Valg af primær verifikationskredsløb og parametermåling for UHV GIS strømtransformatorer

I UHV GIS er strømtransformatorer nøgler til elektricitetsmåling. Deres præcision bestemmer energihandelsafregninger, så på-sted fejlverifikation ifølge JJG1021 - 2007 er nødvendig. På stedet bruges strømforsyninger, spændingsregulatører og strømforstærkere. Pga. indkapsling i GIS bygges testkredsløb via udsatte jordningsknive, busser og returledere; de rigtige kredsløb forenkler ledning og forbedrer præcision.

Udfordringer som stor teststrøm, lange kredsløb og høj impedans findes, men reaktiv kompensation (ved hjælp af højere induktiv reaktans i GIS primære kredsløb) reducerer behovet for udstyrskapacitet. Præcis måling af parametre i primære kredsløb er nøglen til kompensation. Eksisterende metoder passer ikke til GIS primære kredsløb, så denne artikel: sorterer UHV GIS strømtransformatorer primære kredsløbsstrukturer/egenskaber for at vælge verifikationskredsløb; udvikler intelligente metoder for at forbedre parametermålingsintelligens/automatisering.

1 Vælgelse af primært kredsløb for UHV GIS strømtransformatorer
1.1 Struktur & Egenskaber

GIS integrerer primært udstyr (undtagen transformatorer) i otte komponenter (f.eks., CB, DS). Indkapslet i metalhuse giver GIS: miniaturisering (via SF₆), mindre plads); høj pålidelighed (tæthed mod miljø/jordskælv); sikkerhed (ingen elektriske chok/brandrisici); superiør ydeevne (skjelder EM/statisk, ingen støj); kort installation (fabriksmontage skærer på-sted tid); let vedligeholdelse & lang inspektion (god struktur, avanceret buelukning).

1.2 Kredsløbsvælgelse

Kredslømbrydere sidder midt i GIS rørledninger, med strømtransformatorer på begge sider. Afkoblingskontakter er udenfor, plus jordningsknive til beskyttelse. Rørledninger bruger (SF₆), og transformatorer har epoxyharts halvkastning. Pga. indkapsling bruges udsatte jordningsknive/busser + returledere. Fire muligheder findes: jordningsknive ved bryderenden, GIS rørledningsskal, store strømledere, eller nabo GIS busbarer som retur. Efter løsning af reaktiv kompensation, vælges nabo GIS busbarer (sikre, simple, operable) til på-sted verifikation.

2 Forskning i GIS primære kredsløbs intelligente målesystemer
2.1 Analyse af parametermålemetode

GIS primære kredsløb har ligefrem resistans R og induktiv reaktans (Z_L). Konventionelle metoder (mål R, anvend AC, beregn kompleks impedans Z derefter (Z_L) kræver mange enheder, komplekse ops og tung beregning. Denne artikel udvikler intelligente systemer. Nøgleopgaver: systemdesign (komponentmatch, procesplanlægning); fastlæg signalindsamling (punkter, metoder, kredsløb for spænding/strøm); find faseforskelsberegning mellem spænding-strøm; vælg linjeparametermetoder (fra amplitud/faseforskel, få ligefrem resistans/induktiv reaktans); overkom harmonier/støj for præcision.

2.2 Overordnet design af det intelligente målesystem

Det intelligente målesystem centrerer sig om et mikrocontroller-baseret computersystem, udstyret med knapper, en skærm, en printer og andre perifere enheder. Spændings- og strømsignaler fanges af signalmålesystemet, derefter bearbejdes gennem en filter, multiplexer switch, automatisk signalforstærker og analog-digital (A/D) konverter før de når mikrocontrolleren for signalbehandling. Hardwareprincippet er illustreret i figur 1.

Systemkomponenter

• Signalmålesystem: Fanger spændings- og strømsignaler fra kredsløbet.

• Filter: Eliminerer støjsignaler.

• Multiplexer switch: Gør det muligt for spændings- og strømsignaler at dele en A/D konverter, hvilket reducerer hardwareomkostninger.

• Automatisk signalforstærker: Justerer forstærkning automatisk baseret på signalkraft for at sikre stabil udgang.

• A/D konverter: Transformerer analoge signaler til digital format til mikrocontrollerbehandling.

• Skærm: Bruger en direkte læsbare digital skærm for nem dataoversigt.

• Knapper: Forenkler systemdrift med brugervenlige kontroller.

• Printer: Udgiver måleresultater efter behov.

Driftsproces

De indsamlede signaler bliver behandlet og transmitteret til mikrocontrolleren, der kører forinstallerede signalbehandlingsprogrammer. Systemet analyserer data via dedikeret software, beregner resultaterne og viser dem på skærmen.

