Valg av primær verifikasjonskrets og parametermåling for UHV GIS strømtransformatorer

I UHV GIS er strømtransformatorer nøkkelen til elektrisk energimåling. Deres nøyaktighet bestemmer strømhandelssettlement, så påstedsfeilverifisering etter JJG1021 - 2007 er nødvendig. På stedet bruker man strømforsyninger, spenningregulatører og strømforsterkere. Pga. innkapsling i GIS, bygges testkretser via eksponerte jordkniver, busser og returledere; riktige kretser forenkler kablingsprosessen og øker nøyaktigheten.

Ufordringer som stor teststrøm, lange kretser og høy impedans finnes, men reaktiv kompensasjon (ved å utnytte høyere induktiv reaktivtans i GIS primærkretser) reduserer behovet for utstyrskapasitet. Nøyaktig måling av primærkretsparametre er nøkkelen for kompensasjon. Eksisterende metoder passer ikke for GIS primærkretser, så denne artikkelen: sorterer UHV GIS strømtransformator primærkretsstrukturer/egenskaper for å velge verifikasjonskretser; utvikler intelligente metoder for å forbedre parametremåling intelligent/automatisert.

1 Valg av primærkrets for UHV GIS strømtransformatorer
1.1 Struktur & egenskaper

GIS integrerer primærustyrsel (unntatt transformatorer) i åtte komponenter (f.eks., CB, DS). Innkapslet i metallskaller, tilbyr GIS: miniaturisering (via SF₆), mindre plass); høy pålitelighet (tette levende deler motstandsdyktig mot miljø/jordskjelv); sikkerhet (ingen elektriske støt/brannrisiko); superiørt ytelse (skjerming EM/statisk, ingen forstyrrelse); kort installasjon (fabrikkmontering kutte på stedet tid); enkel vedlikehold & lang inspeksjon (god struktur, avansert bueløsning).

1.2 Kretsvalg

Sirkuitbrytere sitter midt i GIS-rør, med strømtransformatorer på begge sider. Skilleknapper er utenfor, pluss jordknapper for beskyttelse. Rør bruker (SF₆), og transformatorer har epoksidhars halvkasting. På grunn av innkapslingen, bruker man eksponerte jordknapper/busser + returledere. Fire alternativer eksisterer: jordknapper ved bryterendene, GIS-rør skaller, store strømledere, eller nabo GIS busser som retur. Etter løsning av reaktiv kompensasjon, velges nabo GIS busser (trygg, enkel, operativ) for påstedeverifisering.

2 Forskning på GIS primærkrets intelligente målesystemer
2.1 Analyse av parametremålemetoder

GIS primærkretser har ekvivalent motstand R og induktiv reaktivtans (Z_L). Konvensjonelle metoder (måle R, anvende AC, beregne kompleks impedans Z deretter (Z_L) trenger mange enheter, komplekse operasjoner, og tung beregning. Denne artikkelen utvikler intelligente systemer. Hovedoppgaver: systemdesign (komponentmatching, prosessplanlegging); fastslå signalinnsamling (punkter, metoder, kretser for spenning/strøm); finn faseforskjellsberegning av spenning-strøm; velg linje parametermetoder (fra amplitud/faseforskjell, få ekvivalent motstand/induktiv reaktivtans); overvinne harmoniske/forstyrrelser for nøyaktighet.

2.2 Overordnet design av det intelligente målesystemet

Det intelligente målesystemet er sentrert rundt et mikrokontrollerbasert datasytem, utstyrt med knapper, en skjerm, en skriver og andre perifaler. Spenning- og strømsignaler fanges opp av signalinnsamlingsystemet, deretter prosesseres gjennom en filter, multiplexer switch, automatisk signalforsterker, og analog-digital (A/D) konverter før de når mikrokontrolleren for signallbehandling. Hardvaraprinsippet er illustrert i figur 1.

Systemkomponenter

• Signalinnsamlingsystem: Fanger opp spenning- og strømsignaler fra kretsen.

• Filter: Eliminerer forstyrrende signaler.

• Multiplexer Switch: Lar spenning- og strømsignaler dele én A/D-konverter, reduserer hardvarekostnadene.

• Automatisk Signalforsterker: Justerer forsterking automatisk basert på signalkraft for å sikre stabil utdata.

• A/D Konverter: Transformerer analoge signaler til digital format for mikrokontrollerbehandling.

• Skjerm: Bruker en direkte lesbar digital skjerm for lett datavisning.

• Knapper: Forenkler systemoperasjon med brukervennlige kontroller.

• Skriver: Gir ut måleresultater etter behov.

Operasjonsprosess

De innsamlede signalene blir behandlet og sendt til mikrokontrolleren, som kjører forhåndsinstallerte signallbehandlingsprogrammer. Systemet analyserer dataene via dedikert programvare, beregner resultatene, og viser dem på skjermen.

