Дослідження проектування та застосування фотоелектричних трансформаторів струму в GIS

1. Приклад проєктування та застосування фотоелектричного трансформатора струму в GIS

Ця стаття розглядає конкретний приклад проекту GIS на 126 кВ, щоб глибоко дослідити ідеї проєктування та практичне застосування фотоелектричних трансформаторів струму в системі GIS. З моменту офіційного запуску цього проекту GIS електроенергетична система залишається стабільною, без серйозних аварій, і стан роботи є досить ідеальним.

1.1 Ідеї проєктування та застосування фотоелектричного трансформатора струму

На початковому етапі проекту команда проекту GIS провела жваві обговорення щодо плану розташування фотоелектричного трансформатора струму. Основна суперечка була зосереджена на питанні: чи розташовувати його в середовищі гексафториду сульфуру SF₆ чи в звичайному повітряному середовищі.

Схема 1: Розташування в середовищі гексафториду сульфуру

Якщо буде використана ця схема, фотоелектричний трансформатор струму буде знаходитися в середовищі гексафториду сульфуру під високим тиском, а електричне з'єднання між ним і контрольною кімнатою буде залежати від оптичних волокон. Однак у високотисковому середовищі гексафториду сульфуру досить складно ввести оптичні волокна в контрольну коробку. Якщо оптичні волокна мають бути у формі термінальних портів, подібно до кабельних, потрібно використовувати професійну технологію безшовного зварювання; однак процес зварювання не тільки заважатиме передачі оптичних сигналів, але також створений шлях провідності може вплинути на електричну ізоляційну характеристику трансформатора струму, що має багато невигідних факторів.

Схема 2: Розташування в повітряному середовищі

Ця схема не потребує врахування впливу високого тиску, тому немає занепокоєнь, пов'язаних зі зварюванням. Проте слід звернути увагу на те, як забезпечити герметичність трансформатора струму, а також на вплив вихоревих струмів на точність вимірювань та інші потенційні впливи, які можуть виникнути.

Після строгого аналізу та порівняння команда проекту GIS остаточно вибрала Схему 2. Ця схема береться за основу безпеки, надійності та стабільності роботи системи, а також враховує оперативність реалізації схеми.

2. Вирішення проблем схеми
Конструктивне проєктування та з'єднання

Шляхом порівняння та аналізу конструктивної структури фотоелектричного трансформатора струму з традиційним електромагнітним трансформатором струму, було вирішено розташувати фотоелектричний трансформатор струму в повітряному середовищі, та провести наступні проектні роботи:

Створити адаптовану велику фланцеву деталь, розмістити фотоелектричний трансформатор струму всередині фланця, та вивести оптичне волокно з боку фланця. Таким чином, з'єднуюча частина між оптичним волокном та фотоелектричним трансформатором струму знаходиться всередині трансформатора, а ця область суміжна з великими фланцями інших зовнішніх трансформаторів, і фотоелектричний трансформатор струму та гексафторид сульфуру відокремлені металом.

Оскільки під час роботи трансформатора струму виникають вихореві струми, які заважають точності вимірювання та напруги фотоелектричного трансформатора струму. Для вирішення цієї проблеми на металеві поверхні двох великих фланців застосовується електростатичне напилення, щоб заблокувати вихоревий контур та забезпечити герметичність гексафториду сульфуру.

Моделювання та перевірка електричного поля

З огляду на використання фланцевої конструкції в проектуванні, розподіл електричного поля фотоелектричного трансформатора струму змінюється. Для перевірки ефективності схеми необхідно використовувати зрідні інструменти моделювання (наприклад, програмне забезпечення ANSYS) для проведення тестування та аналізу. Використовуючи ANSYS, проведено експерименти щодо напруженості електричного поля на металевих кільцевих частині та провідників двох фланців. Експериментальна напруга від блискавичної імпульсної напруги становила 150 кВ. Шляхом точного аналізу програмним забезпеченням ANSYS було встановлено, що максимальна напруженість електричного поля набуває найбільшого значення на краях фланців та екрані, де максимальне значення досягає 20 кВ/мм. Цей результат пройшов перевірку та прийняття після глибоких досліджень та науково-точного моделювання командою проекту.

На даний момент цей проект довгочасно працює стабільно, і результати добре. Наразі в дослідженнях фотоелектричних трансформаторів струму в Китаї досягнуті певні досягнення. Проте в сценаріях застосування високих напруг є ще проблеми, такі як зменшення впливу подвійного заломлення, спричиненого напруженням та температурою, забезпечення довготривалої стабільної роботи системи, та подальше покращення точності вимірювань, які потрібно вирішити в подальшому.

3. Висновок

Шляхом обговорення всього процесу від вибору схеми, реалізації до вирішення проблем фотоелектричного трансформатора струму в системі GIS, можна побачити, що досягнуті значні результати в області проектування та застосування GIS. Порівняно з традиційним електромагнітним трансформатором струму, фотоелектричний трансформатор струму має очевидні переваги, і його область застосування стає все ширшою. Багато виробників та користувачів уже використовують його. Передбачається, що в найближчому майбутньому фотоелектричний трансформатор струму має повністю замінити електромагнітний трансформатор струму, і з постійним розвитком та досягненням технологічної зрілості, він зробить більший внесок у прогрес трансформаторної техніки.