Istraživanje dizajna i primene fotoelektričnih transformatora struje u GIS-u

1. Dizajn i primena fotoelektričnog transformatora struje u GIS-u

Ovaj članak uzima 126kV GIS projekat kao konkretan primer kako bi dublje istražio ideje dizajna i praktičnu primenu fotoelektričnih transformatora struje u GIS sistemu. Od kada je ovaj GIS projekat zvanično uveden u rad, elektronski sistem ostaje stabilan, bez pojavljivanja velikih grešaka, a stanje rada je relativno idealno.

1.1 Ideje dizajna i primene fotoelektričnog transformatora struje

U inicijalnoj fazi projekta, GIS projektni tim je imao intenzivne rasprave o planu raspoređivanja fotoelektričnog transformatora struje. Glavni spor se fokusirao na: da li treba rasporediti u okruženju šestfluorid sumpora SF₆ ili u konvencionalnom vazdušnom okruženju.

Šema 1: Raspoređeno u okruženju šestfluorida sumpora

Ako se ova šema usvoji, fotoelektrični transformator struje će biti u visokopresionom okruženju šestfluorida sumpora, a električna veza između njega i kontrolne sobe će morati da se oslanja na optičke vlakna. Međutim, u visokopresionom okruženju šestfluorida sumpora, pravljenje ulaza za optička vlakna u kontrolnu kutiju je prilično teško. Ako se optička vlakna trebaju pretvoriti u terminalne portove slične kablovima, mora se koristiti profesionalna tehnologija besšavno spajanja; ali proces spajanja neće samo da utiče na prenos optičkih signala, već i put provodnosti formiran spajanjem može uticati na električnu izolacionu performansu transformatora struje, sa mnogo nepovoljnih faktora.

Šema 2: Raspoređeno u vazdušnom okruženju

Ova šema ne mora da uzima u obzir uticaj visokog pritiska, tako da nema briga vezana za spajanje. Međutim, potrebno je fokusirati na to kako osigurati hermetičnost transformatora struje, kao i uticaj vrtloga struje na preciznost merenja i drugi potencijalni uticaji koji mogu nastati.

Nakon surovog analiziranja i poređenja, GIS projektni tim je konačno izabrao Šemu 2. Ova šema stavlja sigurnost, pouzdanost i stabilnost rada sistema kao glavnu razmatranu stvar, i potpuno uzima u obzir operativnost tokom implementacije šeme.

2. Rešenje problema šeme
Dizajn strukture i povezivanje

Poređenjem i analizom dizajna strukture fotoelektričnog transformatora struje sa onim tradicionalnog elektromagnetskog transformatora struje, određeno je da se fotoelektrični transformator struje smesti u vazdušnom okruženju, i obavi sledeći dizajnerski rad:

Proizvedena je adaptirana velika flanša, postavljena je unutra fotoelektrični transformator struje, a optička vlakna su izvedena sa strane flanše. Na taj način, deo veze između optičkog vlakna i fotoelektričnog transformatora struje nalazi se unutar transformatora, a ta zona je susjedna velikim flanšama drugih spoljašnjih transformatora, a fotoelektrični transformator struje i šestfluorid sumpora su izolovani metalom.

Pošto se tokom rada transformatora struje generišu vrtlogovi struje, što će uticati na preciznost merenja i napona fotoelektričnog transformatora struje. Da bi se rešio ovaj problem, na metalne površine dve velike flanše primenjena je elektrostatska sprejanja kako bi blokirala petlju vrtloga struje i osigurala hermetičnost šestfluorida sumpora.

Simulacija i verifikacija električnog polja

Zbog adopcije flanšne strukture u dizajnu, distribucija električnog polja fotoelektričnog transformatora struje će se promeniti. Da bi se verifikovala efektivnost šeme, potrebno je koristiti zrele alate simulacije i izračunavanja (kao što je ANSYS softver) kako bi se vršilo testiranje i analiza. Koristi se ANSYS za eksperimente sa jakosti polja na metalnim kolacima i vodnicima dve flanše. U eksperimentu se koristi blesna impulsna napona od 150kV. Putem precizne analize ANSYS softverom zaključeno je da je najveća jakost polja na rubnim delovima flanše i štitne kapice, a maksimalna vrednost dosega 20kV/mm. Ovaj rezultat je prošao testiranje i prihvatljivost nakon dubinskog istraživanja i naučno preciznih simulacija i izračunavanja projektnog tima.

Trenutno, ovaj projekat radi stabilno duže vreme, a efekti su dobro. Trenutno, određeni uspehi su dostignuti u istraživanju fotoelektričnih transformatora struje u Kini. Međutim, u scenarijima primene visokih nivoa napona, još uvek postoje problemi poput smanjenja uticaja dvosmernosti izazvane stresom i temperaturom, osiguranja dugoročne stabilne funkcije sistema, i daljeg poboljšanja preciznosti merenja, koje treba rešiti u nadalje.

3. Zaključak

Kroz diskusiju o cijelom procesu od izbora šeme, implementacije do rešenja problema fotoelektričnog transformatora struje u GIS sistemu, može se vidjeti da su postignuti značajni rezultati u oblasti dizajna i primene GIS-a. U usporedbi sa tradicionalnim elektromagnetskim transformatorom struje, fotoelektrični transformator struje ima očigledne prednosti, a njegov opseg primene postaje sve širi. Mnogi proizvođači i korisnici već ga koriste. Predvidljivo je da u bliskoj budućnosti, fotoelektrični transformator struje može potpuno zameniti elektromagnetski transformator struje, i sa kontinuiranim razvojem i zrelosti tehnologije, dati će veći doprinos napretku tehnologije transformatora.