2.3 Design av signalinnsamlingskretsen

Ettersom måling av primærkretsparametre ikke krever høy strøm, bruker systemet en regulert strømforsyning med 200A utgang. Etter å ha passert gjennom en strømforsterker, er den induserte strømmen på linjesiden betydelig lavere enn GIS-nominale strøm, noe som minimerer behovet for store kapasitetsutstyr. Dette oppsettet holder strømmen innenfor trygg driftsrekkevidde for GIS-innkapslingen og jordknapper.

Kretsalternativer

Signalinnsamlingskretsen kan bruke noen av de tre testkretsene diskutert tidligere (unntatt jordknapp-basert krets, som ikke dekker hele GIS-linjen). Bruk av flere metoder samtidig kan forbedre målenøyaktigheten. Under testing, installeres spenning- og strømtransformatorer for å konvertere høye primærsideverdier til håndterbare sekundærside-signaler for innsamlingsystemet.

Kretsdesign for nabo GIS busbar returleder

Når en nabo GIS høystrøm busbar brukes som returleder:

• Koble en spenningtransformator parallelt på strømforsterker linjeside.

• Installer en strømtransformator i serie mellom strømforsterker linjeside og en GIS inngangsbushing.

• Fød sekundærside spenning- og strømsignaler inn i innsamlingsystemet.

Den designerte signalinnsamlingskretsen er vist i figur 2. De samlede spenning- og strømdataene tilsvarer totalverdiene av kretsen.

2.4 Valg av beregningsmetode for faseforskjell mellom spenning og strøm

Dette målesystemet bruker nullpassasjonsvinkelmetoden for å måle faseforskjellen mellom spenning og strøm. Den såkalte nullpassasjonsvinkelmetoden er å forme de fundamentale bølgekomponentene av de innsamlede spenning- og strømsignalene til firkanter, få deres respektive nullpassaspuls gjennom en differensialkrets, måle tidsforskjellen mellom de to pulsene, og deretter beregne faseforskjellen mellom spenning og strøm.

Anta at tiden for stigende kant av spenningfirkanter er τ₁ og tiden for stigende kant av strømfirkanter er τ₂. Da er beregningsformelen for faseforskjellen φ mellom de to signalene som følger:

Av dem: T er perioden for spenning og strøm. Siden frekvensen for spenning og strøm er 50 Hz, er perioden 0.02 s. Beregningsformelen for faseforskjellen for spenning og strøm kan forenkles til:

2.5 Beregningsmetode for linjeparametre

Disse beregningsprosesser er programmert inn i mikrokontrollerens minne. Spesialisert signallbehandlingsprogramvare brukes for å håndtere dataene automatisk, og resultatene vises på enhetens skjerm. For bekvemmelighetens skyld, antas spenning og strøm nedenfor standardmäßig å være konvertert til spenning og strøm på primærside.

Anta at amplituden av den totale linjespenningen samlet av signalinnsamlingsystemet er U, og amplituden av linjestrommet er I. Da kan den totale linjemotstanden R₁ og induktansen L₁ fås fra følgende formler

Hvis resistiviteten til koblingslederen mellom busser av GIS utgangsbushing måles som ρ, effektivt snittareal er s, og lengden av lederen måles som l, da er impedansberegningsformelen for denne koblingslederen som følger

Ved å overse andre koblingsledere, kan den ekvivalente motstanden R og den ekvivalente induktansen L av GIS-rør primærkrets fås fra følgende formler.

Feilkontroll & Optimalisering

Hver målemetode skal gjentas 3 ganger med forskjellige intervaller for å redusere feil. Hvis mulig, bruk alle 3 metoder samtidig og sammenlign resultater:

• Konsistente resultater: Gjennomsnitt verdien.

• En outlier: Sjekk for løse tilkoblinger eller kablingsfeil; forkast outlier hvis problemer fortsetter.

• Inkonsistente resultater: Kontroller for forstyrrelser. Modifiser kretsen hvis nødvendig; juster teoretiske parametre hvis forskjeller fortsetter.

For å mildre forstyrrelser og harmoniske:

• Installér hardvarafiltre i signalinnsamlingskretsen.

• Bruk FFT-programvare for å trekke ut fundamentale bølgekomponenter for beregning.

3. Konklusjon

UHV GIS integrerer primærustyrsel i tette metalltanker, som gir immunitet mot miljøfaktorer, høy pålitelighet og minimal fotavtrykk. For strømtransformatorverifisering, forenkler bruk av nabo GIS busser som returledere kablingsprosessen og sikrer sikkerheten, gjør det ideelt for primær deteksjonskretser.

Denne studien introduserer et intelligente målesystem for GIS primærkretser, som muliggjør nøyaktig måling av ekvivalent motstand og induktans. Systemets brukervennlige grensesnitt, høy nøyaktighet og robust motforstyrrelseskapasitet fremmer automatisering i GIS-verifisering. Ytterligere felttesting anbefales for validering og forbedring.