Исследование конструкции и применения фотоэлектрических трансформаторов тока в ГИС

1. Пример проектирования и применения фотоэлектрического токового трансформатора в GIS

В этой статье рассматривается проект на 126 кВ как конкретный пример для глубокого изучения идей проектирования и практического применения фотоэлектрических токовых трансформаторов в системе GIS. С момента официального ввода этого проекта в эксплуатацию энергосистема оставалась стабильной, без серьезных сбоев, и состояние работы является относительно идеальным.

1.1 Идеи проектирования и применения фотоэлектрического токового трансформатора

На начальном этапе проекта команда проекта GIS провела интенсивные обсуждения по плану размещения фотоэлектрического токового трансформатора. Основной спор сосредоточился на том, следует ли разместить его в среде гексафторида серы SF₆ или в обычной воздушной среде.

Схема 1: Размещение в среде гексафторида серы

Если будет принята эта схема, фотоэлектрический токовый трансформатор будет находиться в высоконапорной среде гексафторида серы, и электрическое соединение между ним и контрольной комнатой потребует использования оптоволокна. Однако в условиях высокого давления гексафторида серы очень сложно ввести оптоволокно в коробку управления. Если оптоволокно должно быть изготовлено в виде терминальных портов, подобных кабельным, необходимо использовать профессиональную бесшовную сварочную технологию; однако процесс сварки не только будет мешать передаче оптических сигналов, но и образуемый сваркой проводящий путь может повлиять на электрические изоляционные свойства токового трансформатора, что создает множество неблагоприятных факторов.

Схема 2: Размещение в воздушной среде

Эта схема не требует учета влияния высокого давления, поэтому нет опасений, связанных со сваркой. Однако необходимо сосредоточиться на том, как обеспечить герметичность токового трансформатора, а также на влиянии вихревых токов на точность измерений и других потенциальных воздействиях, которые могут возникнуть.

После тщательного анализа и сравнения команда проекта GIS в конечном итоге выбрала схему 2. Эта схема берет за основу безопасность, надежность и стабильность работы системы, а также полностью учитывает возможность реализации при выполнении схемы.

2. Решение проблем схемы
Конструктивное проектирование и соединение

Сравнивая и анализируя конструктивное проектирование фотоэлектрического токового трансформатора с традиционным электромагнитным токовым трансформатором, было решено разместить фотоэлектрический токовый трансформатор в воздушной среде и выполнить следующие проектные работы:

Произвести адаптированную крупногабаритную фланцевую деталь, поместить фотоэлектрический токовый трансформатор внутри фланца и вывести оптоволокно с боковой стороны фланца. Таким образом, соединительная часть между оптоволокном и фотоэлектрическим токовым трансформатором находится внутри трансформатора, и эта область примыкает к большим фланцам других внешних трансформаторов, а фотоэлектрический токовый трансформатор и гексафторид серы разделены металлом.

Поскольку при работе токового трансформатора будут возникать вихревые токи, которые будут мешать точности измерений и напряжению фотоэлектрического токового трансформатора, для решения этой проблемы используется электростатическое распыление на металлических контактных поверхностях двух больших фланцев, чтобы блокировать цепь вихревых токов и обеспечить герметичность гексафторида серы.

Моделирование и верификация электрического поля

Из-за использования фланцевой конструкции в проектировании изменится распределение электрического поля фотоэлектрического токового трансформатора. Для проверки эффективности схемы необходимо использовать зрелые инструменты моделирования (например, программное обеспечение ANSYS) для проведения тестирования и анализа. С помощью ANSYS проводятся испытания на прочность электрического поля на металлических кольцах и проводниках двух фланцев. В эксперименте используется импульсное напряжение молнии 150 кВ. Точным анализом с помощью программного обеспечения ANSYS установлено, что максимальное значение электрического поля достигается на краевых частях фланца и экрана, и его максимальное значение составляет 20 кВ/мм. Этот результат прошел проверку и принятие после глубоких исследований и научно-точных расчетов моделирования командой проекта.

В настоящее время этот проект работает стабильно длительное время, и эффект хороший. В настоящее время в Китае достигнуты определенные успехи в исследованиях фотоэлектрических токовых трансформаторов. Однако в сценариях применения высоких напряжений все еще существуют проблемы, такие как снижение влияния двойного лучепреломления, вызванного напряжением и температурой, обеспечение долгосрочной стабильной работы системы и дальнейшее повышение точности измерений, которые необходимо решить в последующем.

3. Заключение

Обсуждая весь процесс от выбора схемы, реализации до решения проблем фотоэлектрического токового трансформатора в системе GIS, можно видеть, что были достигнуты значительные результаты в области проектирования и применения GIS. По сравнению с традиционным электромагнитным токовым трансформатором, фотоэлектрический токовый трансформатор имеет явные преимущества, и его сфера применения становится все шире. Многие производители и пользователи уже его используют. Можно предвидеть, что в ближайшем будущем фотоэлектрический токовый трансформатор полностью заменит электромагнитный токовый трансформатор, и с постоянным развитием и совершенствованием технологии он внесет еще больший вклад в прогресс технологии трансформаторов.