Elsődleges ellenőrzési áramkör és paramétermérés UHV GIS áramerősségeknél

UHV GIS-ben az áramerőségátváltók kulcsfontosságúak az elektromos energia méréséhez. A pontosságuk meghatározza a teljesítményköltségvetést, ezért szükséges a hibakeresés JJG1021-2007 szerint. A helyszínen használják a tápegységeket, feszültségállítókat és áramfokozókat. Mivel a GIS-ben bezárva vannak, a tesztáramokat a kitérített földkapcsolókkal, csatlakozókkal és visszavezető vezetékekkel építik fel; a megfelelő áramkörök egyszerűsítik a beszámolást, és növelik a pontosságot.

A nagy tesztáram, a hosszú áramkörök és a magas ellenállás jelentős kihívások, de a reaktív kompenzáció (a GIS elsődleges áramkörökben lévő magasabb induktív reaktancia kihasználása) csökkenti a berendezések kapacitási igényét. A pontos elsődleges áramkör paraméterek mérése kulcsfontosságú a kompenzációhoz. A meglévő módszerek nem illik a GIS elsődleges áramkörökhöz, ezért ebben a cikkben soroljuk a UHV GIS áramerőségátváltó elsődleges áramkör szerkezetét és jellemzőit, hogy kiválaszthassuk a hitelesítési áramköreit; fejlesztünk intelligens módokat a paramétermérés intelligenciájának és automatizálásának javítására.

1. UHV GIS Áramerőségátváltók Elsődleges Áramkörének Kiválasztása
1.1 Szerkezet és Jellemzők

A GIS integrálja a telephely elsődleges berendezéseit (kivéve a transzformátort) nyolc komponensbe (pl., CB, DS). Fémhordókban bezárva, a GIS a következőket kínálja: miniaturizációt (SF₆) révén, kevesebb területet; magas megbízhatóságot (a lezárva tartott élettartam ellenáll a környezeti hatásoknak és földrengéseknek); biztonságot (nincs elektromos sokkolás vagy tűz kockázata); kiváló teljesítményt (védi a EM/statikus zavaró hatásoktól, nincs zavar); rövid telepítési időt (gyári összeszerelés csökkenti a helyszíni időt); könnyű karbantartást és hosszú ellenőrzési időt (jó szerkezet, modern ízelhalásítás).

1.2 Áramkör Kiválasztása

A vezérlőkapcsolók középen helyezkednek el a GIS vezetékben, mindkét oldalon találhatók áramerőségátváltók. A váltókapcsolók a külső részen vannak, valamint védelmi céllal forgókapcsolók. A vezetékek (SF₆)-val dolgoznak, és a transzformátorok epoxidharcolat félfestékesek. Bezárás miatt használják a kitérített földkapcsolókat, csatlakozókat és visszavezető vezetékeket. Négy lehetőség van: a kapcsoló végén lévő földkapcsoló, a GIS vezeték burkolat, nagy áramú vezetékek, vagy a szomszédos GIS buszok visszavezetője. A reaktív kompenzáció megoldása után a szomszédos GIS buszok (biztonságos, egyszerű, operálható) kerültek kiválasztásra a helyszíni hitelesítésre.

2. A GIS Elsődleges Áramkörök Intelligens Mérő Rendszereinek Kutatása
2.1 Paramétermérési Módszerek Analízise

A GIS elsődleges áramköröknek egyenértékű ellenállása R és induktív reaktanciája (Z_L). A hagyományos módszerek (R mérése, AC alkalmazása, összetett impedancia Z számítása, majd (Z_L) szükségesek sok eszközre, bonyolult műveletekre és nagy számítási igényekre. Ez a tanulmány intelligens rendszereket fejleszt. Fontos feladatok: rendszertervezés (alkotóelemek illesztése, folyamat tervezése); jelgyűjtési pontok, módok, áramkörök meghatározása feszültség/áram mérésére; fáziseltérés számítása; vonalparaméter-módszerek kiválasztása (amplitúdóból/fáziseltérésből, egyenértékű ellenállás/induktív reaktancia); harmonikus/zavaró hatások legyőzése a pontosság érdekében.

