Selección do circuito principal de verificación e medida de parámetros para transformadores de corrente UHV GIS

Nas GIS de UHV, as transformadoras de corrente son clave para a medida da enerxía eléctrica. A súa precisión determina os acordos de comercio de enerxía, polo que é necesaria a verificación de erros no terreo segundo JJG1021 - 2007. No terreo, úsanse fontes de alimentación, reguladores de voltaxe e potenciadores de corrente. Debido ao encapsulamento en GIS, constrúense circuitos de proba a través de facas de aterramento expostas, tubos e conductores de retorno; os circuitos correctos simplifican o cableado e aumentan a precisión.

Existen desafíos como a gran corrente de proba, circuitos longos e alta impedancia, pero a compensación reactiva (aproveitando a maior reactancia inductiva nos circuitos primarios de GIS) reduce as necesidades de capacidade do equipo. A medida precisa dos parámetros do circuito primario é clave para a compensación. Os métodos existentes non son adecuados para os circuitos primarios de GIS, polo que este artigo: clasifica as estruturas/características dos circuitos primarios de transformadoras de corrente de GIS para seleccionar circuitos de verificación; desenvolve métodos inteligentes para mellorar a intelixencia/automatización da medida de parámetros.

1 Selección de Circuitos Primarios para Transformadoras de Corrente de GIS de UHV
1.1 Estructura & Características

O GIS integra o equipamento primario da subestación (excluíndo transformadores) en oito compoñentes (por exemplo, CB, DS). Encapsulado en carcasa metálica, o GIS ofrece: miniaturización (mediante SF₆), menos espazo); alta fiabilidade (partes vivas seladas resistentes ao medio ambiente/terremotos); seguridade (sin riscos de descargas eléctricas/incendios); rendemento superior (escudos EM/estáticos, sin interferencias); instalación rápida (montaxe en fábrica reduz o tempo no terreo); manutención fácil e inspeccións longas (boa estrutura, extinción de arco avanzada).

1.2 Selección de Circuitos

Os interruptores están situados no medio das liñas de GIS, con transformadoras de corrente a ambos os lados. Os separadores están fóra, máis facas de aterramento para protección. As liñas usan (SF₆), e as transformadoras teñen resina epoxi semicuberta. Debido ao encerramento, úsanse facas de aterramento expostas/tubos + conductores de retorno. Existen catro opcións: facas de aterramento nas extremidades do interruptor, carcasa das liñas de GIS, conductores de gran corrente, ou barras de GIS adxacentes como retorno. Despois de resolver a compensación reactiva, elíxense as barras de GIS adxacentes (seguras, simples, operables) para a verificación no terreo.

2 Investigación sobre Sistemas Intelixentes de Medida de Circuitos Primarios de GIS
2.1 Análise de Métodos de Medida de Parámetros

Os circuitos primarios de GIS teñen resistencia equivalente R e reactancia inductiva (Z_L). Os métodos convencionais (medir R, aplicar CA, calcular a impedancia complexa Z e logo (Z_L) requiren moitos dispositivos, operacións complexas e cálculos pesados. Este artigo desenvolve sistemas intelixentes. Tarefas clave: deseño do sistema (emparellemiento de compoñentes, planificación de procesos); determinar a recolección de sinais (puntos, métodos, circuitos para voltaxe/corrente); atopar o cálculo da diferenza de fase entre voltaxe-corrente; seleccionar métodos de parámetros de liña (a partir da amplitud/diferenza de fase, obter resistencia equivalente/reactancia inductiva); superar harmónicos/interferencias para a precisión.

2.2 Deseño Xeral do Sistema de Medida Intelixente

O sistema de medida intelixente está centrado nun sistema informático baseado en microcontrolador, equipado con botóns, unha pantalla, unha impresora e outros periféricos. Os sinais de voltaxe e corrente capturanse polo sistema de adquisición de sinais, e despois procesánse a través dun filtro, un conmutador multiplexor, un amplificador automático de sinal e un conversor analóxico-digital (A/D) antes de chegar ao microcontrolador para o procesamento de sinais. O principio do hardware ilustrase na Figura 1.

Compoñentes do Sistema

• Sistema de Adquisición de Sinais: Captura os sinais de voltaxe e corrente do circuito.

• Filtro: Elimina os sinais de interferencia.

• Conmutador Multiplexor: Permite que os sinais de voltaxe y corrente compartan un conversor A/D, reducindo os custos de hardware.

• Amplificador Automático de Sinal: Ajusta a amplificación automaticamente en función da forza do sinal para asegurar unha saída estable.

• Conversor A/D: Transforma os sinais analógicos en formato digital para o procesamento do microcontrolador.

• Pantalla: Utiliza unha pantalla digital de lectura directa para facilitar a visualización de datos.

• Botóns: Simplifica a operación do sistema con controles amigables para o usuario.

• Impresora: Emite os resultados de medición a petición.

Proceso Operativo

Os sinais adquiridos procesanse e transmítense ao microcontrolador, que executa programas de procesamento de sinais preinstalados. O sistema analiza os datos mediante software específico, calcula os resultados e os mostra na pantalla.

