Wybór podstawowego obwodu weryfikacyjnego i pomiar parametrów dla prądowych transformatorów GIS UHV
W UHV GIS prądniki są kluczowe dla pomiaru energii elektrycznej. Ich dokładność decyduje o rozliczeniach handlu energią, dlatego niezbędna jest weryfikacja błędów na miejscu zgodnie z JJG1021 - 2007. Na miejscu należy używać źródeł zasilania, stabilizatorów napięcia i wzmacniaczy prądu. Ze względu na uwięzienie w GIS, konstruuje się obwody testowe za pomocą odsłoniętych noży ziemnych, izolatorów i przewodników powrotnych; właściwe obwody upraszczają druty i zwiększają dokładność.
Istnieją wyzwania takie jak duży prąd testowy, długie obwody i wysoka impedancja, ale kompensacja reaktywna (wykorzystująca wyższą indukcyjną reaktancję w głównych obwodach GIS) zmniejsza potrzebne zdolności urządzeń. Dokładne pomiary parametrów głównego obwodu są kluczowe do kompensacji. Istniejące metody nie są odpowiednie dla głównych obwodów GIS, więc ten artykuł: sortuje struktury/cechy głównych obwodów prądniczych UHV GIS, aby wybrać obwody weryfikacyjne; rozwija inteligentne metody do poprawy inteligencji/automatyzacji pomiarów parametrów.
1 Wybór głównego obwodu dla prądnic UHV GIS
1.1 Struktura & cechy
GIS integruje główne urządzenia stacji (z wyłączeniem transformatorów) w osiem komponentów (np. CB, DS). Zakapsułowane w metalowych obudowach, GIS oferuje: miniaturyzację (przez SF6), mniej miejsca); wysoką niezawodność (zamknięte części pod napięciem odpierają środowisko/trzęsienia ziemi); bezpieczeństwo (brak ryzyka porażenia/przeciążeń); doskonałe wydajności (osłony EM/statyczne, brak interferencji); krótką instalację (montaż fabryczny skraca czas na miejscu); łatwe utrzymanie i długie okresy kontroli (dobra struktura, zaawansowane gaszenie łuku).
1.2 Wybór obwodu
Przerzutniki umieszczane są w środku rurociągów GIS, z prądnicami po obu stronach. Rozłączniki są na zewnątrz, plus przełączniki ziemne do ochrony. Rurociągi używają SF6, a transformatory mają poliesterową półlejkę. Ze względu na obudowę, używa się odsłoniętych przełączników ziemnych/izolatorów + przewodników powrotnych. Istnieje cztery opcje: przełączniki ziemne na końcach przerzutników, obudowy rurociągów GIS, duże przewodniki prądu lub sąsiednie szyny GIS jako powrotny. Po rozwiązaniu kompensacji reaktywnej, sąsiednie szyny GIS (bezpieczne, proste, operacyjne) są wybierane do weryfikacji na miejscu.
2 Badania nad inteligentnymi systemami pomiarowymi głównych obwodów GIS
2.1 Analiza metody pomiaru parametrów
Główne obwody GIS mają równoważne opory R i indukcyjną reaktancję ZL. Tradycyjne metody (pomiar R, zastosowanie AC, obliczenie zespolonej impedancji Z, następnie ZL) wymagają wielu urządzeń, skomplikowanych operacji i ciężkich obliczeń. Ten artykuł opracowuje inteligentne systemy. Kluczowe zadania: projekt systemu (dopasowanie komponentów, planowanie procesu); określenie punktów/metod/circuitów zbierania sygnałów napięcia/prądu; znalezienie obliczenia różnicy fazowej napięcia-prąd; wybór metod parametrów linii (z amplitudy/różnicy fazowej, uzyskanie równoważnej oporności/indukcyjnej reaktancji); pokonanie harmonicznych/interferencji dla dokładności.
2.2 Ogólny projekt inteligentnego systemu pomiarowego
Inteligentny system pomiarowy opiera się na mikroprocesorowym systemie komputerowym, wyposażonym w przyciski, ekran, drukarkę i inne peryferia. Sygnały napięcia i prądu są przechwytywane przez system akwizycji sygnałów, a następnie przetwarzane przez filtr, przełącznik wielokanałowy, automatyczny wzmacniacz sygnału, i konwerter analogowo-cyfrowy (A/D) przed dotarciem do mikroprocesora do przetwarzania sygnałów. Zasada działania sprzętu jest przedstawiona na rysunku 1.
Składniki systemu
Proces operacyjny
Przechwycone sygnały są przetwarzane i przesyłane do mikroprocesora, który uruchamia wstępnie zainstalowane programy przetwarzania sygnałów. System analizuje dane za pomocą dedykowanego oprogramowania, oblicza wyniki i wyświetla je na ekranie.