2.2 Az Intelligens Mérő Rendszer Teljes Tervezése

Az intelligens mérő rendszer egy mikrokontroller alapú számítógépre épül, amely gombokkal, kijelzővel, nyomtatóval és más perifériákkal látott el. A feszültség- és áramjelek a jelgyűjtő rendszerrel kerülnek be, majd szűrőn, többváltó kapcsolón, automatikus jel erősítőn és analóg-digitális (A/D) konverteren keresztül jutnak a mikrokontrollerhez a jel feldolgozásához. A hardver alapelveket a 1. ábra mutatja be.

Rendszer Komponensei

• Jelgyűjtő Rendszer: Gyűjti a feszültség- és áramjeleket az áramkörből.

• Szűrő: Kiszűri a zavaró jeleket.

• Többváltó Kapcsoló: Lehetővé teszi, hogy a feszültség- és áramjelek egy A/D konvertert osszanak meg, csökkentve a hardver költségeit.

• Automatikus Jel Erősítő: Automatikusan állítja be az erősítést a jel erejének megfelelően, hogy stabil kimenetet biztosítson.

• A/D Konverter: Analóg jeleket digitális formába alakít, hogy a mikrokontroller feldolgozhassa őket.

• Kijelző: Használ egy közvetlenül olvasható digitális képernyőt a könnyű adatmegtekintés érdekében.

• Gombok: Egyszerűsíti a rendszer működését felhasználóbarát vezérlésekkel.

• Nyomtató: Kinyomtatja a mérési eredményeket igény szerint.

Működési Folyamat

A gyűjtött jelek feldolgozásra kerülnek, majd a mikrokontrollerhez kerülnek, ahol előre telepített jel feldolgozó programok futnak. A rendszer dedikált szoftverrel elemzi az adatokat, számítja ki az eredményeket, és megjeleníti őket a képernyőn.

2.3 A Jelgyűjtő Áramkör Tervezése

Mivel az elsődleges áramkör paramétereinek mérése nem igényel nagy áramokat, a rendszer szabályozott tápegységet használ 200A kimenettel. A jel erősítése után az áramerőségátváltó oldali indukált áram jelentősen alacsonyabb, mint a GIS nominális árama, ami minimalizálja a nagy kapacitású berendezések igényét. Ez a beállítás a GIS burkolat és a földkapcsoló biztonságos működési tartományán belül tartja az áramot.

Áramkör Választás

A jelgyűjtő áramkör bármelyik három korábban említett tesztáramot veheti át (kivéve a földkapcsoló alapú áramkört, ami nem lefedi a teljes GIS vezetéket). Több módszer egyszerre is használható, hogy növelje a mérési pontosságot. A teszt során feszültség- és áramerőségátváltókat telepítenek, hogy a magas elsődleges oldali értékeket kezelhető másodlagos oldali jelekké alakítsák a gyűjtő rendszer számára.

Szomszédos GIS Busz Visszavezetőjének Áramkör Tervezése

Amikor szomszédos GIS nagy áramú buszt használnak visszavezetőként:

• Csatlakoztasson egy feszültségátváltót párhuzamosan a jel erősítő oldalán.

• Telepítse a jel erősítő oldalán és a GIS bejárat csatlakozóján között egy áramerőségátváltót.

• Csatlakoztassa a másodlagos oldali feszültség- és áramjeleket a gyűjtő rendszerhez.

A tervezett jelgyűjtő áramkört a 2. ábra mutatja be. A gyűjtött feszültség- és áramadatok a teljes áramkör értékeit tükrözik.

