Izbira primarnega preverjanja krutega obvoda in meritve parametrov za UHV GIS tokovne transformatorje

V UHV GIS so predstavljajo ključne naprave za merjenje električne energije. Njihova točnost določa odškodnine za trgovino z energijo, zato je na mestu potrebno preveriti napako glede na JJG1021 - 2007. Na mestu se uporabljajo napajalnice, regulirniki napetosti in posiljevalniki tokov. Zaradi zaprtja v GIS se testni krug sestavi preko izpostavljenih zazemljevalnih nožev, izvodom in povratnih vodnikov; pravilno oblikovani krugi poenostavijo postavitev in povečajo točnost.

Izazovi, kot so velik testni tok, dolgi krugi in visok opornostni del, obstajajo, vendar reaktivna kompenzacija (izkoriščanje višje induktivne reaktance v primarnih krugih GIS) zmanjša potrebo po zmogljivosti opreme. Točno merjenje parametrov primarnega kruga je ključno za kompenzacijo. Obstojajoče metode ne ustrezajo primarnim krugom GIS, zato ta članek: razvršča strukture/razmerja primarnih krugov UHV GIS strujnih pretvornikov, da bi izbrali preveritvene kruge; razvija inteligentne metode za izboljšanje inteligenčnosti/avtomatizacije merjenja parametrov.

1 Izbor primarnega kruga za strujne pretvornike UHV GIS
1.1 Struktura & značilnosti

GIS združuje primarno opremo podstanice (razen transformatorjev) v osem komponent (npr., CB, DS). Zaprt v kovinske škatle GIS ponuja: miniaturizacijo (preko SF₆), manj prostora); visoko zanesljivost (zaprti živi dele odporni na okolje/potrese); varnost (brez tveganja za električni šok/vrtnjavo); izjemen učinek (ščit proti EM/statičnim motnjam, brez motenj); kratko nameščanje (tovarna montaža zmanjša čas na mestu); enostavno vzdrževanje & dolgočasno pregledovanje (dobro strukturo, napredno uglaševanje).

1.2 Izbor kruga

Prekinitelji so v sredini GIS cevi, s strujnimi pretvorniki na obeh straneh. Odločevalci so zunaj, skupaj s zazemljevalnimi preklopniki za zaščito. Cevi uporabljajo (SF₆), strujni pretvorniki pa imajo epoksni polster. Zaradi zaprtja se uporabljajo izpostavljeni zazemljevalni preklopniki/izvodi + povratni vodniki. Obstaja štiri možnosti: zazemljevalni preklopniki na koncima prekiniteljev, plasti GIS cevi, veliki tokovni vodniki ali sosednje GIS busbarje kot povrat. Po rešitvi reaktivne kompenzacije je za preverjanje na mestu izbran sosednji GIS busbar (varno, preprosto, upravljivo).

2 Raziskave o inteligentnih sistemih za merjenje primarnih krugov GIS
2.1 Analiza metod za merjenje parametrov

Primarni krug GIS ima ekvivalentno upornost R in induktivno reaktanco (Z_L). Tradicionalne metode (merjenje R, uporaba AC, izračun kompleksne impedancije Z nato (Z_L) potrebujejo mnogo naprav, kompleksne operacije in težke izračune. Ta članek razvija inteligentne sisteme. Ključne naloge: načrtovanje sistema (uskladitev komponent, načrtovanje procesov); določitev zbiranja signalov (točke, metode, krug za napetost/tok); iskanje metode za izračun faznega razlika med napetostjo in tokom; izbira metod za parametre linije (iz amplitud/faznih razlik, dobite ekvivalentno upornost/induktivno reaktanco); premagovanje harmonik/motenj za točnost.

2.2 Splošno načrtovanje inteligentnega sistema za merjenje

Inteligentni sistem za merjenje temelji na računalniškem sistemu z mikrokontrolerjem, opremljenem z gumbi, prikazovalnikom, tiskalnikom in drugimi periferijami. Signal napetosti in toka zajame sistem za zbiranje signalov, nato pa jih obdeluje skozi filter, večkratni preklopnik, samodejni posiljevalnik signala in analogni-digitalni (A/D) pretvornik, preden doseže mikrokontroler za obdelavo signala. Princip strojne opreme je prikazan na Sliki 1.

Komponente sistema

• Sistem za zbiranje signalov: Zajema signale napetosti in toka iz kruga.

• Filter: Odstrani motne signale.

• Večkratni preklopnik: Omogoča, da signali napetosti in toka delita en A/D pretvornik, kar zmanjša stroške strojne opreme.

• Samodejni posiljevalnik signala: Samodejno prilagaja posiljanje glede na moč signala, da zagotovi stabilno izhod.

• A/D pretvornik: Pretvori analogne signale v digitalni obliki za obdelavo z mikrokontrolerjem.

• Prikazovalnik: Uporablja neposredni-čitalni digitalni zaslon za lažje ogled podatkov.

• Gumbi: Poenostavijo delovanje sistema z uporabnikom prijaznimi nadzorniki.

• Tiskalnik: Izpiše rezultate meritve po zahtevi.

Operativni postopek

Pridobljeni signali so obdelani in preneseni na mikrokontroler, ki izvaja nameščene programe za obdelavo signala. Sistem analizira podatke preko posebnega programskega opreme, izračuna rezultate in jih prikaže na zaslonu.

