Sélection du circuit de vérification primaire et mesure des paramètres pour les transformateurs de courant UHV GIS
Dans le GIS UHV, les transformateurs de courant sont essentiels pour la comptabilisation de l'énergie électrique. Leur précision détermine les règlements des transactions d'énergie, donc une vérification d'erreur sur site selon JJG1021 - 2007 est nécessaire. Sur site, on utilise des alimentations électriques, des régulateurs de tension et des amplificateurs de courant. En raison de l'encapsulation dans le GIS, on construit des circuits de test via des couteaux de terre exposés, des embouts et des conducteurs de retour ; les bons circuits simplifient le câblage et augmentent la précision.
Des défis tels que le grand courant de test, les longs circuits et l'impédance élevée existent, mais la compensation réactive (en tirant parti de la réactance inductive plus élevée dans les circuits primaires du GIS) réduit les besoins en capacité des équipements. La mesure précise des paramètres du circuit primaire est essentielle pour la compensation. Les méthodes existantes ne conviennent pas aux circuits primaires du GIS, donc cet article : trie les structures et caractéristiques des circuits primaires des transformateurs de courant UHV GIS pour sélectionner les circuits de vérification ; développe des méthodes intelligentes pour améliorer l'intelligence et l'automatisation de la mesure des paramètres.
1 Sélection du circuit primaire pour les transformateurs de courant UHV GIS
1.1 Structure & Caractéristiques
Le GIS intègre l'équipement primaire de la sous-station (à l'exception des transformateurs) en huit composants (par exemple, CB, DS). Encapsulé dans des coquilles métalliques, le GIS offre : miniaturisation (via SF6), moins d'espace) ; haute fiabilité (les parties vivantes scellées résistent à l'environnement et aux séismes) ; sécurité (aucun risque de choc électrique ou d'incendie) ; performance supérieure (protection contre les interférences électromagnétiques et statiques, aucune interférence) ; installation rapide (l'assemblage en usine réduit le temps sur site) ; maintenance facile et inspection longue (bonne structure, extinction d'arc avancée).
1.2 Sélection du circuit
Les disjoncteurs se trouvent au milieu des pipelines du GIS, avec des transformateurs de courant de chaque côté. Les interrupteurs de sectionnement sont à l'extérieur, ainsi que des commutateurs de mise à la terre pour la protection. Les pipelines utilisent (SF6), et les transformateurs ont une résine époxy semi-fondue. En raison de l'encapsulation, on utilise des commutateurs de mise à la terre exposés/embouts + conducteurs de retour. Quatre options existent : commutateurs de mise à la terre aux extrémités des disjoncteurs, coquilles des pipelines du GIS, conducteurs de grand courant, ou busbars GIS adjacents comme retour. Après avoir résolu la compensation réactive, les busbars GIS adjacents (sûrs, simples, opérationnels) sont choisis pour la vérification sur site.
2 Recherche sur les systèmes de mesure intelligents des circuits primaires GIS
2.1 Analyse des méthodes de mesure des paramètres
Les circuits primaires GIS ont une résistance équivalente R et une réactance inductive (ZL). Les méthodes conventionnelles (mesure de R, application d'un courant alternatif, calcul de l'impédance complexe Z puis (ZL) nécessitent de nombreux appareils, des opérations complexes et des calculs lourds. Cet article développe des systèmes intelligents. Tâches clés : conception du système (appariement des composants, planification du processus) ; détermination de la collecte de signaux (points, méthodes, circuits pour la tension et le courant) ; calcul de la différence de phase tension-courant ; sélection des méthodes de paramètres de ligne (à partir de l'amplitude et de la différence de phase, obtenir la résistance équivalente et la réactance inductive) ; surmonter les harmoniques et les interférences pour la précision.
2.2 Conception globale du système de mesure intelligent
Le système de mesure intelligent est centré sur un ordinateur basé sur un microcontrôleur, équipé de boutons, d'un afficheur, d'une imprimante et d'autres périphériques. Les signaux de tension et de courant sont capturés par le système de collecte de signaux, puis traités via un filtre, un commutateur multiplexeur, un amplificateur de signal automatique et un convertisseur analogique-numérique (A/N) avant d'atteindre le microcontrôleur pour le traitement des signaux. Le principe matériel est illustré à la Figure 1.
Composants du système
Processus opérationnel
Les signaux acquis sont traités et transmis au microcontrôleur, qui exécute des programmes de traitement de signaux préinstallés. Le système analyse les données via un logiciel dédié, calcule les résultats et les affiche à l'écran.
