Explorando o Projeto e a Aplicação de Transformadores Fotônicos de Corrente em GIS

1.Exemplo de Design e Aplicação do Transformador de Corrente Fotoelétrico em GIS

Este artigo toma um projeto GIS de 126kV como exemplo específico para explorar profundamente as ideias de design e a aplicação prática dos transformadores de corrente fotoelétricos no sistema GIS. Desde que este projeto GIS foi oficialmente posto em operação, o sistema de energia permaneceu estável, sem a ocorrência de falhas graves, e o estado de operação é relativamente ideal.

1.1 Ideias de Design e Aplicação do Transformador de Corrente Fotoelétrico

Na fase inicial do projeto, a equipe do projeto GIS teve discussões intensas sobre o plano de layout do transformador de corrente fotoelétrico. A controvérsia central focou-se em: se deve ser colocado no ambiente de gás hexafluoreto de enxofre SF₆ ou no ambiente convencional de ar.

Esquema 1: Colocado no Ambiente de Gás Hexafluoreto de Enxofre

Se este esquema for adotado, o transformador de corrente fotoelétrico estará em um ambiente de gás hexafluoreto de enxofre de alta pressão, e a conexão elétrica entre ele e a sala de controle precisará depender de fibras óticas. No entanto, no ambiente de alta pressão de hexafluoreto de enxofre, é bastante difícil introduzir fibras óticas na caixa de controle. Se as fibras óticas forem feitas em portas terminais semelhantes à forma dos cabos, deve-se adotar tecnologia de soldagem sem costura; mas o processo de soldagem não apenas interferirá na transmissão de sinais óticos, mas também o caminho condutor formado pela soldagem pode afetar o desempenho de isolamento elétrico do transformador de corrente, com muitos fatores desfavoráveis.

Esquema 2: Colocado no Ambiente de Ar

Este esquema não precisa considerar o impacto da alta pressão, então não há preocupações relacionadas à soldagem. No entanto, é necessário concentrar-se em como garantir a estanqueidade do transformador de corrente, bem como o impacto das correntes de fuga na precisão da medição e outros impactos potenciais que possam ocorrer.

Após uma análise rigorosa e comparação, a equipe do projeto GIS finalmente selecionou o Esquema 2. Este esquema leva em consideração primordial a segurança, confiabilidade e estabilidade da operação do sistema, e considera plenamente a operabilidade durante a implementação do esquema.

2. Solução aos Problemas do Esquema
Design Estrutural e Conexão

Ao comparar e analisar a estrutura de design do transformador de corrente fotoelétrico com a do transformador de corrente eletromagnético tradicional, decidiu-se colocar o transformador de corrente fotoelétrico no ambiente de ar, e realizar o seguinte trabalho de design:

Produzir uma flange de grande escala adaptada, colocar o transformador de corrente fotoelétrico dentro da flange e conduzir a fibra ótica pelo lado da flange. Dessa forma, a parte de conexão entre a fibra ótica e o transformador de corrente fotoelétrico está localizada dentro do transformador, e esta área é adjacente às grandes flanges de outros transformadores externos, e o transformador de corrente fotoelétrico e o gás hexafluoreto de enxofre são isolados por metal.

Como correntes de fuga serão geradas durante a operação do transformador de corrente, o que interferirá na precisão da medição e na tensão do transformador de corrente fotoelétrico. Para resolver esse problema, é adotado tratamento de pulverização eletrostática nas superfícies de contato metálicas das duas grandes flanges, a fim de bloquear o circuito de corrente de fuga e garantir a estanqueidade do gás hexafluoreto de enxofre.

Simulação e Verificação do Campo Elétrico

Devido à adoção da estrutura de flange no design, a distribuição do campo elétrico do transformador de corrente fotoelétrico mudará. Para verificar a eficácia do esquema, é necessário usar ferramentas maduras de simulação e cálculo (como o software ANSYS) para realizar testes e análises. Utilize o ANSYS para realizar experimentos de intensidade de campo nos anéis metálicos e condutores das duas flanges. A tensão de impulso de raio utilizada no experimento é de 150kV. Através de análise precisa pelo software ANSYS, concluiu-se que a intensidade de campo nas partes de borda da flange e da cobertura de blindagem é a maior, e o valor máximo atinge 20kV/mm. Este resultado passou pelo teste e aceitação após pesquisa aprofundada e cálculos de simulação científicos e precisos pela equipe do projeto.

Atualmente, este projeto tem sido executado de forma estável por um longo período, e o efeito é bom. Atualmente, certos avanços foram alcançados na pesquisa de transformadores de corrente fotoelétricos na China. No entanto, nos cenários de aplicação de níveis de tensão elevados, ainda existem problemas, como reduzir a influência da birrefringência causada por tensão e temperatura, garantir a operação estável a longo prazo do sistema e melhorar ainda mais a precisão da medição, que precisam ser resolvidos no futuro.

3. Conclusão

Através da discussão de todo o processo, desde a seleção do esquema, sua implementação até a solução de problemas do transformador de corrente fotoelétrico no sistema GIS, pode-se ver que resultados notáveis foram alcançados no campo do design e aplicação de GIS. Em comparação com o transformador de corrente eletromagnético tradicional, o transformador de corrente fotoelétrico tem vantagens óbvias, e seu alcance de aplicação está se tornando cada vez maior. Muitos fabricantes e usuários já o adotaram. É previsível que, no futuro próximo, o transformador de corrente fotoelétrico espera-se substituir completamente o transformador de corrente eletromagnético, e com o desenvolvimento contínuo e maturidade da tecnologia, fará maiores contribuições para o progresso da tecnologia de transformadores.