Selezione del Circuito Primario di Verifica e Misurazione dei Parametri per i Trasformatori di Corrente GIS UHV
Nel GIS UHV, i trasformatori di corrente sono fondamentali per la misurazione dell'energia elettrica. La loro precisione determina le liquidazioni commerciali di energia, pertanto è necessaria una verifica degli errori in loco secondo JJG1021 - 2007. In loco, si utilizzano alimentatori, regolatori di tensione e booster di corrente. A causa del contenimento nel GIS, si costruiscono circuiti di prova attraverso coltelli di messa a terra esposti, bushing e conduttori di ritorno; i circuiti corretti semplificano il cablaggio e aumentano la precisione.
Ci sono sfide come correnti di prova elevate, circuiti lunghi e impedenza elevata, ma la compensazione reattiva (sfruttando la reattività induttiva maggiore nei circuiti primari del GIS) riduce le esigenze di capacità delle apparecchiature. La misura accurata dei parametri del circuito primario è fondamentale per la compensazione. I metodi esistenti non si adattano ai circuiti primari del GIS, quindi questo articolo: classifica le strutture/caratteristiche dei circuiti primari dei trasformatori di corrente UHV GIS per selezionare i circuiti di verifica; sviluppa metodi intelligenti per migliorare l'intelligenza/automazione della misurazione dei parametri.
1 Selezione del Circuito Primario per i Trasformatori di Corrente UHV GIS
1.1 Struttura & Caratteristiche
Il GIS integra l'equipaggiamento primario della sottostazione (esclusi i trasformatori) in otto componenti (ad esempio, CB, DS). Incapsulati in gusci metallici, il GIS offre: miniaturizzazione (tramite SF6), minor spazio); alta affidabilità (le parti vive sigillate resistono all'ambiente/terremoti); sicurezza (nessun rischio di shock elettrico/incendio); prestazioni superiori (schermatura EM/statica, nessuna interferenza); installazione rapida (l'assemblaggio in fabbrica riduce il tempo in loco); facile manutenzione e ispezione prolungata (buona struttura, estinzione avanzata dell'arco).
1.2 Selezione del Circuito
I disgiuntori si trovano al centro dei tubi del GIS, con i trasformatori di corrente su entrambi i lati. I seccionatori sono all'esterno, più interruttori di messa a terra per la protezione. I tubi utilizzano (SF6), e i trasformatori hanno resina epossidica semi-fusa. A causa dell'incapsulamento, si utilizzano interruttori di messa a terra esposti/bushing + conduttori di ritorno. Esistono quattro opzioni: interruttori di messa a terra alle estremità dei disgiuntori, gusci dei tubi del GIS, conduttori di corrente elevata, o busbar GIS adiacenti come ritorno. Dopo aver risolto la compensazione reattiva, vengono scelti i busbar GIS adiacenti (sicuri, semplici, operabili) per la verifica in loco.
2 Ricerca sui Sistemi Intelligenti di Misura dei Circuiti Primari GIS
2.1 Analisi del Metodo di Misura dei Parametri
I circuiti primari GIS hanno resistenza equivalente R e reattività induttiva (ZL). I metodi convenzionali (misura R, applica CA, calcola l'impedenza complessa Z poi (ZL) richiedono molte apparecchiature, operazioni complesse e pesanti calcoli. Questo articolo sviluppa sistemi intelligenti. Compiti chiave: progettazione del sistema (abbinamento dei componenti, pianificazione del processo); determinazione della raccolta dei segnali (punti, metodi, circuiti per tensione/corrente); calcolo della differenza di fase tra tensione e corrente; selezione dei metodi per i parametri della linea (dall'ampiezza/differenza di fase, ottieni resistenza equivalente/reactanza induttiva); superare armoniche/interferenze per precisione.
2.2 Progettazione Generale del Sistema di Misura Intelligente
Il sistema di misura intelligente si basa su un microcontrollore, dotato di pulsanti, display, stampante e altre periferiche. I segnali di tensione e corrente vengono catturati dal sistema di acquisizione dei segnali, poi elaborati attraverso un filtro, un commutatore multiplexer, un amplificatore di segnale automatico e un convertitore analogico-digitale (A/D) prima di raggiungere il microcontrollore per l'elaborazione dei segnali. Il principio hardware è illustrato nella Figura 1.
Componenti del Sistema
Processo Operativo
I segnali acquisiti vengono elaborati e trasmessi al microcontrollore, che esegue i programmi di elaborazione dei segnali preinstallati. Il sistema analizza i dati tramite software dedicati, calcola i risultati e li visualizza sullo schermo.