2.3 Projekt obwodu akwizycji sygnałów
Zważywszy, że pomiary parametrów głównego obwodu nie wymagają dużych prądów, system używa regulowanego źródła zasilania z wyjściem 200A. Po przejściu przez wzmacniacz prądu, indukowany prąd na stronie linii jest znacznie niższy niż nominalny prąd GIS, minimalizując potrzebę dużych urządzeń. Ta konfiguracja utrzymuje prąd w bezpiecznym zakresie pracy obudowy GIS i przełączników ziemnych.
Opcje obwodów
Obwód akwizycji sygnałów może przyjąć dowolny z trzech omówionych wcześniej obwodów testowych (z wyłączeniem obwodu opartego na przełącznikach ziemnych, które nie obejmują całego obwodu GIS). Użycie wielu metod jednocześnie może zwiększyć dokładność pomiarów. Podczas testów instaluje się transformatory napięcia i prądu, aby przekonwertować wysokie wartości stronie pierwotnej na zarządzalne sygnały stronie wtórnej dla systemu akwizycji.
Projekt obwodu dla przewodnika powrotnego sąsiedniej szyny GIS
Korzystając z sąsiedniej szyny GIS o dużym prądzie jako przewodnika powrotnego:
Zaprojektowany obwód akwizycji sygnałów jest przedstawiony na rysunku 2. Zbierane dane napięcia i prądu odpowiadają całkowitym wartościom obwodu.
2.4 Wybór metody obliczania różnicy fazowej napięcia i prądu
Ten system pomiarowy używa metody kąta fazy przecięcia zera do pomiaru różnicy fazowej między napięciem a prądem. Tzw. metoda kąta fazy przecięcia zera polega na kształtowaniu składowych fali podstawowej zebranych sygnałów napięcia i prądu w fale prostokątne, uzyskiwaniu ich odpowiednich impulsów przecięcia zera przez obwód różnicowy, pomiarze różnicy czasu między dwoma impulsami, a następnie obliczaniu różnicy fazowej między napięciem a prądem.
Założono, że czas narastania fali prostokątnej napięcia to τ1 a czas narastania fali prostokątnej prądu to τ2. Wtedy, wzór na obliczenie różnicy fazowej φ między tymi sygnałami jest następujący:
Gdzie: T jest okresem napięcia i prądu. Ponieważ częstotliwość napięcia i prądu wynosi 50 Hz, jego okres wynosi 0.02 s. Wzór na obliczenie różnicy fazowej napięcia i prądu można uprościć do:
2.5 Metoda obliczania parametrów linii
Te procesy obliczeniowe zostały zaprogramowane w pamięci mikroprocesora. Do automatycznego obsługi danych używa się specjalistycznego oprogramowania do przetwarzania sygnałów, a wyniki są wyświetlane na monitorze urządzenia. Dla ułatwienia analizy, napięcie i prąd wymienione poniżej są domyślnie uznawane za przekonwertowane na napięcie i prąd strony pierwotnej.
Założono, że amplituda całkowitego napięcia linii zebranej przez system akwizycji sygnałów to U, a amplituda prądu linii to I. Wtedy, całkowita oporność linii R1 i indukcyjność L1 mogą być otrzymane z poniższych wzorów:
Jeśli mierzona jest oporność przewodnika łączącego między szynami GIS w izolatorze wyjściowym jako ρ, skuteczna powierzchnia przekroju to s, a długość przewodnika to l, to wzór na obliczenie impedancji tego przewodnika łączącego jest następujący:
Pomijając inne przewodniki łączące, równoważna oporność R i równoważna indukcyjność L głównego obwodu rurociągu GIS mogą być otrzymane z poniższych wzorów:
Kontrola błędów i optymalizacja
Każda metoda pomiarowa powinna być powtarzana 3 razy w różnych odstępach czasu, aby zmniejszyć błędy. Jeśli jest to możliwe, użyj wszystkich 3 metod jednocześnie i porównaj wyniki:
Aby zmniejszyć interferencje i harmoniczne:
3. Podsumowanie
UHV GIS integruje główne urządzenia w hermetycznych metalowych zbiornikach, zapewniając odporność na czynniki środowiskowe, wysoką niezawodność i minimalną powierzchnię. Dla weryfikacji prądnic, użycie sąsiednich szyn GIS jako przewodników powrotnych upraszcza kablowanie i zapewnia bezpieczeństwo, co czyni je idealnym dla obwodów detekcyjnych strony pierwotnej.
To badanie wprowadza inteligentny system pomiarowy dla głównych obwodów GIS, umożliwiający precyzyjne pomiary równoważnej oporności i indukcyjności. Przyjazny użytkownikowi interfejs, wysoka dokładność i solidne możliwości antyinterferencyjne systemu przyspieszają automatyzację weryfikacji GIS. Zaleca się dalsze testy terenowe w celu walidacji i udoskonalenia.
