Esplorazione della progettazione e applicazione dei trasformatori di corrente fotoelettrici in GIS

1. Esempio di Progettazione e Applicazione del Trasformatore di Corrente Fotoelettrico in GIS

Questo articolo prende come esempio specifico un progetto GIS da 126kV per esplorare in profondità le idee di progettazione e l'applicazione pratica dei trasformatori di corrente fotoelettrici nel sistema GIS. Dall'entrata in funzione ufficiale di questo progetto GIS, il sistema di potenza è rimasto stabile, senza la comparsa di guasti gravi, e lo stato di funzionamento è relativamente ideale.

1.1 Idee di Progettazione e Applicazione del Trasformatore di Corrente Fotoelettrico

Nella fase iniziale del progetto, la squadra del progetto GIS ha avuto intense discussioni sul piano di disposizione del trasformatore di corrente fotoelettrico. La controversia centrale si concentrava su: se disporlo in un ambiente gassoso di esaoxifluoruro di zolfo SF₆ o in un ambiente d'aria convenzionale.

Schema 1: Disposto nell'Ambiente Gassoso di Esaoxifluoruro di Zolfo

Se questo schema fosse adottato, il trasformatore di corrente fotoelettrico sarebbe in un ambiente ad alta pressione di gas esaoxifluoruro di zolfo, e la connessione elettrica tra esso e la sala di controllo dovrebbe basarsi su fibre ottiche. Tuttavia, in un ambiente ad alta pressione di esaoxifluoruro di zolfo, risulta piuttosto difficile introdurre le fibre ottiche nella scatola di controllo. Se le fibre ottiche devono essere realizzate come porte terminali simili alla forma dei cavi, è necessario adottare una tecnologia di saldatura senza giunture; ma il processo di saldatura non solo interferirebbe con la trasmissione dei segnali ottici, ma anche il percorso conduttivo formato dalla saldatura potrebbe influire sulle prestazioni di isolamento elettrico del trasformatore di corrente, con molti fattori sfavorevoli.

Schema 2: Disposto nell'Ambiente d'Aria

Questo schema non deve considerare l'impatto della pressione elevata, quindi non ci sono preoccupazioni legate alla saldatura. Tuttavia, è necessario concentrarsi su come garantire la tenuta del trasformatore di corrente, nonché l'impatto delle correnti indotte sulla precisione di misura e altri possibili impatti che potrebbero verificarsi.

Dopo un'analisi rigorosa e un confronto, la squadra del progetto GIS ha infine selezionato lo Schema 2. Questo schema pone come priorità la sicurezza, l'affidabilità e la stabilità dell'operazione del sistema, e tiene pienamente conto della praticabilità durante l'implementazione dello schema.

2. Soluzione ai Problemi dello Schema
Progettazione Strutturale e Connessione

Confrontando e analizzando la struttura di progettazione del trasformatore di corrente fotoelettrico con quella del tradizionale trasformatore di corrente elettromagnetico, si è deciso di disporre il trasformatore di corrente fotoelettrico in un ambiente d'aria, e svolgere i seguenti lavori di progettazione:

Produrre un flangia adattata di grandi dimensioni, posizionare il trasformatore di corrente fotoelettrico all'interno della flangia e far uscire la fibra ottica dal lato della flangia. In questo modo, la parte di connessione tra la fibra ottica e il trasformatore di corrente fotoelettrico si trova all'interno del trasformatore, e questa area confina con le grandi flange degli altri trasformatori esterni, e il trasformatore di corrente fotoelettrico e il gas esaoxifluoruro di zolfo sono isolati dal metallo.

Poiché durante l'operazione del trasformatore di corrente vengono generati correnti indotte, che interferiscono con la precisione di misura e la tensione del trasformatore di corrente fotoelettrico. Per risolvere questo problema, viene adottata una trattatura di verniciatura elettrostatica sulle superfici di contatto metalliche delle due grandi flange, al fine di bloccare il circuito delle correnti indotte e garantire la tenuta del gas esaoxifluoruro di zolfo.

Simulazione e Verifica del Campo Elettrico

A causa dell'adozione della struttura a flangia nel progetto, la distribuzione del campo elettrico del trasformatore di corrente fotoelettrico cambierà. Per verificare l'efficacia dello schema, è necessario utilizzare strumenti di calcolo di simulazione maturi (come il software ANSYS) per svolgere lavori di test e analisi. Utilizzare ANSYS per effettuare esperimenti di intensità del campo sui cerchi metallici e sui conduttori delle due flange. La tensione impulsiva da fulmine utilizzata nell'esperimento è di 150kV. Attraverso un'analisi precisa del software ANSYS, si conclude che l'intensità del campo nelle parti laterali della flangia e del copricavo è la maggiore, e il valore massimo raggiunge 20kV/mm. Questo risultato è passato il test e l'accettazione dopo ricerche approfondite e calcoli di simulazione scientifici e precisi da parte della squadra del progetto.

Attualmente, questo progetto sta funzionando in modo stabile da molto tempo, e l'effetto è buono. Attualmente, in Cina sono stati ottenuti alcuni risultati nella ricerca dei trasformatori di corrente fotoelettrici. Tuttavia, negli scenari di applicazione a livelli di tensione elevati, ci sono ancora problemi come ridurre l'influenza della birifrangenza causata da stress e temperatura, assicurare l'operazione stabile a lungo termine del sistema e ulteriormente migliorare la precisione di misura, che devono essere risolti in seguito.

3. Conclusione

Attraverso la discussione del processo intero dalla selezione dello schema, all'implementazione e alla soluzione dei problemi del trasformatore di corrente fotoelettrico nel sistema GIS, si può vedere che risultati notevoli sono stati raggiunti nel campo della progettazione e applicazione GIS. In confronto al tradizionale trasformatore di corrente elettromagnetico, il trasformatore di corrente fotoelettrico presenta vantaggi evidenti, e il suo campo di applicazione si sta espandendo sempre di più. Molti produttori e utenti lo hanno già adottato. È prevedibile che nel prossimo futuro, il trasformatore di corrente fotoelettrico potrebbe sostituire completamente il trasformatore di corrente elettromagnetico, e con lo sviluppo continuo e la maturità della tecnologia, contribuirà maggiormente al progresso della tecnologia dei trasformatori.