2.3 Design af signalmålekredsløbet

Eftersom måling af parametre i primære kredsløb ikke kræver høj strøm, bruger systemet en regulert strømforsyning med 200A udgang. Efter at være gået gennem en strømforstærker, er den inducerede strøm på linjesiden betydeligt lavere end GIS' nominale strøm, hvilket minimaliserer behovet for stort kapacitetsudstyr. Dette setup holder strømmen inden for det sikre driftsområde for GIS indkapsling og jordningsknive.

Kredsløbsmuligheder

Signalmålekredsløbet kan adoptere ethvert af de tre testkredsløb, der blev diskuteret tidligere (undtagen kredsløb baseret på jordningsknive, som ikke dækker hele GIS linjen). Brug af flere metoder samtidigt kan forbedre målnøjagtighed. Under test installeres spændings- og strømtransformatorer for at konvertere høje primære værdier til håndterbare sekundære signaler for indsamlingssystemet.

Kredsløbsdesign for nabo GIS busbar returleder

Når man bruger en nabo GIS højstrøm busbar som returleder:

• Forbind en spændingstransformator parallel på strømforstærkerens linjeside.

• Installér en strømtransformator i serie mellem strømforstærkerens linjeside og en GIS indgangsbuss.

• Fød de sekundære spændings- og strømsignaler ind i indsamlingssystemet.

Det designede signalmålekredsløb vises i figur 2. De indsamlede spændings- og strømdata svarer til totalværdierne for kredsløbet.

2.4 Vælgelse af beregningsmetode for spændings- og strømfaseforskel

Dette målesystem bruger nulpunktsfasevinkelmetoden til at måle faseforskellen mellem spænding og strøm. Den såkaldte nulpunktsfasevinkelmetode er at forme grundbølgekomponenterne af de indsamlede spændings- og strømsignaler til kvadratsignaler, få deres respektive nulpunktpuls gennem en differentiel circuit, måle tidsforskellen mellem de to pulser, og derefter beregne faseforskellen mellem spænding og strøm.

Antag at tiden for stigende flanke af spændingskvadratsignal er τ₁ og tiden for stigende flanke af strømkvadratsignal er τ₂. Så er beregningsformlen for faseforskellen φ mellem de to signaler som følger:

Her:T er perioden for spænding og strøm. Da frekvensen for spænding og strøm er 50 Hz, er perioden 0,02 s. Beregningsformlen for faseforskellen mellem spænding og strøm kan forenkles til:

2.5 Beregningsmetode for linjeparametre

Disse beregningsprocesser er programmeret ind i mikrocontrollerens hukommelse. Specialiseret signalbehandlingssoftware bruges til automatisk at håndtere data, og resultaterne vises på enhedens skærm. For bekvemmelighed ved analyse antages spænding og strøm nedenfor standardtilfældet at være konverteret til spænding og strøm på primær side.

Antag at amplituden af den samlede linjespænding, som indsamlingssystemet har indsamlet, er U, og amplituden af linjestrømmen er I. Så kan den samlede linjerestistans R₁ og induktansen L₁ fås fra følgende formler:

Hvis resistiviteten af forbindelseslederen mellem busbarerne i GIS udgangsbussen er målt til ρ, effektiv tværsnitsareal er s, og længden af lederen er målt til l, så er impedansberegningformlen for denne forbindelsesleder som følger:

Ved at ignorere andre forbindelsesledere, kan den equivalente resistans R og den equivalente induktans L af GIS rørlednings primære kredsløb fås fra følgende formler.

Fejlkontrol & optimering

Hver målemetode bør gentages 3 gange med forskellige intervaler for at reducere fejl. Hvis det er muligt, brug alle 3 metoder samtidigt og sammenlign resultater:

• Konsistente resultater: Gennemsnit værdierne.

• En afvigelse: Kontroller for løse forbindelser eller ledningsfejl; forkast afvigelsen hvis problemer fortsætter.

• Inkonsistente resultater: Genkontroller for støj. Ændr kredsløbet hvis nødvendigt; juster teoretiske parametre hvis uoverensstemmelser fortsætter.

For at mildne støj og harmonier:

• Installér hardwarefiltre i signalmålekredsløbet.

• Anvend FFT software til at udtrække grundbølgekomponenter til beregning.

3. Konklusion

UHV GIS integrerer primært udstyr i indkapslede metallande, der tilbyder immun mod miljøfaktorer, høj pålidelighed og minimal fodspor. For strømtransformatorverifikation, forenkler brug af nabo GIS busbarer som returledere ledning og sikrer sikkerhed, hvilket gør det ideelt til primære detectionskredsløb.

Denne studie introducerer et intelligent målesystem for GIS primære kredsløb, der gør præcis måling af equivalent resistans og induktans mulig. Systemets brugervenlige grænseflade, høje præcision og robuste anti-støj egenskaber fremmer automatisering i GIS verifikation. Yderligere felttest anbefales for validering og forfining.