2.3 Conception du circuit de collecte de signaux
Comme la mesure des paramètres du circuit primaire n'exige pas de grands courants, le système utilise une alimentation stabilisée avec une sortie de 200 A. Après passage par un amplificateur de courant, le courant induit sur le côté de la ligne est significativement inférieur au courant nominal du GIS, minimisant le besoin d'équipements de grande capacité. Cette configuration maintient le courant dans la plage de fonctionnement sûr de l'enveloppe GIS et des commutateurs de mise à la terre.
Options de circuit
Le circuit de collecte de signaux peut adopter l'un des trois circuits de test discutés précédemment (à l'exception du circuit basé sur le commutateur de mise à la terre, qui ne couvre pas toute la ligne GIS). L'utilisation simultanée de plusieurs méthodes peut améliorer la précision de la mesure. Pendant les tests, des transformateurs de tension et de courant sont installés pour convertir les valeurs élevées du côté primaire en signaux gérables du côté secondaire pour le système de collecte.
Conception du circuit pour le conducteur de retour du busbar GIS adjacent
Lors de l'utilisation d'un busbar GIS de grand courant adjacent comme conducteur de retour :
Le circuit de collecte de signaux conçu est montré à la Figure 2. Les données de tension et de courant collectées correspondent aux valeurs totales du circuit.
2.4 Sélection de la méthode de calcul de la différence de phase entre la tension et le courant
Ce système de mesure utilise la méthode de l'angle de phase à zéro croisé pour mesurer la différence de phase entre la tension et le courant. La méthode d'angle de phase à zéro croisé consiste à façonner les composants fondamentaux des signaux de tension et de courant collectés en ondes carrées, obtenir leurs impulsions de zéro croisé respectives via un circuit différentiel, mesurer la différence de temps entre les deux impulsions, puis calculer la différence de phase entre la tension et le courant.
Supposons que le temps de la montée de l'onde carrée de tension soit τ1 et que le temps de la montée de l'onde carrée de courant soit τ2. Alors, la formule de calcul de la différence de phase φ entre les deux signaux est la suivante :
Parmi eux : T est la période de la tension et du courant. Comme la fréquence de la tension et du courant est de 50 Hz, sa période est de 0,02 s. La formule de calcul de la différence de phase de la tension et du courant peut être simplifiée comme suit :
2.5 Méthode de calcul des paramètres de ligne
Ces processus de calcul ont été programmés dans la mémoire du microcontrôleur. Un logiciel de traitement de signaux spécialisé est utilisé pour gérer automatiquement les données, et les résultats sont affichés sur l'écran du dispositif. Pour faciliter l'analyse, la tension et le courant mentionnés ci-dessous sont par défaut considérés comme ayant été convertis en tension et courant du côté primaire.
Supposons que l'amplitude de la tension totale de ligne collectée par le système de collecte de signaux soit U, et l'amplitude du courant de ligne soit I. Alors, la résistance totale de ligne R1 et l'inductance L1 peuvent être obtenues à partir des formules suivantes :
Si la résistivité du conducteur de connexion entre les busbars de l'embout de sortie GIS est mesurée comme ρ, la section efficace est s, et la longueur du conducteur est mesurée comme l, alors la formule de calcul de l'impédance de ce conducteur de connexion est la suivante :
En négligeant les autres conducteurs de connexion, la résistance équivalente R et l'inductance équivalente L du circuit primaire du pipeline GIS peuvent être obtenues à partir des formules suivantes :
Contrôle et optimisation des erreurs
Chaque méthode de mesure doit être répétée 3 fois à différents intervalles pour réduire les erreurs. Si possible, utilisez toutes les 3 méthodes simultanément et comparez les résultats :
Pour atténuer les interférences et les harmoniques :
3. Conclusion
Le GIS UHV intègre l'équipement primaire dans des cuves métalliques scellées, offrant une immunité aux facteurs environnementaux, une haute fiabilité et une empreinte minimale. Pour la vérification des transformateurs de courant, l'utilisation de busbars GIS adjacents comme conducteurs de retour simplifie le câblage et assure la sécurité, ce qui en fait une solution idéale pour les circuits de détection primaire.
Cette étude introduit un système de mesure intelligent pour les circuits primaires GIS, permettant une mesure précise de la résistance équivalente et de l'inductance. L'interface conviviale du système, sa haute précision et ses capacités robustes d'anti-interférence avancent l'automatisation dans la vérification GIS. Des tests sur le terrain supplémentaires sont recommandés pour la validation et l'affinement.
