Výběr primárního ověřovacího obvodu a měření parametrů pro UHV GIS proudové transformátory

V UHV GIS jsou proudové transformátory klíčové pro měření elektrické energie. Jejich přesnost určuje výpočet plateb za elektřinu, proto je na místě potřeba ověřit chybu podle JJG1021 - 2007. Na místě se používají zdroje napájení, napěťové regulátory a zesilovače proudu. V důsledku uzavření v GIS se testovací obvody staví přes expozované přepínací páky zemnící, trubice a vratné vodiče; správné obvody zjednodušují zapojení a zvyšují přesnost.

Existují výzvy jako velký testovací proud, dlouhé obvody a vysoký impedanční odpor, ale reaktivní kompenzace (využívání vyšší induktivní reaktance v primárních obvodech GIS) snižuje požadavky na kapacitu zařízení. Přesné měření parametrů primárního obvodu je klíčové pro kompenzaci. Stávající metody nejsou vhodné pro primární obvody GIS, takže tento článek: třídí struktury a vlastnosti primárních obvodů UHV GIS proudových transformátorů k výběru ověřovacích obvodů; vyvíjí inteligentní metody pro zlepšení inteligence a automatizace měření parametrů.

1 Výběr primárního obvodu pro UHV GIS proudové transformátory
1.1 Struktura a vlastnosti

GIS integruje primární zařízení stanice (s výjimkou transformátorů) do osmi komponent (např. CB, DS). Uzavřené v kovových obalech poskytuje GIS: miniaturizaci (pomocí SF₆), menší prostorové nároky); vysokou spolehlivost (uzavřené živé části odolávají okolnímu prostředí a zemětřesením); bezpečnost (bez rizika elektrického šoku a požáru); vynikající výkon (chrání proti EM a statickému rušení, bez interferencí); krátkou instalaci (tovární montáž snižuje čas na místě); snadnou údržbu a dlouhou inspekci (dobrá konstrukce, pokročilé vymazávání oblouku).

1.2 Výběr obvodu

Proudové vypínače jsou umístěny uprostřed GIS trubek, s proudovými transformátory na obou stranách. Odpojovače jsou vně, plus přepínací páky zemnící pro ochranu. Trubky používají (SF₆), a transformátory mají epoxidovou pryskyřičnou polovylitou. V důsledku uzavření se používají expozované přepínací páky zemnící a trubice + vratné vodiče. Existuje čtyři možnosti: přepínací páky na koncích vypínačů, obaly GIS trubek, vodiče s velkým proudem, nebo sousední GIS sběrnice jako vrat. Po řešení reaktivní kompenzace se pro ověření na místě zvolily sousední GIS sběrnice (bezpečné, jednoduché, fungující).

2 Výzkum inteligentních měřicích systémů pro primární obvody GIS
2.1 Analýza metod měření parametrů

Primární obvody GIS mají ekvivalentní odpor R a induktivní reaktanci (Z_L). Tradiční metody (měření R, aplikace AC, výpočet složitého impedančního odporu Z a pak (Z_L) vyžadují mnoho zařízení, složité operace a těžké výpočty. Tento článek vyvíjí inteligentní systémy. Klíčové úkoly: návrh systému (shoda komponent, plánování procesu); určení shromažďování signálů (body, metody, obvody pro napětí a proud); nalezení výpočtu fázového rozdílu napětí a proudu; výběr metod pro parametry linky (ze zisku amplitudy a fázového rozdílu, získat ekvivalentní odpor a induktivní reaktanci); překonání harmonických a rušivých signálů pro přesnost.

2.2 Celkový návrh inteligentního měřicího systému

Inteligentní měřicí systém je založen na počítačovém systému s mikroprocesorem, vybaveném tlačítky, displejem, tiskárnou a dalšími periferními zařízeními. Signály napětí a proudu zachytí systém shromažďování signálů, které jsou pak zpracovány pomocí filtru, multiplexního přepínače, automatického zesilovače signálu a analogově-digitálního (A/D) převodníku, než dorazí do mikroprocesoru pro zpracování signálů. Princip hardwaru je znázorněn na obrázku 1.

Složky systému

• Systém shromažďování signálů: Zachytává signály napětí a proudu z obvodu.

• Filtr: Eliminuje rušivé signály.

• Multiplexní přepínač: Umožňuje signálům napětí a proudu sdílet jeden A/D převodník, což snižuje náklady na hardware.

• Automatický zesilovač signálu: Automaticky upravuje zesílení v závislosti na síle signálu, aby zajistil stabilní výstup.

• A/D převodník: Převádí analogové signály do digitálního formátu pro zpracování mikroprocesorem.

• Displej: Používá přehledný číselný displej pro snadné čtení dat.

• Tlačítka: Zjednodušují obsluhu systému s uživatelsky příznivými ovládacími prvky.

• Tiskárna: Vytiskne výsledky měření na vyžádání.

Operační proces

Zachycené signály jsou zpracovány a předány do mikroprocesoru, který spustí předinstalované programy pro zpracování signálů. Systém analyzuje data pomocí speciálního softwaru, vypočítá výsledky a zobrazí je na displeji.