2.3 Progettazione del Circuito di Acquisizione dei Segnali
Poiché la misura dei parametri del circuito primario non richiede correnti elevate, il sistema utilizza un alimentatore regolato con uscita da 200A. Dopo essere passato attraverso un booster di corrente, la corrente indotta sul lato linea è significativamente inferiore alla corrente nominale del GIS, riducendo la necessità di apparecchiature ad alta capacità. Questa configurazione mantiene la corrente all'interno del range di funzionamento sicuro del GIS e degli interruttori di messa a terra.
Opzioni di Circuito
Il circuito di acquisizione dei segnali può adottare uno qualsiasi dei tre circuiti di prova discussi precedentemente (escludendo il circuito basato sull'interruttore di messa a terra, che non copre l'intera linea GIS). L'utilizzo simultaneo di più metodi può migliorare la precisione della misura. Durante i test, vengono installati trasformatori di tensione e corrente per convertire i valori elevati del lato primario in segnali gestibili del lato secondario per il sistema di acquisizione.
Progettazione del Circuito per il Conduttore di Ritorno del Busbar GIS Adiacente
Quando si utilizza un busbar GIS ad alto flusso di corrente adiacente come conduttore di ritorno:
Il circuito di acquisizione dei segnali progettato è mostrato nella Figura 2. I dati di tensione e corrente raccolti corrispondono ai valori totali del circuito.
2.4 Selezione del Metodo di Calcolo per la Differenza di Fase tra Tensione e Corrente
Questo sistema di misura utilizza il metodo dell'angolo di fase a passaggio zero per misurare la differenza di fase tra tensione e corrente. Il cosiddetto metodo dell'angolo di fase a passaggio zero consiste nel modellare le componenti fondamentali dei segnali di tensione e corrente acquisiti in onde quadre, ottenere i rispettivi impulsi di passaggio zero attraverso un circuito differenziale, misurare la differenza temporale tra i due impulsi e quindi calcolare la differenza di fase tra tensione e corrente.
Si supponga che il tempo del bordo ascendente dell'onda quadra di tensione sia τ1 e il tempo del bordo ascendente dell'onda quadra di corrente sia τ2. Allora, la formula di calcolo per la differenza di fase φ tra i due segnali è la seguente:
Dove: T è il periodo di tensione e corrente. Poiché la frequenza di tensione e corrente è 50 Hz, il suo periodo è 0,02 s. La formula di calcolo per la differenza di fase di tensione e corrente può essere semplificata come segue:
2.5 Metodo di Calcolo per i Parametri della Linea
Questi processi di calcolo sono stati programmatisi nella memoria del microcontrollore. Vengono utilizzati software specializzati per l'elaborazione dei segnali per gestire automaticamente i dati, e i risultati vengono visualizzati sul monitor del dispositivo. Per comodità di analisi, la tensione e la corrente menzionate di seguito vengono considerate di default convertite in tensione e corrente del lato primario.
Si supponga che l'ampiezza della tensione totale della linea raccolta dal sistema di acquisizione dei segnali sia U, e l'ampiezza della corrente della linea sia I. Allora, la resistenza totale della linea R1 e l'induttanza L1 possono essere ottenute dalle seguenti formule:
Se la resistività del conduttore di collegamento tra i busbar del bushing di uscita del GIS viene misurata come ρ, l'area sezione efficace è s, e la lunghezza del conduttore viene misurata come l, allora la formula di calcolo dell'impedenza per questo conduttore di collegamento è la seguente:
Tralasciando altri conduttori di collegamento, la resistenza equivalente R e l'induttanza equivalente L del circuito primario del tubo GIS possono essere ottenute dalle seguenti formule:
Controllo e Ottimizzazione degli Errori
Ogni metodo di misura dovrebbe essere ripetuto 3 volte in intervalli diversi per ridurre gli errori. Se possibile, utilizzare tutti e 3 i metodi contemporaneamente e confrontare i risultati:
Per mitigare interferenze e armoniche:
3. Conclusione
Il GIS UHV integra l'equipaggiamento primario in serbatoi metallici sigillati, offrendo immunità ai fattori ambientali, alta affidabilità e minima impronta. Per la verifica dei trasformatori di corrente, l'uso di busbar GIS adiacenti come conduttori di ritorno semplifica il cablaggio e garantisce la sicurezza, rendendolo ideale per i circuiti di rilevamento primari.
Questo studio introduce un sistema di misura intelligente per i circuiti primari GIS, consentendo la misura precisa della resistenza equivalente e dell'induttanza. L'interfaccia user-friendly, l'alta precisione e le robuste capacità anti-interferenza del sistema promuovono l'automazione nella verifica GIS. Si consigliano ulteriori test sul campo per la validazione e il perfezionamento.
