Избор на основна верификационна схема и измерване на параметри за UHV GIS трансформатори на тока

В UHV GIS токовите трансформатори са ключови за измерването на електрическата енергия. Точността им определя сделките по енергия, затова е необходима местна проверка на грешките според JJG1021 - 2007. На място, се използват източници на напрежение, регулатори на напрежението и подсилватели на тока. В резултат на инкапсулирането в GIS, се изграждат тестови вериги чрез открити заземващи ножове, втулки и връщане на проводници; правилните вериги опростяват монтажа и повишават точността.

Съществуват предизвикателства като големи тестови токове, дълги вериги и висок импеданс, но реактивната компенсация (използване на по-висок индуктивен реактанц в основните вериги на GIS) намалява нуждата от капацитет на оборудването. Точното измерване на параметрите на основната верига е ключово за компенсацията. Съществуващите методи не са подходящи за основните вериги на GIS, затова тази статия: класифицира структурите/особеностите на основните вериги на UHV GIS токовите трансформатори, за да се изберат вериги за проверка; разработва интелигентни методи за подобряване на интелектуалността/автоматизацията на измерването на параметрите.

1 Избор на основна верига за UHV GIS токовите трансформатори
1.1 Структура & особености

GIS интегрира основно оборудване на електроцентралата (с изключение на трансформаторите) в осем компонента (например, CB, DS). Инкапсулирани в метални обвивки, GIS предлага: миниатюризация (чрез SF₆), по-малко пространство); висока надеждност (запечатаните живи части се противопоставят на околната среда/земетресения); безопасност (няма риск от електрически удар/пожар); превосходна производителност (защита от ЕМ/статика, без интерференция); кратко време за монтаж (фабричната сборка намалява времето на място); лесно поддръжка и дълго проверяване (добра конструкция, напредък в угасяването на дъга).

1.2 Избор на верига

Автоматичните прекъсвачи се намират в средата на GIS тръбопроводите, с токови трансформатори от двете страни. Разединителите са отвън, плюс защитни заземващи ключове. Тръбопроводите използват (SF₆), а трансформаторите имат епоксидна смола полупливане. В резултат на обвивката, се използват открити заземващи ключове/втулки + връщане на проводници. Има четири опции: заземващи ключове на краищата на прекъсвачите, обвивки на GIS тръбопроводите, големи проводници или съседни GIS шини като връщане. След решаване на реактивната компенсация, се избират съседните GIS шини (безопасни, прости, работещи) за местна проверка.

2 Изследвания върху интелигентни системи за измерване на основните вериги на GIS
2.1 Анализ на метода за измерване на параметрите

Основните вериги на GIS имат равносилно съпротивление R и индуктивен реактанц (Z_L). Конвенционалните методи (измерване на R, приложение на АЦ, изчисление на комплексния импеданс Z след това (Z_L) изискват много устройства, сложни операции и тежки изчисления. Тази статия разработва интелигентни системи. Ключови задачи: проектиране на системата (подбор на компонентите, планиране на процеса); определение на точки, методи и вериги за събиране на сигнали за напрежение/ток; изчисление на фазовата разлика между напрежението и тока; избор на методи за измерване на параметрите на веригата (от амплитуда/фазова разлика, получаване на равносилно съпротивление/индуктивен реактанц); преодоляване на гармоники/интерференция за точност.

2.2 Общо проектиране на интелигентната система за измерване

Интелигентната система за измерване се центрира около микроконтролерна базирана компютърна система, оборудвана с бутони, дисплей, принтер и други периферни устройства. Сигналите за напрежение и ток се улавят от системата за събиране на сигнали, след което се обработват през филтър, мултиплексорски ключ, автоматичен усилвател на сигнала и аналогово-цифров (А/Ц) преобразувател, преди да достигнат микроконтролера за обработка на сигнала. Принципът на хардуера е илюстриран на фигура 1.

Компоненти на системата

• Система за събиране на сигнали: Улавя сигнали за напрежение и ток от веригата.

• Филтър: Премахва интерференционни сигнали.

• Мултиплексорски ключ: Позволява на сигнали за напрежение и ток да споделят един А/Ц преобразувател, намалявайки хардуерните разходи.

• Автоматичен усилвател на сигнала: Регулира усиление автоматично в зависимост от силата на сигнала, за да се осигури стабилен изход.

• А/Ц преобразувател: Преобразува аналогови сигнали в цифров формат за обработка от микроконтролера.

• Дисплей: Използва директно четим екран за лесно разглеждане на данните.

• Бутони: Опростява управлението на системата с потребителски удобни контроли.

• Принтер: Издава резултати от измерванията по желание.

Операционен процес

Уловените сигнали се обработват и предават към микроконтролера, който изпълнява предварително инсталирани програми за обработка на сигнали. Системата анализира данните чрез специализирано софтуер, изчислява резултатите и ги показва на екрана.

