Выбор основной схемы проверки и измерение параметров для трансформаторов тока УВН GIS

В UHV GIS трансформаторы тока являются ключевыми для измерения электрической энергии. Их точность определяет расчеты по торговле электроэнергией, поэтому на месте необходимо проводить проверку ошибок согласно JJG1021 - 2007. На месте используются источники питания, регуляторы напряжения и усилители тока. Из-за герметизации в GIS тестовые цепи строятся через открытые заземляющие ножи, изоляторы и возвратные проводники; правильные цепи упрощают разводку и повышают точность.

Существуют трудности, такие как большой ток испытания, длинные цепи и высокое сопротивление, но реактивная компенсация (использование большего индуктивного сопротивления в первичных цепях GIS) снижает потребность в мощности оборудования. Точное измерение параметров первичной цепи является ключевым для компенсации. Существующие методы не подходят для первичных цепей GIS, поэтому в этой статье: классифицируются структуры и особенности первичных цепей трансформаторов тока UHV GIS для выбора цепей проверки; разрабатываются интеллектуальные методы для повышения интеллектуальности и автоматизации измерений параметров.

1 Выбор первичной цепи для трансформаторов тока UHV GIS
1.1 Структура и особенности

GIS объединяет первичное оборудование подстанции (кроме трансформаторов) в восемь компонентов (например, выключатели, разъединители). Заключенные в металлические корпуса, GIS предлагают: миниатюризацию (благодаря SF₆), экономию пространства); высокую надежность (герметичные живые части устойчивы к воздействию окружающей среды и землетрясений); безопасность (отсутствие риска поражения электрическим током и пожара); превосходную производительность (защита от ЭМ/статического воздействия, без помех); короткий срок установки (заводская сборка сокращает время на месте); легкое обслуживание и длительный осмотр (хорошая конструкция, передовая технология гашения дуг).

1.2 Выбор цепи

Выключатели находятся в середине трубопроводов GIS, а трансформаторы тока расположены по обе стороны. Разъединители находятся снаружи, плюс заземляющие выключатели для защиты. Трубопроводы используют (SF₆), а трансформаторы имеют эпоксидную смолу полупрозрачного литья. Из-за герметизации используются открытые заземляющие выключатели/изоляторы + возвратные проводники. Существует четыре варианта: заземляющие выключатели на концах выключателей, оболочки трубопроводов GIS, большие проводники тока или соседние шины GIS в качестве возврата. После решения проблемы реактивной компенсации выбираются соседние шины GIS (безопасные, простые, удобные) для проверки на месте.

2 Исследование интеллектуальных систем измерения первичных цепей GIS
2.1 Анализ методов измерения параметров

Первичные цепи GIS имеют эквивалентное сопротивление R и индуктивное сопротивление (Z_L). Традиционные методы (измерение R, применение переменного тока, расчет комплексного сопротивления Z, затем (Z_L) требуют много устройств, сложных операций и тяжелых вычислений. В этой статье разрабатываются интеллектуальные системы. Основные задачи: проектирование системы (подбор компонентов, планирование процесса); определение сбора сигналов (точки, методы, цепи для напряжения/тока); поиск расчета фазовой разницы между напряжением и током; выбор методов линейных параметров (из амплитуды/фазовой разницы, получить эквивалентное сопротивление/индуктивное сопротивление); преодоление гармоник/помех для точности.

2.2 Общее проектирование интеллектуальной системы измерения

Интеллектуальная система измерения основана на микроконтроллерной компьютерной системе, оснащенной кнопками, дисплеем, принтером и другими периферийными устройствами. Напряжение и токовые сигналы захватываются системой сбора сигналов, затем обрабатываются через фильтр, мультиплексор, автоматический усилитель сигнала и аналогово-цифровой (A/D) преобразователь перед достижением микроконтроллера для обработки сигнала. Принцип работы аппаратных средств показан на рисунке 1.

Компоненты системы

• Система сбора сигналов: захватывает сигналы напряжения и тока из цепи.

• Фильтр: устраняет помехи.

• Мультиплексор: позволяет сигналам напряжения и тока делиться одним A/D преобразователем, снижая затраты на оборудование.

• Автоматический усилитель сигнала: автоматически регулирует усиление в зависимости от силы сигнала, обеспечивая стабильный выход.

• A/D преобразователь: преобразует аналоговые сигналы в цифровой формат для обработки микроконтроллером.

• Дисплей: использует цифровой экран для удобного просмотра данных.

• Кнопки: упрощают управление системой с помощью дружественных пользователю элементов управления.

• Принтер: выводит результаты измерений по запросу.

Процесс работы

Захваченные сигналы обрабатываются и передаются микроконтроллеру, который выполняет предустановленные программы обработки сигналов. Система анализирует данные с помощью специализированного программного обеспечения, вычисляет результаты и отображает их на экране.

