การสำรวจการออกแบบและการประยุกต์ใช้ของตัวแปลงกระแสแสงใน GIS
1.การออกแบบและการประยุกต์ใช้ตัวแปลงกระแสแสงในระบบ GIS
บทความนี้ใช้โครงการ GIS ระดับ 126kV เป็นตัวอย่างเฉพาะเพื่อสำรวจลึกซึ้งแนวคิดในการออกแบบและการประยุกต์ใช้ตัวแปลงกระแสแสงในระบบ GIS นับตั้งแต่โครงการ GIS นี้เริ่มดำเนินการอย่างเป็นทางการระบบไฟฟ้าได้รักษาความเสถียรโดยไม่มีปัญหาใหญ่ ๆ เกิดขึ้นและสถานะการทำงานค่อนข้างดี
1.1 แนวคิดในการออกแบบและการประยุกต์ใช้ตัวแปลงกระแสแสง
ในระยะเริ่มต้นของโครงการทีมงานโครงการ GIS ได้มีการหารืออย่างเข้มข้นเกี่ยวกับแผนการจัดวางตัวแปลงกระแสแสงประเด็นสำคัญคือ: ควรจัดวางไว้ในสภาพแวดล้อมของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ SF6 หรือในสภาพแวดล้อมอากาศปกติ
แผนที่ 1: จัดวางในสภาพแวดล้อมของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์
หากใช้แผนนี้ตัวแปลงกระแสแสงจะอยู่ในสภาพแวดล้อมของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์แรงดันสูงและเชื่อมต่อระหว่างมันกับห้องควบคุมต้องพึ่งพาสายใยแก้วนำแสงอย่างไรก็ตามในสภาพแวดล้อมแรงดันสูงของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์การนำสายใยแก้วนำแสงเข้าสู่กล่องควบคุมค่อนข้างยาก หากต้องการทำให้สายใยแก้วนำแสงมีรูปลักษณ์คล้ายกับสายเคเบิลต้องใช้เทคโนโลยีการเชื่อมไร้รอยต่อแบบมืออาชีพ แต่กระบวนการเชื่อมจะไม่เพียงแต่รบกวนการส่งผ่านสัญญาณแสงเท่านั้น แต่ยังทำให้เกิดทางเดินไฟฟ้าจากการเชื่อมที่อาจส่งผลกระทบต่อสมรรถนะการฉนวนไฟฟ้าของตัวแปลงกระแส ซึ่งมีปัจจัยที่ไม่เอื้ออำนวยหลายประการ
แผนที่ 2: จัดวางในสภาพแวดล้อมอากาศ
แผนนี้ไม่จำเป็นต้องพิจารณาผลกระทบที่เกิดจากแรงดันสูง ดังนั้นไม่มีความกังวลเกี่ยวกับการเชื่อมอย่างไรก็ตามต้องเน้นที่วิธีการรับประกันความแน่นหนาของตัวแปลงกระแส รวมถึงผลกระทบของกระแสน้ำวนต่อความแม่นยำในการวัดและผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นอื่น ๆ
หลังจากวิเคราะห์และเปรียบเทียบอย่างละเอียดทีมงานโครงการ GIS สุดท้ายเลือกแผนที่ 2 แผนนี้ให้ความสำคัญกับความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และความเสถียรของการทำงานของระบบเป็นหลัก และพิจารณาความสามารถในการปฏิบัติงานอย่างเต็มที่
2. แนวทางแก้ไขปัญหาของแผน
การออกแบบโครงสร้างและการเชื่อมต่อ
โดยการเปรียบเทียบและวิเคราะห์โครงสร้างการออกแบบของตัวแปลงกระแสแสงกับตัวแปลงกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมได้ตัดสินใจจัดวางตัวแปลงกระแสแสงในสภาพแวดล้อมอากาศและดำเนินการออกแบบดังต่อไปนี้:
