Selección del Circuito de Verificación Primaria y Medición de Parámetros para Transformadores de Corriente GIS UHV
En GIS de UHV, los transformadores de corriente son clave para la medición de energía eléctrica. Su precisión determina los acuerdos de comercio de energía, por lo que se necesita una verificación de errores in situ según JJG1021 - 2007. In situ, se utilizan fuentes de alimentación, reguladores de voltaje y potenciadores de corriente. Debido al encapsulado en GIS, se construyen circuitos de prueba a través de cuchillas de tierra expuestas, cubiertas y conductores de retorno; los circuitos correctos simplifican el cableado y aumentan la precisión.
Existen desafíos como la corriente de prueba grande, circuitos largos y alta impedancia, pero la compensación reactiva (aprovechando la mayor reactancia inductiva en los circuitos primarios de GIS) reduce las necesidades de capacidad del equipo. La medición precisa de los parámetros del circuito primario es fundamental para la compensación. Los métodos existentes no son adecuados para los circuitos primarios de GIS, por lo que este artículo: clasifica las estructuras/características de los circuitos primarios de los transformadores de corriente de GIS para seleccionar circuitos de verificación; desarrolla métodos inteligentes para mejorar la medición de parámetros con inteligencia/automatización.
1 Selección de Circuitos Primarios para Transformadores de Corriente de GIS de UHV
1.1 Estructura y Características
El GIS integra el equipo primario de subestaciones (excepto transformadores) en ocho componentes (por ejemplo, CB, DS). Encapsulados en carcascas metálicas, el GIS ofrece: miniaturización (mediante SF6), menos espacio); alta confiabilidad (partes vivas selladas resistentes al medio ambiente/sismos); seguridad (sin riesgos de choque eléctrico/incendios); rendimiento superior (escudos EM/estáticos, sin interferencias); instalación corta (ensamblaje en fábrica reduce el tiempo en sitio); mantenimiento fácil e inspecciones prolongadas (buena estructura, extinción de arco avanzada).
1.2 Selección de Circuito
Los interruptores están en medio de las tuberías de GIS, con transformadores de corriente a ambos lados. Los desconectadores están fuera, además de interruptores de tierra para protección. Las tuberías usan SF6, y los transformadores tienen resina epoxi semicastañea. Debido al encapsulado, se utilizan interruptores de tierra expuestos/cubiertas + conductores de retorno. Existen cuatro opciones: interruptores de tierra en los extremos del interruptor, carcasa de la tubería de GIS, conductores de gran corriente, o barras de bus GIS adyacentes como retorno. Después de resolver la compensación reactiva, se eligen las barras de bus GIS adyacentes (seguras, simples, operables) para la verificación in situ.
2 Investigación sobre Sistemas de Medición Inteligente de Circuitos Primarios de GIS
2.1 Análisis de Métodos de Medición de Parámetros
Los circuitos primarios de GIS tienen resistencia equivalente R y reactancia inductiva (ZL). Los métodos convencionales (medir R, aplicar CA, calcular impedancia compleja Z luego ZL) necesitan muchos dispositivos, operaciones complejas y cálculos pesados. Este artículo desarrolla sistemas inteligentes. Tareas clave: diseño del sistema (emparejamiento de componentes, planificación de procesos); determinar la recopilación de señales (puntos, métodos, circuitos para voltaje/corriente); encontrar cálculo de diferencia de fase de voltaje-corriente; seleccionar métodos de parámetros de línea (de amplitud/diferencia de fase, obtener resistencia equivalente/reactancia inductiva); superar armónicos/interferencias para precisión.
2.2 Diseño General del Sistema de Medición Inteligente
El sistema de medición inteligente se centra en un sistema informático basado en microcontrolador, equipado con botones, una pantalla, una impresora y otros periféricos. Las señales de voltaje y corriente son capturadas por el sistema de adquisición de señales, luego procesadas a través de un filtro, un conmutador multiplexor, un amplificador automático de ganancia de señal y un convertidor analógico-digital (A/D) antes de llegar al microcontrolador para el procesamiento de señales. El principio del hardware se ilustra en la Figura 1.
Componentes del Sistema
Proceso Operativo
Las señales adquiridas son procesadas y transmitidas al microcontrolador, que ejecuta programas de procesamiento de señales preinstalados. El sistema analiza los datos mediante software dedicado, calcula los resultados y los muestra en la pantalla.