2.3 Проектирование цепи сбора сигналов

Учитывая, что измерение параметров первичной цепи не требует больших токов, система использует стабилизированный источник питания с выходом 200А. После прохождения через усилитель тока, индуцированный ток на стороне линии значительно ниже номинального тока GIS, что минимизирует необходимость в оборудовании большой мощности. Такая настройка сохраняет ток в безопасном диапазоне работы оболочки GIS и заземляющих выключателей.

Варианты цепи

Цепь сбора сигналов может использовать любую из трех испытательных цепей, обсуждавшихся ранее (исключая цепь на основе заземляющего выключателя, которая не охватывает всю линию GIS). Использование нескольких методов одновременно может повысить точность измерений. Во время тестирования устанавливаются трансформаторы напряжения и тока для преобразования высоких значений на стороне первичной в управляемые значения на стороне вторичной для системы сбора.

Проектирование цепи для возвратного проводника соседней шины GIS

При использовании соседней шины GIS с большим током в качестве возвратного проводника:

• Подключите трансформатор напряжения параллельно на стороне линии усилителя тока.

• Установите трансформатор тока последовательно между стороной линии усилителя тока и входным изолятором GIS.

• Подайте вторичные сигналы напряжения и тока в систему сбора.

Проектирование цепи сбора сигналов показано на рисунке 2. Собранные данные напряжения и тока соответствуют общим значениям цепи.

2.4 Выбор метода расчета фазовой разницы между напряжением и током

Эта система измерения использует метод нулевого перехода фазового угла для измерения фазовой разницы между напряжением и током. Так называемый метод нулевого перехода фазового угла заключается в формировании собранных сигналов напряжения и тока в виде прямоугольных волн, получении их нулевых переходных импульсов через дифференциальную схему, измерении временной разницы между двумя импульсами и затем расчете фазовой разницы между напряжением и током.

Предположим, что время фронта прямоугольной волны напряжения равно τ₁, а время фронта прямоугольной волны тока равно τ₂. Тогда формула расчета фазовой разницы φ между двумя сигналами следующая:

Где: T — период напряжения и тока. Поскольку частота напряжения и тока составляет 50 Гц, его период равен 0,02 с. Формула расчета фазовой разницы между напряжением и током может быть упрощена следующим образом:

2.5 Метод расчета параметров линии

Эти процессы расчета были запрограммированы в памяти микроконтроллера. Для автоматической обработки данных используется специализированное программное обеспечение для обработки сигналов, а результаты отображаются на мониторе устройства. Для удобства анализа напряжение и ток, упомянутые ниже, по умолчанию считаются преобразованными в напряжение и ток первичной стороны.

Предположим, что амплитуда общего напряжения линии, собранного системой сбора сигналов, равна U, а амплитуда тока линии равна I. Тогда общее сопротивление линии R₁ и индуктивность L₁ могут быть получены из следующих формул:

Если удельное сопротивление соединительного проводника между шинами GIS выходного изолятора измерено как ρ, эффективная площадь сечения равна s, а длина проводника измерена как l, то формула расчета сопротивления этого соединительного проводника следующая:

Пренебрегая другими соединительными проводниками, эквивалентное сопротивление R и эквивалентная индуктивность L первичной цепи трубопровода GIS могут быть получены из следующих формул:

Контроль и оптимизация ошибок

Каждый метод измерения следует повторять 3 раза с интервалами, чтобы снизить ошибки. Если возможно, используйте все 3 метода одновременно и сравните результаты:

• Совпадающие результаты: Усредните значения.

• Один выброс: Проверьте наличие ослабленных соединений или ошибок в проводке; если проблемы сохраняются, исключите выброс.

• Несовпадающие результаты: Повторно проверьте на наличие помех. При необходимости измените цепь; при наличии расхождений пересмотрите теоретические параметры.

Чтобы снизить влияние помех и гармоник:

• Установите аппаратные фильтры в цепи сбора сигналов.

• Используйте программное обеспечение FFT для извлечения основных составляющих для расчета.

3. Заключение

UHV GIS интегрирует первичное оборудование в герметичные металлические резервуары, обеспечивая устойчивость к воздействию окружающей среды, высокую надежность и минимальную площадь. Для проверки трансформаторов тока использование соседних шин GIS в качестве возвратных проводников упрощает разводку и обеспечивает безопасность, делая это идеальным для первичных цепей обнаружения.

Это исследование представляет интеллектуальную систему измерения для первичных цепей GIS, позволяющую точно измерять эквивалентное сопротивление и индуктивность. Дружественный интерфейс системы, высокая точность и мощные анти-помеховые возможности продвигают автоматизацию в проверке GIS. Рекомендуется дальнейшее полевое тестирование для подтверждения и улучшения.