Odabir primarnog provjeravajućeg kruga i mjerenje parametara za prenosnike struje UHV GIS

U HV GIS-u, transformatori struje ključni su za mjerenje električne energije. Njihova točnost određuje naplate za promet struje, stoga je potrebno provjeriti grešku na mjestu prema JJG1021 - 2007. Na mjestu se koriste napajanja, regulatori napona i pojačivači struje. Zbog ugrađenosti u GIS, testne krugove treba izgraditi putem izloženih zemljišnih noževa, izlaznih čvorova i povratnih vodilaca; pravilno dizajnirani krugovi pojednostavljuju priključivanje i povećavaju točnost.

Izazovi poput velikog testnog toka, dugih krugova i visokog impedansa postoje, ali reaktivna kompenzacija (iskoristak veće induktivne reaktivnosti u primarnim krugovima GIS-a) smanjuje potrebu za kapacitetom opreme. Točno mjerenje parametara primarnog kruga ključno je za kompenzaciju. Postojeće metode nisu prikladne za primarne krugove GIS-a, stoga ovaj rad sortira strukture/značajke primarnih krugova transformatora struje UHV GIS-a kako bi se odabrali testni krugovi; razvija inteligentne metode za unapređenje inteligencije/automatizacije mjerenja parametara.

1 Odabir primarnog kruga za transformatore struje UHV GIS
1.1 Struktura i značajke

GIS integrira primarno opremu podstacijskog uređaja (osim transformatora) u osam komponenti (npr., DA, OD). Ugrađeni u metalne ljuske, GIS nudi: miniaturizaciju (putem SF₆), manje prostora; visoku pouzdanost (zapečaćeni živi dijelovi otporni su na okoliš i potrese); sigurnost (bez rizika od šoka ili požara); superiornu performansu (štite od EM/statike, bez interferencije); kratko instaliranje (fabrična montaža skraćuje vrijeme na mjestu); jednostavno održavanje i dugo inspekcioni period (dobro dizajn, napredno ugasište).

1.2 Odabir kruga

Prekidnici smješteni su u sredini GIS cijevi, s transformatorima struje na obje strane. Izolatori su vani, plus zemljišni prekidači za zaštitu. Cijevi koriste SF₆, a transformatori imaju epoksni polimer semi-litvanice. Zbog ograničenja, koristi se izloženi zemljišni prekidači/izlazni čvorovi + povratni vodilac. Postoji četiri opcije: zemljišni prekidači na krajevima prekidnika, ljuske GIS cijevi, vodilci velikog toka ili susjedni GIS busbari kao povrat. Nakon rješavanja reaktivne kompenzacije, odabrani su susjedni GIS busbari (sigurno, jednostavno, upravljivo) za provjeru na mjestu.

2 Istraživanje inteligentnih sustava za mjerenje primarnih krugova GIS
2.1 Analiza metoda mjerenja parametara

Primarni krugovi GIS-a imaju ekvivalentni otpor R i induktivnu reaktivnost (Z_L). Konvencionalne metode (mjerenje R, primjena AC, izračun složenog impedansa Z, zatim Z_L) zahtijevaju mnogo uređaja, složene operacije i teške izračune. Ovaj rad razvija inteligentne sustave. Ključne zadatke: dizajn sustava (podudaranje komponenti, planiranje procesa); određivanje prikupljanja signala (točke, metode, krugovi za napon i struju); pronalaženje izračuna razlike faza napon-struja; odabir metoda linearnih parametara (iz amplituda/razlike faze, dobiti ekvivalentni otpor/induktivnu reaktivnost); prevladavanje harmonika/interferencije za točnost.

2.2 Opći dizajn inteligentnog mjernog sustava

Inteligentni mjerni sustav temelji se na računalnom sustavu baziranom na mikrokontroleru, opremljen gumbicima, zaslonom, tiskačem i drugim periferijama. Signali napona i struje uhvaćeni su sustavom prikupljanja signala, zatim obrađeni kroz filter, višestruki prekidač, automatski pojačivač signala i analogni-digitalni (A/D) pretvarač prije nego što stignu do mikrokontrolera za obradu signala. Princip hardvera prikazan je na Slici 1.

