Eksploracja projektowania i zastosowań fotoprzepływników prądowych w GIS

1. Przykład projektowania i zastosowania transformatora prądowego optycznego w systemie GIS

Artykuł ten przedstawia konkretne przykłady z projektu GIS o napięciu 126 kV, aby szczegółowo omówić pomysły projektowe i praktyczne zastosowanie transformatorów prądowych optycznych w systemie GIS. Od momentu wprowadzenia do użytku tego projektu GIS, system energetyczny pozostaje stabilny, nie wystąpiły żadne poważne awarie, a stan działania jest stosunkowo idealny.

1.1. Pomysły projektowe i zastosowania transformatora prądowego optycznego

W początkowej fazie projektu, zespół projektowy GIS prowadził intensywne dyskusje nad układem transformatora prądowego optycznego. Główny spór skupiał się na tym, czy umiejscowienie powinno nastąpić w środowisku gazu szescziefluorokrzemionku SF₆ lub w zwykłym środowisku powietrza.

Schemat 1: Umiejscowienie w środowisku gazu szescziefluorokrzemionku

Jeśli zostanie wybrany ten schemat, transformator prądowy optyczny znajdowałby się w środowisku wysokiego ciśnienia gazu szescziefluorokrzemionku, a połączenie elektryczne między nim a salą sterowniczą musiało by polegać na użyciu włókien optycznych. Jednakże, we środowisku wysokiego ciśnienia gazu szescziefluorokrzemionku, wprowadzenie włókien optycznych do skrzynki sterującej jest dość trudne. Jeśli włókna optyczne mają być wykonane w formie końcówek podobnych do kabli, należy zastosować profesjonalną technologię bezszwowej spawalnictwa; jednak proces spawania nie tylko zakłóca transmisję sygnałów optycznych, ale także ścieżka przewodząca utworzona przez spawanie może wpływać na właściwości izolacji elektrycznej transformatora prądowego, co wiąże się z wieloma niekorzystnymi czynnikami.

Schemat 2: Umiejscowienie w środowisku powietrza

Ten schemat nie wymaga uwzględnienia wpływu wysokiego ciśnienia, dlatego nie ma obaw związanych ze spawaniem. Należy jednak skoncentrować się na zapewnieniu szczelności transformatora prądowego, jak również na wpływie wirów prądu na dokładność pomiaru i innych potencjalnych wpływach, które mogą wystąpić.

Po rygorystycznej analizie i porównaniu, zespół projektowy GIS ostatecznie wybrał Schemat 2. Ten schemat bierze pod uwagę bezpieczeństwo, niezawodność i stabilność działania systemu jako najważniejsze kryterium, a także pełną uwzględnia operacyjność podczas realizacji schematu.

2. Rozwiązanie problemów schematów
Projekt strukturalny i połączenia

Przez porównanie i analizę konstrukcji transformatora prądowego optycznego z tradycyjnym transformatorem prądowym elektromagnetycznym, postanowiono umieścić transformator prądowy optyczny w środowisku powietrza i przeprowadzić następujące prace projektowe:

Produkcja dostosowanej dużej flangi, umieszczenie transformatora prądowego optycznego wewnątrz flangi, a następnie wyprowadzenie włókien optycznych z boku flangi. W ten sposób część połączeniowa między włóknem optycznym a transformatorem prądowym optycznym znajduje się wewnątrz transformatora, a ta strefa sąsiaduje z dużymi flangami innych zewnętrznych transformatorów, a transformator prądowy optyczny jest odgrodzony od gazu szescziefluorokrzemionku metalowym osłoną.

Ponieważ podczas pracy transformatora prądowego powstają wiry prądu, które zakłócają dokładność pomiaru i napięcie transformatora prądowego optycznego. Aby rozwiązać ten problem, na metalowych powierzchniach kontaktowych dwóch dużych flang zastosowano obróbkę elektrostatyczną, aby zablokować pętlę wirów prądu i zapewnić szczelność gazu szescziefluorokrzemionku.

Symulacja i weryfikacja pola elektrycznego

Z powodu zastosowania konstrukcji flangi w projekcie, rozkład pola elektrycznego transformatora prądowego optycznego ulegnie zmianie. Aby zweryfikować skuteczność schematu, konieczne jest użycie dojrzałych narzędzi symulacyjnych (takich jak oprogramowanie ANSYS) do przeprowadzenia testów i analiz. Użyto ANSYS do przeprowadzenia eksperymentów z natężeniem pola na pierścieniach metalowych i przewodnikach dwóch flang. W eksperymencie użyto impulsu napięcia grzmotowego o wartości 150 kV. Dzięki precyzyjnej analizie oprogramowania ANSYS stwierdzono, że największe natężenie pola występuje w częściach brzegowych flangi i osłony ekranującej, a wartość maksymalna wynosi 20 kV/mm. Ten wynik przeszedł testy i akceptację po głębokich badaniach i naukowych, precyzyjnych obliczeniach symulacyjnych zespołu projektowego.

Obecnie ten projekt działa stabilnie przez długi czas, a efekty są dobre. Obecnie w Chinach osiągnięto pewne sukcesy w badaniach transformatorów prądowych optycznych. Jednak w przypadku zastosowań o wysokim napięciu, nadal istnieją problemy, takie jak zmniejszenie wpływu dwuspadkowości spowodowanej naprężeniami i temperaturą, zapewnienie długoterminowej stabilności działania systemu oraz dalsze poprawianie dokładności pomiaru, które wymagają rozwiązania w przyszłości.

3. Podsumowanie

Dyskusja dotycząca całego procesu od wyboru schematu, poprzez realizację do rozwiązywania problemów transformatora prądowego optycznego w systemie GIS pokazuje, że osiągnięto znaczące rezultaty w dziedzinie projektowania i zastosowań GIS. W porównaniu z tradycyjnym transformatorem prądowym elektromagnetycznym, transformator prądowy optyczny ma oczywiste zalety, a jego zastosowanie staje się coraz szersze. Wiele producentów i użytkowników już go zastosowało. Można przewidzieć, że w不远的将来，光电电流互感器有望完全取代电磁式电流互感器，并随着技术的不断发展和成熟，将为变压器技术的进步做出更大的贡献。 请注意，最后一段的最后一句似乎被意外地翻译成了中文。以下是正确的波兰语翻译：

Można przewidzieć, że w niedalekiej przyszłości transformator prądowy optyczny całkowicie zastąpi transformator prądowy elektromagnetyczny, a z ciągłym rozwojem i dojrzewaniem technologii będzie mógł przyczynić się jeszcze bardziej do postępu w dziedzinie technologii transformatorów.