Pilihan Litar Pengesahan Utama dan Pengukuran Parameter untuk Penjana Arus GIS UHV

Dalam GIS UHV, transformator arus adalah kunci untuk pengukuran energi listrik. Ketepatan mereka menentukan penyelesaian perdagangan tenaga, jadi verifikasi ralat di tempat perlu dilakukan mengikut JJG1021 - 2007. Di tempat, gunakan bekalan kuasa, regulator voltan, dan penguat arus. Karena penyegelan dalam GIS, bangunkan litar ujian melalui pisau grounding yang terdedah, bushing, dan konduktor kembali; litar yang betul memudahkan kabel dan meningkatkan ketepatan.

Terdapat cabaran seperti arus ujian yang besar, litar yang panjang, dan impedansi tinggi, tetapi kompensasi reaktif (menggunakan reaktans induktif yang lebih tinggi dalam litar utama GIS) mengurangkan keperluan kapasiti peralatan. Pengukuran parameter litar utama yang tepat adalah penting untuk kompensasi. Kaedah sedia ada tidak sesuai untuk litar utama GIS, jadi makalah ini: mengklasifikasikan struktur/ciri litar utama transformator arus GIS untuk memilih litar ujian; mengembangkan kaedah cerdas untuk meningkatkan kecerdasan/otomatisasi pengukuran parameter.

1 Pilihan Litar Utama untuk Transformator Arus GIS UHV
1.1 Struktur & Ciri-ciri

GIS mengintegrasikan peralatan utama stesen (kecuali transformator) ke dalam lapan komponen (mis., CB, DS). Tersegel dalam cangkang logam, GIS menawarkan: miniaturisasi (melalui SF₆), ruang yang lebih sedikit); kebolehpercayaan tinggi (bahagian hidup tertutup tahan terhadap lingkungan/gempa bumi); keselamatan (tiada risiko kejutan elektrik/kbakaran); prestasi superior (pelindung EM/statik, tiada gangguan); pemasangan pendek (perakitan kilang mengurangkan masa di tempat); pemeliharaan mudah & inspeksi panjang (struktur baik, pemadam busur canggih).

1.2 Pilihan Litar

Pemutus litar berada di tengah saluran GIS, dengan transformator arus di kedua-dua sisi. Pemutus disambungkan di luar, ditambah dengan switch grounding untuk perlindungan. Saluran menggunakan (SF₆), dan transformator memiliki resin epoksi semi-pencetakan. Karena penyegelan, gunakan switch grounding yang terdedah/bushing + konduktor kembali. Empat pilihan wujud: switch grounding pada hujung pemutus, cangkang saluran GIS, konduktor arus besar, atau busbar GIS bersebelahan sebagai kembali. Setelah menyelesaikan kompensasi reaktif, busbar GIS bersebelahan (selamat, mudah, boleh operasi) dipilih untuk verifikasi di tempat.

2 Penyelidikan Sistem Pengukuran Cerdas Litar Utama GIS
2.1 Analisis Kaedah Pengukuran Parameter

Litar utama GIS mempunyai rintangan setara R dan reaktans induktif (Z_L). Kaedah konvensional (ukur R, terapkan AC, hitung impedans kompleks Z kemudian (Z_L) memerlukan banyak peranti, operasi rumit, dan penghitungan berat. Makalah ini mengembangkan sistem cerdas. Tugas utama: reka bentuk sistem (penyesuaian komponen, perancangan proses); tentukan pengumpulan isyarat (titik, kaedah, litar untuk voltan/arus); cari perbezaan fasa voltan-arus; pilih kaedah parameter litar (dari amplitud/perbezaan fasa, dapatkan rintangan setara/reaktans induktif); atasi harmonik/gangguan untuk ketepatan.

2.2 Reka Bentuk Keseluruhan Sistem Pengukuran Cerdas

Sistem pengukuran cerdas berpusat pada sistem komputer berdasarkan mikrokontrol, dilengkapi dengan butang, paparan, pencetak, dan periferal lain. Isyarat voltan dan arus ditangkap oleh sistem pengambilan isyarat, kemudian diproses melalui penapis, switch multiplexer, penguat isyarat automatik, dan pengubah analog-ke-digital (A/D) sebelum mencapai mikrokontrol untuk pemprosesan isyarat. Prinsip keraswira diperlihatkan dalam Gambar 1.

Komponen Sistem

• Sistem Pengambilan Isyarat: Menangkap isyarat voltan dan arus dari litar.

• Penapis: Menghilangkan isyarat gangguan.

• Switch Multiplexer: Membolehkan isyarat voltan dan arus berkongsi satu A/D converter, mengurangkan kos keras.

• Penguat Isyarat Automatik: Menyesuaikan penguatan secara automatik berdasarkan kekuatan isyarat untuk memastikan output stabil.

• Pengubah A/D: Mengubah isyarat analog menjadi format digital untuk pemprosesan mikrokontrol.

• Paparan: Menggunakan skrin digital langsung-baca untuk pemerhatian data mudah.

• Butang: Mempermudah operasi sistem dengan kawalan yang mesra pengguna.

• Pencetak: Mengeluarkan hasil pengukuran atas permintaan.

Proses Operasional

Isyarat yang diperoleh diproses dan dihantar ke mikrokontrol, yang menjalankan program pemprosesan isyarat yang telah dipasang. Sistem menganalisis data melalui perisian khusus, menghitung hasil, dan menampilkannya di skrin.