2.3 Проектиране на веригата за събиране на сигнали

Тъй като измерването на параметрите на основната верига не изисква високи токове, системата използва регулируем източник на напрежение с изход 200A. След преминаване през подсилвател на тока, индуцираният ток на страната на линията е значително по-нисък от номиналния ток на GIS, минимизирайки нуждата от оборудване с голям капацитет. Тази конфигурация държи тока в безопасен диапазон за функциониране на обвивката и заземващите ключове на GIS.

Опции за верига

Веригата за събиране на сигнали може да използва която и да е от трите тестови вериги, обсъдени по-рано (с изключение на веригата, основана на заземващите ключове, която не покрива цялата GIS линия). Използването на няколко метода едновременно може да подобри точността на измерването. По време на тестовете, се инсталират трансформатори за напрежение и ток, за да преобразуват високите стойности на страната на первичната верига в управляеми вторични сигнали за системата за събиране.

Проектиране на верига за връщане на съседната GIS шина

При използване на съседна GIS шина с висок ток като връщане:

• Свържете трансформатор за напрежение паралелно на страната на линията на подсилвателя на тока.

• Инсталирайте трансформатор за ток в сериоза между страната на линията на подсилвателя на тока и втулка за вход на GIS.

• Подайте вторичните сигнали за напрежение и ток в системата за събиране.

Проектираната верига за събиране на сигнали е показана на фигура 2. Събраният напрежение и ток съответстват на общите стойности на веригата.

2.4 Избор на метод за изчисление на фазовата разлика между напрежението и тока

Тази система за измерване използва метода на нулевия пресичащ фазов ъгъл за измерване на фазовата разлика между напрежението и тока. Така нареченият метод на нулевия пресичащ фазов ъгъл е да се оформят основните вълни на събраните сигнали за напрежение и ток в правоъгълни вълни, да се получат техните съответни пулсиращи импулси чрез диференциална верига, да се измери временната разлика между двата импулса и след това да се изчисли фазовата разлика между напрежението и тока.

Приемаме, че времето на възходящия ръб на правоъгълната вълна на напрежението е τ₁ и времето на възходящия ръб на правоъгълната вълна на тока е τ₂. Тогава, формулата за изчисление на фазовата разлика φ между двата сигнала е следната:

Сред тях: T е периодът на напрежението и тока. Тъй като честотата на напрежението и тока е 50 Hz, неговият период е 0.02 s. Формулата за изчисление на фазовата разлика между напрежението и тока може да бъде опростена до:

2.5 Метод за изчисление на параметрите на веригата

Тези процеси за изчисление са програмирани в паметта на микроконтролера. Специализирано софтуер за обработка на сигнали се използва за автоматично управление на данните, а резултатите се показват на монитора на устройството. За удобство, напрежението и токът, споменати по-долу, се приемат по подразбиране, че са преобразувани в напрежението и тока на страната на первичната верига.

Приемаме, че амплитудата на общото напрежение на веригата, събрано от системата за събиране на сигнали, е U, а амплитудата на тока на веригата е I. Тогава, общото съпротивление R₁ и индуктивността L₁ могат да бъдат получени от следните формули:

Ако е измерено, че удържимостта на свързващия проводник между шините на GIS изходна втулка е ρ, ефективната площ на сечението е s, а дължината на проводника е измерена като l, то формулата за изчисление на импеданса на този свързващ проводник е следната:

При пренебрегване на други свързващи проводници, равносилното съпротивление R и равносилната индуктивност L на основната верига на GIS тръбопровода могат да бъдат получени от следните формули:

Контрол на грешките и оптимизация

Всяко метод за измерване трябва да се повтори 3 пъти в различни интервали, за да се намалят грешките. Ако е възможно, използвайте всички 3 метода едновременно и сравнете резултатите:

• Съвпадащи резултати: Намерете средната стойност.

• Един изключителен резултат: Проверете за ослабени връзки или грешки в монтажа; изхвърлете изключителния резултат, ако проблемите продължават.

• Несъвпадащи резултати: Проверете отново за интерференция. При нужда, модифицирайте веригата; коригирайте теоретичните параметри, ако разликите останат.

За намаляване на интерференцията и гармониките:

• Инсталирайте хардуерни филтри в системата за събиране на сигнали.

• Използвайте софтуер за FFT, за да извлечете основните вълни за изчисление.

3. Заключение

UHV GIS интегрира основно оборудване в запечатани метални резервоари, предлагайки имунитет срещу околната среда, висока надеждност и минимална площ. За проверка на токовите трансформатори, използването на съседни GIS шини като връщане опростява монтажа и гарантира безопасност, правейки го идеално за основни детекторни вериги.

Това изследване въвежда интелигентна система за измерване на основните вериги на GIS, позволяваща точни измервания на равносилно съпротивление и индуктивност. Потребителският интерфейс на системата, високата точност и силните антиинтерференционни способности допринасят за автоматизацията в GIS проверките. Препоръчително е да се проведат допълнителни полеви тестове за валидация и подобрение.