2.4 Feszültség és Áram Fáziseltérésének Számítási Módszerének Kiválasztása

Ez a mérő rendszer a nullátmetszési fázis szögmódszert használja a feszültség és az áram fáziseltérésének mérésére. A nullátmetszési fázis szögmódszer a gyűjtött feszültség- és áramjelek alapfrekvencia komponenseit négyzetes hullámokká alakítja, a differenciáló áramkör segítségével megszerzi a két hullám nullátmetszési impulzusait, méri a két impulzus közötti időeltérést, majd számítja ki a feszültség és az áram fáziseltérését.

Tegyük fel, hogy a feszültség négyzetes hullám felfelé menő szélének ideje τ₁, és az áram négyzetes hullám felfelé menő szélének ideje τ₂. Ekkor a két jel fáziseltérésének φ számítási képlete a következő:

Ahol: T a feszültség és az áram periódusa. Mivel a feszültség és az áram frekvenciája 50 Hz, a periódusa 0,02 s. A feszültség és az áram fáziseltérésének számítási képlete egyszerűsíthető:

2.5 Vonalparaméterek Számítási Módszere

Ezek a számítási folyamatok programozva vannak a mikrokontroller memóriájába. Speciális jel-feldolgozó szoftvert használnak az adatok automatikus kezelésére, és az eredményeket a berendezés kijelzőjén jelenítik meg. Az elemzés kényelméért a lentiekben említett feszültség és áram alapértelmezés szerint a feszültség és az áram elsődleges oldali értékeit feltételezik.

Tegyük fel, hogy a jelgyűjtő rendszer által gyűjtött teljes vonalfeszültség amplitúdusa U, és a vonaláram amplitúdusa I. Ekkor a teljes vonalellenállás R₁ és induktancia L₁ a következő képletekből számítható:

Ha a GIS kimeneti csatlakozó buszok közötti vezető ellenállását ρ-val, a ható kerületi területét s-sel, és a vezető hosszát l-lel mérjük, akkor a vezető impedancia számítási képlete a következő:

Figyelembe véve, hogy más vezetők figyelmen kívül hagyhatók, a GIS vezeték elsődleges áramkörének ekvivalens ellenállása R és ekvivalens induktanciája L a következő képletekből számítható:

Hiba Kontroll és Optimalizálás

Minden mérési módszernek 3 alkalommal kell ismétlődni különböző időközön, hogy csökkentsen a hibákat. Ha lehetséges, használja egyszerre az összes 3 módszert, és hasonlítsa össze az eredményeket:

• Egyező eredmények: Averázzon a értékeket.

• Egy eltérő érték: Ellenőrizze a rossz kapcsolatokat vagy vezetéki hibákat; dobjon el a kilógó értéket, ha a problémák továbbra is fennállnak.

• Egyeztetlen eredmények: Ellenőrizze a zavarokat. Módosítsa az áramkört, ha szükséges; módosítsa a elméleti paramétereket, ha a különbségek továbbra is fennállnak.

A zavarok és a harmonikusok enyhítésére:

• Telepítse a hardver szűrőket a jelgyűjtő áramkörbe.

• Alkalmazza a FFT szoftvert a főfrekvencia komponensek kivonására a számításokhoz.

3. Következtetés

A UHV GIS a fő berendezéseket bezárja fém tartályokban, amelyek környezeti hatások ellen védettek, magas megbízhatósággal és minimális területigénygel rendelkeznek. Az áramerőségátváltók hitelesítéséhez a szomszédos GIS buszok használata visszavezetőként egyszerűsíti a vezetéket, és biztonságot nyújt, ami ideális a fő detektáló áramkörök számára.

Ez a tanulmány bemutat egy intelligens mérő rendszert a GIS elsődleges áramköröknek, amely lehetővé teszi az ekvivalens ellenállás és induktancia pontos mérését. A rendszer felhasználóbarát interfészével, magas pontosságával és erős zavarkezelési képességeivel elősegíti a GIS hitelesítés automatizálását. További mezői tesztelést javasolunk a validálás és finomítás érdekében.