2.3 Oblikovanje kruga za zbiranje signalov

Ker merjenje parametrov primarnega kruga ne zahteva visokih tokov, sistem uporablja regulirano napajalno napravo z izhodom 200A. Po prehodu skozi posiljevalnik toka je inducirani tok na strani ceste značilno nižji od nominiranega toka GIS, kar zmanjša potrebo po opremi velike zmogljivosti. Ta nastavitev ohranja tok znotraj varnega operacijskega obsega GIS zaprtja in zazemljevalnih preklopnikov.

Možnosti kruga

Krug za zbiranje signalov lahko uporablja katero koli od treh testnih krugov, omenjenih zgoraj (razen kruga, temelječega na zazemljevalnem preklopniku, ki ne pokriva celotne GIS ceste). Uporaba več metod hkrati lahko izboljša točnost merjenja. Med testiranjem so nameščeni pretvorniki napetosti in toka, da pretvorijo visoke vrednosti na primarni strani v upravljive signale na sekundarni strani za sistem za zbiranje.

Oblikovanje kruga za povratni vodnik sosednjega GIS busbara

Pri uporabi sosednjega GIS busbara z visokim tokom kot povratnega vodnika:

• Povežite pretvornik napetosti v vzporednico na strani ceste posiljevalnika toka.

• Namestite pretvornik toka v seriji med stranjo ceste posiljevalnika toka in GIS vhodnim izvodom.

• Vnesite sekundarne signale napetosti in toka v sistem za zbiranje.

Oblikovani krug za zbiranje signalov je prikazan na Sliki 2. Zbrani podatki napetosti in toka se ujemajo s skupnimi vrednostmi kruga.

2.4 Izbor metode za izračun fazne razlike med napetostjo in tokom

Ta sistem za merjenje uporablja metodo faze preseka ničle za merjenje fazne razlike med napetostjo in tokom. Tako imenovana metoda faze preseka ničle je, da osnovne valovne komponente zbranih signalov napetosti in toka oblikuje v kvadratne valove, dobi njihove različne impulze preseka ničle preko diferencialnega kruga, meri časovno razliko med dvema impulzoma in nato izračuna fazno razliko med napetostjo in tokom.

Predpostavimo, da je čas naraščajočega roba kvadratnega vala napetosti τ₁ in čas naraščajočega roba kvadratnega vala toka τ₂. Potem je formula za izračun fazne razlike φ med dvema signaloma naslednja:

Med njimi: T je perioda napetosti in toka. Ker je frekvenca napetosti in toka 50 Hz, njegova perioda je 0,02 s. Formula za izračun fazne razlike napetosti in toka se lahko poenostavi kot:

2.5 Metoda za izračun parametrov linije

Ti izračunski postopki so programirani v pomnilnik mikrokontrolera. Za avtomatsko obdelavo podatkov se uporablja posebna programska oprema za obdelavo signalov, rezultati pa se prikažejo na zaslonu naprave. Za lažjo analizo so napetost in tok, omenjeni spodaj, privzeto obravnavani kot pretvorjeni v napetost in tok na primarni strani.

Predpostavimo, da je amplituda skupne napetosti linije, zbrana s sistemom za zbiranje signalov, U, in amplituda toka linije I. Potem se lahko skupna upornost R₁ in induktivnost L₁ pridobita iz naslednjih formul

Če se meri specifična upornost povezovalnega vodnika med busbarji GIS izhodnega izvoda kot ρ, učinkovita prečna ploskev kot s, in dolžina vodnika kot l, je formula za izračun impedancije tega povezovalnega vodnika naslednja

Če zanemarimo druge povezovalne vodnike, se lahko ekvivalentna upornost R in ekvivalentna induktivnost L primarnega kruga GIS cevi pridobita iz naslednjih formul.

Kontrola in optimizacija napak

Vsaka metoda merjenja bi morala biti ponovljena 3-krat na različnih intervalih, da se zmanjšajo napake. Če je mogoče, uporabite vse 3 metode hkrati in primerjajte rezultate:

• Enakost rezultatov: Povprečite vrednosti.

• Ena odstopnica: Preverite luštena povezovanja ali napake v povezovanju; zanemarite odstopnico, če se težave nadaljujejo.

• Nenavadni rezultati: Ponovno preverite motnje. Prilagodite krug, če je potrebno; popravite teoretične parametre, če ostanejo razlike.

Za zmanjšanje motenj in harmonik:

• Namestite strojne filtre v krug za zbiranje signalov.

• Uporabite programsko opremo FFT za izvlacenje osnovnih valovnih komponent za izračun.

3. Zaključek

UHV GIS združuje primarno opremo v zaprtih kovinskih rezervoarjih, kar zagotavlja odpornost na okoljske dejavnike, visoko zanesljivost in minimalno površino. Za preverjanje strujnih pretvornikov uporaba sosednjih GIS busbarjev kot povratnih vodnikov poenostavi postavitev in zagotavlja varnost, kar ga čini idealnim za primarne detektorske krugove.

Ta raziskava predstavlja inteligentni sistem za merjenje primarnih krugov GIS, ki omogoča točno merjenje ekvivalentne upornosti in induktivnosti. Sistem s prijaznim vmesnikom, visoko točnostjo in močnimi zmogljivostmi za odpor proti motnjam napreduje avtomatizacijo preverjanja GIS. Priporočeno je dodatno testiranje na terenu za potrditev in izboljšanje.