2.3 Návrh obvodu shromažďování signálů

Vzhledem k tomu, že měření parametrů primárního obvodu nevyžaduje vysoké proudy, systém používá regulovaný zdroj napájení s výkonem 200A. Po procházení zesilovačem proudu je indukovaný proud na straně linky výrazně nižší než nominální proud GIS, což minimalizuje potřebu velkých kapacitních zařízení. Toto nastavení udržuje proud v bezpečném provozním rozmezí GIS obalu a přepínacích pák zemnících.

Možnosti obvodu

Obvod shromažďování signálů může použít jakýkoli ze tří testovacích obvodů diskutovaných dříve (s výjimkou obvodu založeného na přepínacích pákách zemnících, který nezahrnuje celou linku GIS). Použití více metod současně může zlepšit přesnost měření. Během testování jsou instalovány transformátory napětí a proudu pro převod vysokých hodnot na straně primární do spravovatelných signálů na straně sekundární pro systém shromažďování.

Návrh obvodu pro vracení vedlejší GIS sběrnice

Při použití vedlejší GIS sběrnice s vysokým proudem jako vratného vodiče:

• Připojte transformátor napětí paralelně na straně linky zesilovače proudu.

• Nainstalujte transformátor proudu sériově mezi stranou linky zesilovače proudu a trubičkou GIS.

• Zavedete signály napětí a proudu na straně sekundární do systému shromažďování.

Navržený obvod shromažďování signálů je znázorněn na obrázku 2. Shromážděné data napětí a proudu odpovídají celkovým hodnotám obvodu.

2.4 Výběr metody výpočtu fázového rozdílu napětí a proudu

Tento měřicí systém používá metodu nulového přechodu fáze pro měření fázového rozdílu mezi napětím a proudem. Metoda nulového přechodu fáze spočívá ve tvarování základních složek shromážděných signálů napětí a proudu do čtvercových vln, získání jejich příslušných pulzů nulového přechodu pomocí diferenciálního obvodu, měření časového rozdílu mezi dvěma pulzy a následném výpočtu fázového rozdílu mezi napětím a proudem.

Předpokládejme, že čas stoupající hrany čtvercové vlny napětí je τ₁ a čas stoupající hrany čtvercové vlny proudu je τ₂. Potom, výpočetní vzorec pro fázový rozdíl φ mezi oběma signály je následující:

Kde T je perioda napětí a proudu. Protože frekvence napětí a proudu je 50 Hz, jeho perioda je 0,02 s. Výpočetní vzorec pro fázový rozdíl napětí a proudu lze zjednodušit následovně:

2.5 Metoda výpočtu parametrů linky

Tyto výpočetní procesy byly zaprogramovány do paměti mikroprocesoru. Specializovaný software pro zpracování signálů se používá k automatickému zpracování dat a výsledky jsou zobrazeny na monitoru zařízení. Pro snadnější analýzu jsou napětí a proud níže uvedené implicitně považovány za napětí a proud na straně primární.

Předpokládejme, že amplituda celkového lineárního napětí shromážděného systémem shromažďování signálů je U, a amplituda lineárního proudu je I. Potom, celkový lineární odpor R₁ a indukčnost L₁ lze získat z následujících vzorců:

Pokud je měřena vodivost spojovacího vodiče mezi sběrnicemi GIS vývodní trubičky jako ρ, efektivní plocha průřezu je s a délka vodiče je měřena jako l, pak výpočetní vzorec pro impedanci tohoto spojovacího vodiče je následující:

Při opomenutí ostatních spojovacích vodičů lze získat ekvivalentní odpor R a ekvivalentní indukčnost L primárního obvodu GIS trubky z následujících vzorců:

Řízení a optimalizace chyb

Každou měřicí metodu by mělo být opakováno 3x v různých intervalech, aby se snížily chyby. Pokud je to možné, použijte všechny 3 metody současně a porovnejte výsledky:

• Konzistentní výsledky: Průměrte hodnoty.

• Jeden odlehlý výsledek: Zkontrolujte volné spojení nebo chyby v zapojení; odhodíte odlehlý výsledek, pokud problémy přetrvávají.

• Nekonzistentní výsledky: Zkontrolujte rušivé signály. Modifikujte obvod, pokud je to nutné; upravte teoretické parametry, pokud zůstanou rozdíly.

Pro snížení rušivých signálů a harmonických složek:

• Instalujte hardwarové filtry v obvodu shromažďování signálů.

• Použijte software FFT pro extrakci základních složek pro výpočet.

3. Závěr

UHV GIS integruje primární zařízení v uzavřených kovových nádržích, což poskytuje imunitu vůči vnějším faktorům, vysokou spolehlivost a minimální rozměry. Pro ověření proudových transformátorů je použití vedlejších GIS sběrnic jako vratných vodičů zjednodušuje zapojení a zajišťuje bezpečnost, což je ideální pro primární detekční obvody.

Tato studie představuje inteligentní měřicí systém pro primární obvody GIS, umožňující přesné měření ekvivalentního odporu a indukčnosti. Uživatelsky příznivé rozhraní, vysoká přesnost a robustní schopnosti odolnosti proti rušivým signálům posouvají automatizaci v ověřování GIS. Doporučuje se další poleové testování pro validaci a zdokonalení.