ผลิตฝาครอบขนาดใหญ่ที่เหมาะสมวางตัวแปลงกระแสแสงภายในฝาครอบและนำสายใยแก้วนำแสงออกมาจากด้านข้างของฝาครอบ ในลักษณะนี้ส่วนเชื่อมต่อระหว่างสายใยแก้วนำแสงกับตัวแปลงกระแสแสงจะอยู่ภายในตัวแปลงกระแส และพื้นที่นี้อยู่ติดกับฝาครอบขนาดใหญ่ของตัวแปลงกระแสภายนอก โดยตัวแปลงกระแสแสงและแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์ถูกแยกออกจากกันโดยโลหะ
เนื่องจากการทำงานของตัวแปลงกระแสจะเกิดกระแสน้ำวนซึ่งจะรบกวนความแม่นยำในการวัดและความดันของตัวแปลงกระแสแสง เพื่อแก้ไขปัญหานี้ได้ใช้วิธีการพ่นไฟฟ้าสถิตบนพื้นผิวโลหะที่สัมผัสกันของฝาครอบขนาดใหญ่สองตัว เพื่อปิดวงจรกระแสน้ำวนและรับประกันความแน่นหนาของแก๊สซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์
การจำลองและตรวจสอบสนามไฟฟ้า
เนื่องจากการใช้โครงสร้างฝาครอบในการออกแบบทำให้การกระจายสนามไฟฟ้าของตัวแปลงกระแสแสงเปลี่ยนแปลง ในการตรวจสอบประสิทธิภาพของแผนนี้จำเป็นต้องใช้เครื่องมือคำนวณจำลองที่มีความชำนาญ (เช่น ซอฟต์แวร์ ANSYS) ในการทดสอบและวิเคราะห์ ใช้ ANSYS ทำการทดลองแรงสนามไฟฟ้าบนวงแหวนและสายนำของฝาครอบสองตัว แรงดันกระแทกจากฟ้าผ่าที่ใช้ในการทดลองคือ 150kV ผ่านการวิเคราะห์อย่างละเอียดโดยซอฟต์แวร์ ANSYS พบว่าแรงสนามที่ขอบของฝาครอบและแผ่นป้องกันมีค่าสูงสุดถึง 20kV/mm ผลลัพธ์นี้ได้ผ่านการทดสอบและการยอมรับหลังจากการวิจัยอย่างลึกซึ้งและการคำนวณจำลองที่มีความแม่นยำทางวิทยาศาสตร์โดยทีมงานโครงการ
ปัจจุบันโครงการนี้ได้ทำงานอย่างเสถียรมายาวนานและได้ผลดี ในขณะนี้ได้มีความสำเร็จบางอย่างในการวิจัยตัวแปลงกระแสแสงในประเทศจีน อย่างไรก็ตามในกรณีการประยุกต์ใช้ที่ระดับแรงดันสูงยังมีปัญหาที่ต้องแก้ไข เช่น การลดผลกระทบจากการแบ่งแสงที่เกิดจากความเครียดและความร้อน การรับประกันการทำงานอย่างเสถียรในระยะยาวของระบบ และการปรับปรุงความแม่นยำในการวัดให้มากขึ้น
3. สรุป
จากการหารือทั้งหมดตั้งแต่การเลือกแผน การดำเนินการ จนถึงการแก้ไขปัญหาของตัวแปลงกระแสแสงในระบบ GIS สามารถเห็นได้ว่าได้ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจในด้านการออกแบบและการประยุกต์ใช้ระบบ GIS เมื่อเทียบกับตัวแปลงกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมตัวแปลงกระแสแสงมีข้อได้เปรียบอย่างชัดเจนและขอบเขตการประยุกต์ใช้กำลังขยายตัวอย่างกว้างขวาง ผู้ผลิตและผู้ใช้หลายคนได้รับการยอมรับแล้ว มีแนวโน้มว่าในอนาคตอันใกล้ตัวแปลงกระแสแสงคาดว่าจะแทนที่ตัวแปลงกระแสแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ และด้วยการพัฒนาและประสบความสำเร็จของเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีตัวแปลงกระแส
