اختيار دارة التحقق الأساسية وقياس المعلمات لمحولات التيار في نظام IEE-Business GIS UHV

في نظام التوزيع الكهربائي فائق الجهد (UHV GIS)، تعتبر محولات التيار مفتاحية لقياس الطاقة الكهربائية. دقة هذه المحولات تحدد استحقاقات تجارة الطاقة، لذا فإن التحقق من الخطأ في الموقع وفقًا لـ JJG1021 - 2007 ضروري.在现场使用电源、调压器和电流提升器。由于GIS的封装性，通过暴露的接地刀闸、套管和回流导体构建测试电路；正确的电路简化接线并提高精度。

存在大测试电流、长电路和高阻抗等挑战，但利用GIS主电路中的较高电感性电抗进行无功补偿可以减少设备容量需求。准确测量主电路参数是关键。现有方法不适用于GIS主电路，因此本文：对UHV GIS电流互感器主电路结构/特征进行分类以选择验证电路；开发智能方法以增强参数测量的智能化/自动化。

1 UHV GIS电流互感器主电路选择
1.1 结构与特点

GIS将变电站的一次设备（不包括变压器）集成到八个组件中（例如断路器CB、隔离开关DS）。封装在金属外壳中的GIS提供：小型化（通过SF₆）、空间更少；高可靠性（密封的带电部件抵抗环境/地震）；安全性（没有触电/火灾风险）；优越性能（屏蔽电磁/静电干扰）；安装时间短（工厂组装减少了现场时间）；易于维护和检查（良好的结构，先进的灭弧技术）。

1.2 电路选择

断路器位于GIS管道中间，两侧有电流互感器。隔离开关在外侧，并且有接地开关用于保护。管道使用SF₆，而变压器采用环氧树脂半浇注。由于封装，使用暴露的接地开关/套管+回流导体。有四种选择：断路器端部的接地开关、GIS管道外壳、大电流导体或相邻的GIS母线作为回流。解决无功补偿后，选择相邻的GIS母线（安全、简单、可操作）进行现场验证。

2 GIS主电路智能测量系统研究
2.1 参数测量方法分析

GIS主电路具有等效电阻R和电感性电抗Z_L。传统方法（测量R，施加交流电，计算复数阻抗Z然后Z_L）需要许多设备、复杂操作和大量计算。本文开发了智能系统。主要任务：系统设计（组件匹配、过程规划）；确定信号采集（电压/电流点、方法、电路）；找出电压-电流相位差计算；选择线路参数方法（从幅值/相位差，得到等效电阻/电感性电抗）；克服谐波/干扰以提高精度。

2.2 智能测量系统的总体设计

智能测量系统以基于微控制器的计算机系统为中心，配备按钮、显示器、打印机和其他外设。电压和电流信号由信号采集系统捕获，然后通过滤波器、多路复用开关、自动信号增益放大器和模数（A/D）转换器处理，最后到达微控制器进行信号处理。硬件原理如图1所示。

系统组件

• 信号采集系统：从电路中捕获电压和电流信号。

• 滤波器：消除干扰信号。

• 多路复用开关：使电压和电流信号共享一个A/D转换器，从而降低硬件成本。

• 自动信号增益放大器：根据信号强度自动调整放大倍数，确保稳定的输出。

• A/D转换器：将模拟信号转换为数字格式，以便微控制器处理。

• 显示器：使用直接读取的数字屏幕，便于查看数据。

• 按钮：简化系统操作，用户友好控制。

• 打印机：按需输出测量结果。

操作过程

采集的信号经过处理并传输到微控制器，微控制器运行预装的信号处理程序。系统通过专用软件分析数据，计算结果并在屏幕上显示。

2.3 信号采集电路设计

由于测量主电路参数不需要大电流，系统使用200A输出的稳压电源。通过电流提升器后，线路侧感应电流显著低于GIS额定电流，减少了大容量设备的需求。这种设置使电流保持在GIS外壳和接地开关的安全工作范围内。

电路选项

信号采集电路可以采用前面讨论的三种测试电路中的任何一种（不包括基于接地开关的电路，因为它不能覆盖整个GIS线路）。同时使用多种方法可以提高测量精度。测试期间，安装电压和电流互感器，将高压侧的大值转换为采集系统可管理的二次侧信号。

相邻GIS母线回流导体电路设计

当使用相邻的GIS大电流母线作为回流导体时：

• 在电流提升器线路侧并联连接电压互感器。

• 在电流提升器线路侧与GIS入口套管之间串联安装电流互感器。

• 将二次侧电压和电流信号输入采集系统。

设计的信号采集电路如图2所示。收集的电压和电流数据对应于电路的总值。

2.4 电压和电流相位差计算方法的选择

该测量系统使用过零相角法来测量电压和电流之间的相位差。所谓的过零相角法是将采集的电压和电流信号的基本波成分整形为方波，通过微分电路获得各自的过零脉冲，测量两个脉冲之间的时间差，然后计算电压和电流之间的相位差。

假设电压方波上升沿时间为τ₁，电流方波上升沿时间为τ₂。则两个信号之间的相位差φ的计算公式如下：

其中：T是电压和电流的周期。由于电压和电流的频率为50 Hz，其周期为0.02秒。电压和电流相位差的计算公式可以简化为：

2.5 线路参数计算方法

这些计算过程已被编程到微控制器的内存中。使用专门的信号处理软件自动处理数据，并在设备的监视器上显示结果。为了方便分析，默认情况下提到的电压和电流已转换为一次侧的电压和电流。

假设信号采集系统收集的总线电压幅值为U，线路电流幅值为I。则可以从以下公式获得总线电阻R₁和电感L₁：

如果测得GIS出线套管母线之间的连接导体的电阻率为ρ，有效截面积为s，导体长度为l，则该连接导体的阻抗计算公式如下：

忽略其他连接导体，可以从以下公式获得GIS管道一次电路的等效电阻R和等效电感L：

误差控制与优化

每种测量方法应在不同间隔重复3次以减少误差。如果可行，同时使用所有3种方法并比较结果：

• 一致的结果：平均值。

• 一个异常值：检查是否有松动的连接或接线错误；如果问题仍然存在，则丢弃异常值。

• 不一致的结果：重新检查干扰。必要时修改电路；如果差异仍然存在，则修订理论参数。

为了减轻干扰和谐波：

• 在信号采集电路中安装硬件滤波器。

• 应用FFT软件提取基波成分进行计算。

3. 结论

UHV GIS将一次设备集成在密封的金属罐中，提供了对环境因素的免疫力、高可靠性和最小占地面积。对于电流互感器的验证，使用相邻的GIS母线作为回流导体简化了接线并确保了安全性，使其成为一次检测电路的理想选择。

本研究介绍了一种用于GIS一次电路的智能测量系统，能够精确测量等效电阻和电感。该系统具有用户友好的界面、高精度和强大的抗干扰能力，推动了GIS验证的自动化。建议进一步进行现场测试以验证和完善。