2.3 Diseño del Circuito de Adquisición de Señales
Dado que la medición de parámetros de circuitos primarios no requiere corrientes altas, el sistema utiliza una fuente de alimentación regulada con una salida de 200A. Después de pasar por un potenciador de corriente, la corriente inducida en el lado de la línea es significativamente menor que la corriente nominal de GIS, minimizando la necesidad de equipos de gran capacidad. Esta configuración mantiene la corriente dentro del rango de operación seguro de la carcasa de GIS e interruptores de tierra.
Opciones de Circuito
El circuito de adquisición de señales puede adoptar cualquiera de los tres circuitos de prueba discutidos anteriormente (excluyendo el circuito basado en interruptores de tierra, que no cubre toda la línea de GIS). Usar varios métodos simultáneamente puede mejorar la precisión de la medición. Durante las pruebas, se instalan transformadores de voltaje y corriente para convertir valores altos del lado primario en señales manejables del lado secundario para el sistema de adquisición.
Diseño de Circuito para Conductor de Retorno de Barra de Bus GIS Adyacente
Cuando se utiliza una barra de bus GIS de gran corriente adyacente como conductor de retorno:
El circuito de adquisición de señales diseñado se muestra en la Figura 2. Los datos de voltaje y corriente recopilados corresponden a los valores totales del circuito.
2.4 Selección del Método de Cálculo para la Diferencia de Fase de Voltaje y Corriente
Este sistema de medición utiliza el método de ángulo de fase de cruce por cero para medir la diferencia de fase entre voltaje y corriente. El llamado método de ángulo de fase de cruce por cero es dar forma a las componentes fundamentales de las señales de voltaje y corriente recopiladas en ondas cuadradas, obtener sus respectivos pulsos de cruce por cero a través de un circuito diferencial, medir la diferencia de tiempo entre los dos pulsos y luego calcular la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente.
Supongamos que el tiempo del flanco ascendente de la onda cuadrada de voltaje es τ1 y el tiempo del flanco ascendente de la onda cuadrada de corriente es τ2. Entonces, la fórmula de cálculo para la diferencia de fase φ entre las dos señales es la siguiente:
Donde: T es el período de voltaje y corriente. Dado que la frecuencia de voltaje y corriente es de 50 Hz, su período es de 0.02 s. La fórmula de cálculo para la diferencia de fase de voltaje y corriente se puede simplificar como:
2.5 Método de Cálculo para Parámetros de Línea
Estos procesos de cálculo se han programado en la memoria del microcontrolador. Se utiliza software de procesamiento de señales especializado para manejar automáticamente los datos, y los resultados se muestran en el monitor del dispositivo. Para facilitar el análisis, el voltaje y la corriente mencionados a continuación se consideran por defecto convertidos al voltaje y corriente del lado primario.
Supongamos que la amplitud del voltaje total de línea recopilado por el sistema de adquisición de señales es U, y la amplitud de la corriente de línea es I. Entonces, la resistencia total de línea R1 y la inductancia L1 se pueden obtener de las siguientes fórmulas
Si se mide la resistividad del conductor de conexión entre las barras de bus del empalme de salida de GIS como ρ, la sección transversal efectiva es s, y la longitud del conductor se mide como l, entonces la fórmula de cálculo de la impedancia para este conductor de conexión es la siguiente
Descartando otros conductores de conexión, la resistencia equivalente R y la inductancia equivalente L del circuito primario de la tubería de GIS se pueden obtener de las siguientes fórmulas.
Control de Errores y Optimización
Cada método de medición debe repetirse 3 veces en intervalos diferentes para reducir errores. Si es posible, utilice todos los 3 métodos simultáneamente y compare los resultados:
Para mitigar interferencias y armónicos:
3. Conclusión
El GIS de UHV integra el equipo primario en tanques metálicos sellados, ofreciendo inmunidad a factores ambientales, alta confiabilidad y huella mínima. Para la verificación de transformadores de corriente, usar barras de bus GIS adyacentes como conductores de retorno simplifica el cableado y garantiza la seguridad, haciéndolo ideal para circuitos de detección primaria.
Este estudio introduce un sistema de medición inteligente para circuitos primarios de GIS, permitiendo la medición precisa de resistencia equivalente e inductancia. La interfaz amigable, la alta precisión y las robustas capacidades anti-interferencia del sistema avanzan la automatización en la verificación de GIS. Se recomienda una prueba de campo adicional para validación y refinamiento.
