Selectie van primaire verificatiecircuits en parametermeting voor UHV GIS stroomtransformatoren

In UHV GIS, stroomtransformatoren zijn cruciaal voor elektriciteitsmeting. Hun nauwkeurigheid bepaalt de energiehandelsettlements, dus ter plaatse foutverificatie volgens JJG1021 - 2007 is nodig. Ter plaatse worden voedingen, spanningregelaars en stroomversterkers gebruikt. Vanwege de verpakking in GIS, bouw testcircuits via blootgestelde aardingmessen, bushings en terugloopgeleiders; juiste circuits vereenvoudigen bedrading en verhogen nauwkeurigheid.

Uitdagingen zoals grote teststroom, lange circuits en hoge impedantie bestaan, maar reactieve compensatie (uitbuiten van hogere inductieve reactantie in GIS primaire circuits) vermindert apparatuurcapaciteitbehoefte. Nauwkeurige meting van primaire circuitparameters is cruciaal voor compensatie. Bestaande methoden passen niet bij GIS primaire circuits, dus dit artikel sorteert UHV GIS stroomtransformatoren primaire circuitstructuren/kenmerken om verificatiecircuits te selecteren; ontwikkelt intelligente methoden om parametermeting intelligentie/automatisering te verbeteren.

1 Selectie van Primaire Circuits voor UHV GIS Stroomtransformatoren
1.1 Structuur & Kenmerken

GIS integreert substation primaire apparatuur (met uitzondering van transformatoren) in acht componenten (bijv., CB, DS). In metalen omhulsels geïntegreerd, biedt GIS: miniaturisatie (via SF₆), minder ruimte); hoge betrouwbaarheid (afgesloten levende delen weerstaan omgeving/aardbevingen); veiligheid (geen elektrische schok/brandrisico's); superieure prestaties (schermen EM/statisch, geen interferentie); korte installatie (fabrieksamenspraak verminderd ter plaatse tijd); eenvoudige onderhoud & lang inspectie (goede structuur, geavanceerde boogextinctie).

1.2 Circuitselectie

Circuitbrekers zitten midden in GIS-pijplijnen, met stroomtransformatoren aan beide zijden. Ontkoppelers zijn buiten, plus aardingsschakelaars voor bescherming. Pijplijnen gebruiken (SF₆), en transformatoren hebben epoxyhars half-gietwerk. Vanwege de behuizing, gebruik blootgestelde aardingsschakelaars/bushings + terugloopgeleiders. Vier opties bestaan: aardingsschakelaars aan breker-einden, GIS pijplijn omhulsels, groot-stroom geleiders, of aangrenzende GIS busbars als terugloop. Na oplossing van reactieve compensatie, worden aangrenzende GIS busbars (veilig, eenvoudig, bruikbaar) gekozen voor ter plaatse verificatie.

2 Onderzoek naar GIS Primaire Circuit Intelligente Metingssystemen
2.1 Analyse van Parametermetingmethode

GIS primaire circuits hebben equivalente weerstand R en inductieve reactantie (Z_L). Conventionele methoden (meet R, pas AC toe, bereken complexe impedantie Z dan (Z_L) vereisen veel apparatuur, complexe operaties en zware berekeningen. Dit artikel ontwikkelt intelligente systemen. Belangrijke taken: systeemontwerp (component matching, procesplanning); bepaal signaalcollectie (punten, methoden, circuits voor spanning/stroom); vind faseverschilberekening van spanning-stroom; selecteer lijnparametermethoden (van amplitude/faseverschil, krijg equivalente weerstand/inductieve reactantie); overwin harmonischen/interferentie voor nauwkeurigheid.

2.2 Algemeen Ontwerp van het Intelligente Metingssysteem

Het intelligente metingssysteem draait om een microcontroller-gebaseerd computersysteem, uitgerust met knoppen, een display, een printer en andere perifere apparaten. De spannings- en stroomsignalen worden vastgelegd door het signaalverzamelingsysteem, vervolgens verwerkt via een filter, een multiplexerschakelaar, een automatische signaalversterker en een analoog-naar-digitaal (A/D) converter voordat ze de microcontroller bereiken voor signaalverwerking. Het hardwareprincipe wordt weergegeven in Figuur 1.

Systeemcomponenten

• Signaalverzamelingsysteem: Vastlegt spannings- en stroomsignalen van het circuit.

• Filter: Verwijderd interferentiesignalen.

• Multiplexerschakelaar: Maakt dat spannings- en stroomsignalen één A/D-converter kunnen delen, waardoor hardwarekosten worden verlaagd.

• Automatische signaalversterker: Past automatisch versterking aan op basis van signaalsterkte om stabiele uitvoer te waarborgen.

• A/D-converter: Zet analoge signalen om in digitale vorm voor microcontroller-verwerking.

• Display: Gebruikt een direct-leesbare digitale scherm voor gemakkelijke dataverificatie.

• Knoppen: Vereenvoudigt systeembewerking met gebruiker-vriendelijke bediening.

• Printer: Levert metingresultaten op aanvraag.

Operationeel Proces

De verkregen signalen worden verwerkt en doorgestuurd naar de microcontroller, die vooraf geïnstalleerde signaalverwerkingsprogramma's uitvoert. Het systeem analyseert de gegevens via specifieke software, berekent de resultaten en toont ze op het scherm.

