti, fotoelektrični prenosnik struje može potpuno zamijeniti elektromagnetski prenosnik struje, a s kontinuiranim razvojem i zrelosti tehnologije, donijet će još veći doprinos napretku tehnologije prenosnika struje.