2.3 Deseño do Circuito de Adquisición de Sinais

Dado que a medida dos parámetros do circuito primario non require correntes altas, o sistema usa unha fonte de alimentación regulada con unha salida de 200A. Despois de pasar por un potenciador de corrente, a corrente inducida no lado da liña é significativamente menor que a corrente nominal de GIS, minimizando a necesidade de equipos de gran capacidade. Esta configuración mante a corrente dentro do rango de funcionamento seguro da carcasa de GIS e das facas de aterramento.

Opcións de Circuito

O circuito de adquisición de sinais pode adoptar calquera dos tres circuitos de proba discutidos anteriormente (excluíndo o circuito baseado en facas de aterramento, que non cubre toda a liña de GIS). Usar varios métodos simultaneamente pode mellorar a precisión da medida. Durante a proba, instálanse transformadoras de voltaxe e corrente para converter valores altos do lado primario en sinais xestionables do lado secundario para o sistema de adquisición.

Deseño de Circuito para Conductor de Retorno de Barras de GIS Adxacentes

Ao usar unha barra de GIS de gran corrente adxacente como conductor de retorno:

• Conecta unha transformadora de voltaxe en paralelo no lado da liña do potenciador de corrente.

• Instala unha transformadora de corrente en serie entre o lado da liña do potenciador de corrente e un tubo de entrada de GIS.

• Alimenta os sinais de voltaxe y corrente do lado secundario no sistema de adquisición.

O circuito de adquisición de sinais deseñado móstrase na Figura 2. Os datos de voltaxe e corrente recopilados corresponden aos valores totais do circuito.

2.4 Selección do Método de Cálculo para a Diferenza de Fase entre Voltaxe e Corrente

Este sistema de medida usa o método do ángulo de fase de cruce a cero para medir a diferenza de fase entre voltaxe e corrente. O chamado método do ángulo de fase de cruce a cero consiste en dar forma a las componentes fundamentais dos sinais de voltaxe y corrente recopilados en ondas cuadradas, obter sus respectivos pulsos de cruce a 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.

Supón que o tempo do flanco de subida da onda cuadrada de voltaxe é τ₁ e o tempo do flanco de subida da onda cuadrada de corrente é τ₂. Entón, a fórmula de cálculo para a diferenza de fase φ entre os dous sinais é a seguinte:

Entre eles: T é o período de voltaxe e corrente. Como a frecuencia de voltaxe e corrente é de 50 Hz, o seu período é de 0,02 s. A fórmula de cálculo para a diferenza de fase de voltaxe e corrente pode simplificarse como:

2.5 Método de Cálculo para Parámetros de Liña

Estes procesos de cálculo foron programados na memoria do microcontrolador. Usa-se software especializado de procesamiento de sinais para tratar automáticamente os datos, e os resultados mostraranse no monitor do dispositivo. Para a comodidade da análise, a voltaxe e a corrente mencionadas a continuación consideráronse convertidas pola defecto á voltaxe e corrente do lado primario.

Supón que a amplitud do voltaxe total da liña recopilado polo sistema de adquisición de sinais é U, e a amplitud da corrente da liña é I. Entón, a resistencia total da liña R₁ e a indutancia L₁ poden obterse a partir das seguintes fórmulas

Se a resistividade do condutor de conexión entre as barras de GIS é medida como ρ, a área efectiva de sección transversal é s, e a lonxitude do condutor é medida como l, entón a fórmula de cálculo da impedancia para este condutor de conexión é a seguinte

Desprezando outros conductores de conexión, a resistencia equivalente R e a indutancia equivalente L do circuito primario da liña de GIS poden obterse a partir das seguintes fórmulas.

Control de Erros & Optimización

Cada método de medida debe repetirse 3 veces en intervalos diferentes para reducir os erros. Se é posible, usar todos os 3 métodos simultaneamente e comparar os resultados:

• Resultados consistentes: Promediar os valores.

• Un valor atípico: Verificar conexiones sueltas ou erros de cableado; descartar o valor atípico se persisten os problemas.

• Resultados inconsistentes: Revisar a interferencia. Modificar o circuito se é necesario; revisar os parámetros teóricos se persisten as discrepancias.

Para mitigar a interferencia e as harmónicas:

• Instalar filtros de hardware no circuito de adquisición de sinais.

• Aplicar software FFT para extraer as componentes fundamentais para o cálculo.

3. Conclusión

O GIS de UHV integra o equipamento primario en tanques metálicos selados, ofrecendo inmunidade a factores ambientais, alta fiabilidade e mínima pegada. Para a verificación de transformadoras de corrente, o uso de barras de GIS adxacentes como conductores de retorno simplifica o cableado e asegura a seguridade, facéndoo ideal para circuitos de detección primaria.

Este estudio introduce un sistema de medida intelixente para circuitos primarios de GIS, permitindo a medida precisa da resistencia equivalente e indutancia. A interface amigable do sistema, a alta precisión e as robustas capacidades anti-interferencia avanza a automatización na verificación de GIS. Recoméndase unha proba de campo adicional para validación e refinamento.