2.3 Ontwerp van het Signaalverzamelingscircuit

Gezien het feit dat het meten van primaire circuitparameters geen hoge stromen vereist, gebruikt het systeem een geregelde voeding met een uitvoer van 200A. Na door een stroomversterker te zijn gegaan, is de geïnduceerde stroom aan de lijnzijde aanzienlijk lager dan de GIS-nominaalstroom, waardoor de noodzaak aan grootschalige apparatuur wordt verminderd. Deze setup houdt de stroom binnen het veilige werkgebied van de GIS-behuizing en aardingsschakelaars.

Circuitopties

Het signaalverzamelingscircuit kan een van de drie eerder besproken testcircuits adopteren (met uitzondering van het aardingsschakelaar-gebaseerde circuit, dat niet de hele GIS-lijn dekt). Het gebruik van meerdere methoden tegelijk kan de meetnauwkeurigheid verhogen. Tijdens het testen worden spannings- en stroomtransformatoren geïnstalleerd om hoge primaire-waarden om te zetten in afhandelbare secundaire signalen voor het verzamelingsysteem.

Circuitontwerp voor Aangrenzende GIS Busbar Terugloopgeleider

Bij het gebruik van een aangrenzende GIS hoogstroom busbar als terugloopgeleider:

• Verbind een spanningstransformator parallel aan de stroomversterkerlijnzijde.

• Installeer een stroomtransformator in serie tussen de stroomversterkerlijnzijde en een GIS-inlet bushing.

• Voed de secundaire spanning- en stroomsignalen in het verzamelingsysteem.

Het ontworpen signaalverzamelingscircuit wordt weergegeven in Figuur 2. De verzamelde spanning- en stroomgegevens corresponderen met de totale waarden van het circuit.

2.4 Selectie van Berekeningsmethode voor Spanning- en Stroomfaseverschil

Dit metingssysteem gebruikt de nulpuntsovergangsfasehoekmethode om het faseverschil tussen spanning en stroom te meten. De zogenaamde nulpuntsovergangsfasehoekmethode is om de grondgolfcomponenten van de verzamelde spanning- en stroomsignalen om te vormen tot blokgolven, hun respectieve nulpuntspulsen te verkrijgen via een differentiëlcircuit, de tijdsverschillen tussen de twee pulsen te meten en vervolgens het faseverschil tussen spanning en stroom te berekenen.

Stel dat de tijd van de oplopende rand van de spanningblokgolf τ₁ is en de tijd van de oplopende rand van de stroomblokgolf τ₂ is. Dan is de berekeningsformule voor het faseverschil φ tussen de twee signalen als volgt:

Waarbij: T de periode van spanning en stroom is. Aangezien de frequentie van spanning en stroom 50 Hz is, is de periode 0,02 s. De berekeningsformule voor het faseverschil van spanning en stroom kan worden vereenvoudigd tot:

2.5 Berekeningsmethode voor Lijnparameters

Deze berekeningsprocessen zijn geprogrammeerd in de geheugen van de microcontroller. Speciale signaalverwerkingssoftware wordt gebruikt om de gegevens automatisch te verwerken, en de resultaten worden getoond op het scherm van het apparaat. Voor de gemakkelijkheid van de analyse worden de hieronder genoemde spanning en stroom standaard beschouwd als omgezet naar de spanning en stroom van de primaire zijde.

Stel dat de amplitude van de totale lijnspanning die door het signaalverzamelingsysteem is verzameld U is, en de amplitude van de lijnstroom I is. Dan kunnen de totale lijnweerstand R₁ en inductie L₁ worden verkregen uit de volgende formules:

Als de soortelijke weerstand van de verbindinggeleider tussen de busbars van de GIS-uitgaandebushing wordt gemeten als ρ, de effectieve doorsnede s is, en de lengte van de geleider wordt gemeten als l, dan is de impedantieberekeningsformule voor deze verbindinggeleider als volgt:

Met het negeren van andere verbindinggeleiders, kunnen de equivalente weerstand R en equivalente inductie L van het primaire circuit van de GIS-pijplijn worden verkregen uit de volgende formules:

Foutcontrole & Optimalisatie

Elke meetmethode moet 3 keer op verschillende tijdstippen worden herhaald om fouten te verminderen. Indien mogelijk, gebruik alle 3 methoden gelijktijdig en vergelijk de resultaten:

• Consistente resultaten: Gemiddelde de waarden.

• Eén uitschieter: Controleer losse verbindingen of bedradingsfouten; verwijder de uitschieter als problemen blijven bestaan.

• Inconsistente resultaten: Controleer op interferentie. Pas het circuit indien nodig aan; herschrijf theoretische parameters als discrepanties blijven bestaan.

Om interferentie en harmonischen te verminderen:

• Installeer hardwarefilters in het signaalverzamelingscircuit.

• Pas FFT-software toe om grondgolfcomponenten te extraheren voor berekening.

3. Conclusie

UHV GIS integreert primaire apparatuur in gesloten metalen tanks, wat immuniteit biedt tegen omgevingsfactoren, hoge betrouwbaarheid en minimale voetafdruk. Voor de verificatie van stroomtransformatoren, vereenvoudigt het gebruik van aangrenzende GIS busbars als terugloopgeleiders de bedrading en garandeert veiligheid, waardoor het ideaal is voor primaire detectiecircuits.

Dit onderzoek introduceert een intelligente metingssysteem voor GIS primaire circuits, waarmee de equivalente weerstand en inductie nauwkeurig kunnen worden gemeten. Het systeem heeft een gebruiksvriendelijke interface, hoge nauwkeurigheid en sterke anti-interferentiecapaciteiten, waardoor automatisering in GIS-verificatie wordt verbeterd. Verdere veldtesten worden aanbevolen voor validatie en verfijning.