2.3 Reka Bentuk Litar Pengambilan Isyarat

Mengingat pengukuran parameter litar utama tidak memerlukan arus yang tinggi, sistem menggunakan bekalan kuasa teratur dengan keluaran 200A. Setelah melalui penguat arus, arus yang diinduksi pada sisi garis jauh lebih rendah daripada arus nominal GIS, mengurangi keperluan peralatan kapasiti besar. Konfigurasi ini menjaga arus dalam julat operasi selamat GIS dan switch grounding.

Pilihan Litar

Litar pengambilan isyarat boleh mengadaptasi salah satu dari tiga litar ujian yang dibincangkan sebelumnya (kecuali litar berdasarkan switch grounding, yang tidak merangkumi seluruh litar GIS). Menggunakan beberapa kaedah serentak boleh meningkatkan ketepatan pengukuran. Semasa ujian, transformator voltan dan arus dipasang untuk menukar nilai sisi utama yang tinggi menjadi isyarat sisi sekunder yang dapat dikelola oleh sistem pengambilan.

Reka Bentuk Litar untuk Konduktor Kembali Busbar GIS Bersebelahan

Apabila menggunakan busbar arus tinggi GIS bersebelahan sebagai konduktor kembali:

• Hubungkan transformator voltan secara paralel pada sisi garis penguat arus.

• Pasang transformator arus secara siri antara sisi garis penguat arus dan bushing inlet GIS.

• Masukkan isyarat voltan dan arus sisi sekunder ke dalam sistem pengambilan.

Litar pengambilan isyarat yang direka diperlihatkan dalam Gambar 2. Data voltan dan arus yang dikumpulkan berkorespondensi dengan nilai total litar.

2.4 Pilihan Kaedah Penghitungan Perbezaan Fasa Voltan dan Arus

Sistem pengukuran ini menggunakan kaedah sudut fasa lintasan nol untuk mengukur perbezaan fasa antara voltan dan arus. Yang dimaksud dengan kaedah sudut fasa lintasan nol adalah untuk membentuk komponen gelombang asas isyarat voltan dan arus yang dikumpulkan menjadi gelombang segi empat, mendapatkan pulsa lintasan nol masing-masing melalui litar diferensial, mengukur perbezaan masa antara dua pulsa, dan kemudian menghitung perbezaan fasa antara voltan dan arus.

Anggap waktu pinggir naik gelombang segi empat voltan adalah τ₁ dan waktu pinggir naik gelombang segi empat arus adalah τ₂. Maka, formula penghitungan perbezaan fasa φ antara kedua isyarat tersebut adalah seperti berikut:

Di mana: T adalah periode voltan dan arus. Karena frekuensi voltan dan arus adalah 50 Hz, periodenya adalah 0,02 s. Formula penghitungan perbezaan fasa voltan dan arus dapat disederhanakan sebagai:

2.5 Kaedah Penghitungan Parameter Litar

Proses penghitungan ini telah diprogram ke dalam ingatan mikrokontrol. Perisian pemprosesan isyarat khusus digunakan untuk menangani data secara automatik, dan hasilnya ditampilkan pada monitor peranti. Untuk kemudahan analisis, voltan dan arus yang disebutkan di bawah dianggap telah dikonversi ke voltan dan arus sisi utama.

Anggap amplitudo voltan litar total yang dikumpulkan oleh sistem pengambilan isyarat adalah U, dan amplitudo arus litar adalah I. Maka, rintangan litar total R₁ dan induktansi L₁ dapat diperoleh dari rumus berikut:

Jika resistivitas konduktor penghubung antara busbar bushing jalur keluar GIS diukur sebagai ρ, luas penampang efektif adalah s, dan panjang konduktor diukur sebagai l, maka formula penghitungan impedansi untuk konduktor penghubung ini adalah sebagai berikut:

Mengabaikan konduktor penghubung lain, rintangan setara R dan induktansi setara L dari litar utama pipa GIS dapat diperoleh dari rumus berikut:

Kawalan Ralat & Optimum

Setiap kaedah pengukuran harus diulang 3 kali pada interval yang berbeda untuk mengurangi ralat. Jika memungkinkan, gunakan semua 3 kaedah secara serentak dan bandingkan hasilnya:

• Hasil konsisten: Rata-rata nilai.

• Satu outlier: Periksa koneksi longgar atau kesalahan kabel; buang outlier jika masalah tetap berlanjut.

• Hasil tidak konsisten: Periksa kembali gangguan. Modifikasi litar jika perlu; tinjau kembali parameter teoretis jika masih ada perbedaan.

Untuk mengurangi gangguan dan harmonik:

• Pasang filter keras dalam litar pengambilan isyarat.

• Terapkan perisian FFT untuk mengekstrak komponen gelombang asas untuk penghitungan.

3. Kesimpulan

GIS UHV mengintegrasikan peralatan utama dalam tangki logam tertutup, menawarkan kekebalan terhadap faktor lingkungan, keandalan tinggi, dan jejak minimal. Untuk verifikasi transformator arus, penggunaan busbar GIS bersebelahan sebagai konduktor kembali memudahkan kabel dan memastikan keselamatan, menjadikannya ideal untuk litar deteksi utama.

Studi ini memperkenalkan sistem pengukuran cerdas untuk litar utama GIS, memungkinkan pengukuran presisi rintangan setara dan induktansi. Antarmuka pengguna yang ramah, ketepatan tinggi, dan kemampuan anti-gangguan yang kuat sistem ini memajukan otomatisasi dalam verifikasi GIS. Dianjurkan untuk melakukan pengujian lapangan lebih lanjut untuk validasi dan penyempurnaan.