Khám phá Thiết kế và Ứng dụng của Biến dòng quang điện trong GIS

1. Thiết kế và Ví dụ Ứng dụng của Biến dòng quang điện trong GIS

Bài viết này lấy dự án GIS 126kV làm ví dụ cụ thể để sâu sắc khám phá ý tưởng thiết kế và ứng dụng thực tế của biến dòng quang điện trong hệ thống GIS. Kể từ khi dự án GIS này chính thức được đưa vào hoạt động, hệ thống điện đã duy trì ổn định, không xảy ra sự cố lớn nào, và tình trạng hoạt động tương đối lý tưởng.

1.1 Ý tưởng Thiết kế và Ứng dụng của Biến dòng Quang Điện

Ở giai đoạn đầu của dự án, đội dự án GIS đã có những cuộc thảo luận sôi nổi về kế hoạch bố trí của biến dòng quang điện. Tranh cãi cốt lõi tập trung vào: liệu nên bố trí nó trong môi trường khí hexafluorua lưu huỳnh SF₆ hay trong môi trường không khí thông thường.

Phương án 1: Bố trí trong Môi trường Khí Hexafluorua Lưu Huỳnh

Nếu phương án này được áp dụng, biến dòng quang điện sẽ nằm trong môi trường khí hexafluorua lưu huỳnh áp suất cao, và kết nối điện giữa nó và phòng điều khiển cần phải dựa trên sợi quang. Tuy nhiên, trong môi trường áp suất cao của khí hexafluorua lưu huỳnh, việc dẫn sợi quang vào hộp điều khiển khá khó khăn. Nếu sợi quang được làm thành các cổng kết thúc tương tự như dạng cáp, thì công nghệ hàn liền mạch chuyên nghiệp phải được áp dụng; nhưng quá trình hàn không chỉ can thiệp vào truyền tín hiệu quang, mà còn đường dẫn điện do hàn có thể ảnh hưởng đến khả năng cách điện điện của biến dòng, với nhiều yếu tố bất lợi.

Phương án 2: Bố trí trong Môi trường Không khí

Phương án này không cần phải xem xét tác động của áp suất cao, vì vậy không có lo ngại liên quan đến hàn. Tuy nhiên, cần tập trung vào cách đảm bảo độ kín của biến dòng, cũng như tác động của dòng xoáy lên độ chính xác đo lường và các tác động tiềm tàng khác có thể xảy ra.

Sau phân tích và so sánh kỹ lưỡng, đội dự án GIS cuối cùng đã chọn Phương án 2. Phương án này coi an toàn, tin cậy và ổn định của hệ thống vận hành là ưu tiên hàng đầu, và đầy đủ xem xét tính khả thi trong quá trình triển khai phương án.

2. Giải pháp cho Vấn đề của Phương án
Thiết kế Cấu trúc và Kết nối

Qua so sánh và phân tích cấu trúc thiết kế của biến dòng quang điện với biến dòng điện từ truyền thống, quyết định bố trí biến dòng quang điện trong môi trường không khí, và tiến hành các công việc thiết kế sau:

Sản xuất một flange lớn thích nghi, đặt biến dòng quang điện bên trong flange, và dẫn sợi quang ra từ bên cạnh flange. Theo cách này, phần kết nối giữa sợi quang và biến dòng quang điện nằm bên trong biến dòng, và khu vực này giáp với các flange lớn của các biến dòng ngoại vi khác, và biến dòng quang điện được cách ly khỏi khí hexafluorua lưu huỳnh bằng kim loại.

Do dòng xoáy sẽ được tạo ra trong quá trình hoạt động của biến dòng, gây nhiễu độ chính xác đo lường và điện áp của biến dòng quang điện. Để giải quyết vấn đề này, xử lý phun tĩnh điện được áp dụng trên các bề mặt tiếp xúc kim loại của hai flange lớn, nhằm chặn vòng dòng xoáy và đảm bảo độ kín của khí hexafluorua lưu huỳnh.

Mô phỏng và Kiểm tra Trường Điện

Do sử dụng cấu trúc flange trong thiết kế, phân bố trường điện của biến dòng quang điện sẽ thay đổi. Để kiểm tra hiệu quả của phương án, cần sử dụng các công cụ tính toán mô phỏng chín muồi (như phần mềm ANSYS) để tiến hành công việc kiểm tra và phân tích. Sử dụng ANSYS để tiến hành thí nghiệm cường độ trường trên các vòng kim loại và dây dẫn của hai flange. Điện áp xung sét được sử dụng trong thí nghiệm là 150kV. Qua phân tích chính xác bởi phần mềm ANSYS, kết luận rằng cường độ trường ở các phần mép của flange và nắp che là lớn nhất, và giá trị tối đa đạt 20kV/mm. Kết quả này đã vượt qua kiểm tra và chấp nhận sau nghiên cứu sâu rộng và tính toán mô phỏng khoa học và chính xác bởi đội dự án.

Hiện tại, dự án này đã hoạt động ổn định trong thời gian dài, và hiệu quả tốt. Hiện nay, đã có một số thành tựu trong nghiên cứu biến dòng quang điện ở Trung Quốc. Tuy nhiên, trong các kịch bản ứng dụng mức điện áp cao, vẫn còn các vấn đề như giảm ảnh hưởng của birefringence do ứng suất và nhiệt độ, đảm bảo vận hành ổn định lâu dài của hệ thống, và cải thiện thêm độ chính xác đo lường, cần được giải quyết trong tương lai.

3. Kết luận

Qua thảo luận toàn bộ quá trình từ lựa chọn phương án, triển khai đến giải quyết vấn đề của biến dòng quang điện trong hệ thống GIS, có thể thấy đã đạt được kết quả đáng kể trong lĩnh vực thiết kế và ứng dụng GIS. So với biến dòng điện từ truyền thống, biến dòng quang điện có ưu điểm rõ rệt, và phạm vi ứng dụng của nó ngày càng mở rộng. Nhiều nhà sản xuất và người dùng đã áp dụng nó. Có thể dự đoán rằng trong tương lai gần, biến dòng quang điện có thể hoàn toàn thay thế biến dòng điện từ, và với sự phát triển và trưởng thành liên tục của công nghệ, sẽ đóng góp lớn hơn cho sự tiến bộ của công nghệ biến dòng.