Komponente sustava

• Sustav prikupljanja signala: Uhvaća signale napona i struje iz kruga.

• Filter: Eliminira interferentne signale.

• Višestruki prekidač: Omogućuje da signali napona i struje dijele jedan A/D pretvarač, smanjujući trošak hardvera.

• Automatski pojačivač signala: Automatski prilagođava pojačanje prema jačini signala kako bi se osigurala stabilna izlazna snaga.

• A/D pretvarač: Pretvara analogni signale u digitalni format za obradu mikrokontrolerom.

• Zaslon: Koristi direktno čitljiv digitalni zaslon za lako gledanje podataka.

• Gumbici: Jednostavljaju rad sustava korisnički prijateljnim kontroli.

• Tiskač: Ispisuje rezultate mjerenja na zahtjev.

Operativni postupak

Uhvašeni signali obrađeni su i preneseni na mikrokontroler, koji pokreće unaprijed instalirane programe za obradu signala. Sustav analizira podatke putem posebnog softvera, izračunava rezultate i prikazuje ih na zaslonu.

2.3 Dizajn kruga za prikupljanje signala

S obzirom da mjerenje parametara primarnog kruga ne zahtijeva visoke struje, sustav koristi regulirano napajanje s izlazom od 200A. Nakon prolaska kroz pojačivač struje, inducirana struja na strani linije znatno je niža od nominalne struje GIS-a, smanjujući potrebu za opremom velikog kapaciteta. Ova konfiguracija drži struju unutar sigurnog radnog raspona GIS-a i zemljišnih prekidača.

Opcije kruga

Krug za prikupljanje signala može usvojiti bilo koju od tri testne sheme diskutirane ranije (osim kruga temeljenog na zemljišnom prekidaču, koji ne pokriva cijeli GIS krug). Korištenje više metoda istovremeno može unaprijediti točnost mjerenja. Tijekom testiranja, instalirani su transformatori napona i struje kako bi se visoke vrijednosti na primarnoj strani pretvorile u upravljive signale na sekundarnoj strani za sustav prikupljanja.

Dizajn kruga za povratni vodilac susjednog GIS busbara

Kada se koristi susjedni GIS busbar visokog toka kao povratni vodilac:

• Povežite transformator napona paralelno na strani linije pojačivača struje.

• Instalirajte transformator struje u seriju između strane linije pojačivača struje i ulaznog izlaznog čvora GIS-a.

• Uvezite sekundarne signale napona i struje u sustav prikupljanja.

Dizajnirani krug za prikupljanje signala prikazan je na Slici 2. Prikupljeni podaci napona i struje odgovaraju ukupnim vrijednostima kruga.

2.4 Odabir metode izračuna razlike faza napona i struje

Ovaj mjerni sustav koristi metodu faze nultog prelaska za mjerenje razlike faza između napona i struje. Metoda faze nultog prelaska oblikuje osnovne valne komponente prikupljenih signala napona i struje u kvadratne valove, dobiva njihove nulte prelazne impulse putem diferencijalnog kruga, mjeri razliku u vremenu između ta dva impulsa, a zatim izračunava razliku faze između napona i struje.

Pretpostavimo da je vrijeme uzlaznog ruba kvadratnog vala napona τ₁ i vrijeme uzlaznog ruba kvadratnog vala struje τ₂. Tada se formula za izračun razlike faze φ između dva signala glasi sljedeće:

Pri čemu je T period napona i struje. Budući da je frekvencija napona i struje 50 Hz, njegov period iznosi 0.02 s. Formula za izračun razlike faze napona i struje može se pojednostaviti na:

2.5 Metoda izračuna parametara linije

Ti postupci izračuna programirani su u memoriji mikrokontrolera. Poseban softver za obradu signala koristi se za automatiziranu obradu podataka, a rezultati prikazuju se na monitoru uređaja. Za lakšu analizu, napon i struja spomenuti ispod su prema defaultu smatrani pretvoreni u napon i struju primarne strane.

Pretpostavimo da je amplituda ukupnog napona linije prikupljenog sustavom prikupljanja signala U, a amplituda struje linije I. Tada se ukupni otpor linije R₁ i induktivnost L₁ mogu dobiti iz sljedećih formula: