Izbor primarnog verifikacionog kruga i merenje parametara za prenosničke transformatori u UHV GIS

U HV GIS-u, transformatori struje ključni su za merenje električne energije. Njihova tačnost određuje izračunavanje naplate za električnu energiju, stoga je potrebna verifikacija grešaka na mestu prema JJG1021 - 2007. Na mestu se koriste napajanja, regulatori napona i pojačavači struje. Zbog enkapsulacije u GIS-u, testne sheme se grade kroz izložene zemljajuće nože, izlaze i povratne vodove; prave sheme pojednostavljaju vezanje i povećavaju tačnost.

Postoje izazovi kao što su veliki testni tokovi, dugačke šeme i visoki impedansi, ali reaktivna kompenzacija (iskorišćenjem višeg induktivnog reaktansa u primarnim GIS kružnicama) smanjuje potrebu za opremom. Tačno merenje parametara primarnih kružnica ključno je za kompenzaciju. Postojeće metode ne odgovaraju primarnim GIS kružnicama, tako da ovaj rad: sortira strukture/osobine primarnih kružnica UHV GIS transformatora struje kako bi se odabrale verifikacione kružnice; razvija inteligentne metode za poboljšanje inteligencije/automatizacije merenja parametara.

1 Odabir primarnih kružnica za UHV GIS transformatore struje
1.1 Struktura & osobine

GIS integriše primarnu opremu postaje (osim transformatora) u osam komponenti (npr., CB, DS). Enkapsulirana u metalne oklopne kutije, GIS nudi: miniaturizaciju (preko SF₆), manje prostora); visoku pouzdanost (zapečaćeni živi delovi otporni su na okolinu/zemljotrese); sigurnost (bez rizika od električnih udara/požara); superiorne performanse (štiti od EM/statičkih interferencija, bez interferencija); kratku instalaciju (fabrična montaža skraćuje vreme na mestu); lako održavanje i dugoročnu inspekciju (dobra struktura, napredno ugasevanje lukova).

1.2 Odabir kružnice

Prekidači se nalaze u sredini GIS cevi, sa transformatorima struje na oba kraja. Izolatori su vani, uz zemljajuće prekidače za zaštitu. Cevi koriste (SF₆), a transformatori imaju epoksidnu smolu polusastavljenih. Zbog oklopne kutije, koriste se izloženi zemljajući prekidači/izlazi + povratni vodovi. Postoji četiri opcije: zemljajući prekidači na krajevima prekidača, oklopne kutije GIS cevi, vodiči velikog toka ili susedne GIS busbare kao povrat. Nakon rešavanja reaktivne kompenzacije, susedne GIS busbare (sigurne, jednostavne, upravljive) biraju se za verifikaciju na mestu.

2 Istraživanje inteligentnih sistema za merenje primarnih GIS kružnica
2.1 Analiza metoda merenja parametara

Primarne GIS kružnice imaju ekvivalentni otpor R i induktivni reaktans (Z_L). Konvencionalne metode (merenje R, primena AC, izračunavanje kompleksnog impedansa Z zatim (Z_L) zahtevaju mnogo uređaja, složene operacije i teške izračune. Ovaj rad razvija inteligentne sisteme. Ključne zadatke: dizajn sistema (uparivanje komponenti, planiranje procesa); određivanje prikupljanja signala (tačke, metode, kružnice za napon/struju); pronalaženje izračunavanja fazne razlike napona-struje; odabir metoda za parametre linije (od amplituda/fazne razlike, dobiti ekvivalentni otpor/induktivni reaktans); prevladati harmonike/interferencije za tačnost.

2.2 Ukupni dizajn inteligentnog sistema za merenje

Inteligentni sistem za merenje temelji se na računalnom sistemu baziranom na mikrokontroleru, opremljenom dugmićima, displejem, štampačem i drugim periferijama. Signali napona i struje prikupljeni su sistemom prikupljanja signala, zatim obrađeni preko filtera, višestrukog prekidača, automatskog pojačavača signala i analognog-digitalnog (A/D) pretvarača pre nego što stignu do mikrokontrolera za obradu signala. Princip hardvera prikazan je na Slici 1.

Komponente sistema

• Sistem prikupljanja signala: Prikuplja signale napona i struje iz kružnice.

• Filter: Eliminira interferentne signale.

• Višestruki prekidač: Omogućava signalima napona i struje da dele jedan A/D pretvarač, smanjujući troškove hardvera.

• Automatski pojačavač signala: Automatski prilagođava pojačanje na osnovu jačine signala kako bi se osigurala stabilna izlazna snaga.

• A/D pretvarač: Pretvara analogni signale u digitalni format za obradu mikrokontrolerom.

• Displej: Koristi direktno čitljiv digitalni ekran za lak pregled podataka.

• Dugmići: Jednostavljaju operaciju sistema korisničkim kontrolama.

• Štampač: Izdvaja rezultate merenja na zahtev.

Operativni proces

Prikupljeni signali se obrađuju i šalju mikrokontroleru, koji pokreće preinstalirane programe za obradu signala. Sistem analizira podatke preko specijalizovanog softvera, izračunava rezultate i prikazuje ih na ekranu.

2.3 Dizajn kružnice za prikupljanje signala

S obzirom da merenje parametara primarnih kružnica ne zahteva velike tokove, sistem koristi regulisano napajanje sa izlazom od 200A. Nakon prolaska kroz pojačavač struje, inducirani tok na strani linije značajno je niži od GIS nominativnog toka, smanjujući potrebu za opremom velikih kapaciteta. Ova konfiguracija drži tok unutar sigurnog opsega GIS oklopne kutije i zemljajućih prekidača.

Opcije kružnice

Kružnica za prikupljanje signala može usvojiti bilo koju od tri testne kružnice diskutovane ranije (isključujući kružnicu zasnovanu na zemljajućem prekidaču, koja ne obuhvata celu GIS liniju). Korišćenje više metoda istovremeno može poboljšati tačnost merenja. Tijekom testiranja, instalirani su transformatori napona i struje kako bi se visoke vrednosti na primarnoj strani pretvorile u upravljive signale na sekundarnoj strani za sistem prikupljanja.

Dizajn kružnice za povratni vod susedne GIS busbare

Kada se koristi susedna GIS busbar visokog toka kao povratni vod:

• Povežite transformator napona paralelno na strani linije pojačavača struje.

• Instalirajte transformator struje serijalno između strane linije pojačavača struje i GIS ulaznog izlaza.

• Unesite signale napona i struje na sekundarnoj strani u sistem prikupljanja.

Izgrađena kružnica za prikupljanje signala prikazana je na Slici 2. Prikupljeni podaci o naponu i struji odgovaraju ukupnim vrednostima kružnice.

2.4 Odabir metode za izračunavanje fazne razlike napona i struje

Ovaj sistem merenja koristi metodu nula-faznog ugla za merenje fazne razlike između napona i struje. Tako-nazvana metoda nula-faznog ugla oblikuje fundamentalne talase prikupljenih signala napona i struje u kvadratne talase, dobija njihove odgovarajuće impuluse prelaska kroz nulu preko diferencijalne kružnice, mjeri vremensku razliku između dva impulsa, a zatim izračunava faznu razliku između napona i struje.

Pretpostavimo da je vrijeme rastućeg ruba kvadratnog vala napona τ₁ i vrijeme rastućeg ruba kvadratnog vala struje τ₂. Tada, formula za izračunavanje fazne razlike φ između dva signala glasi:

Od njih: T je period napona i struje. Budući da je frekvencija napona i struje 50 Hz, njegov period iznosi 0,02 s. Formula za izračunavanje fazne razlike napona i struje može se pojednostaviti na:

2.5 Metoda izračunavanja parametara linije

Ovi izračunske procesi su programirani u memoriji mikrokontrolera. Specijalizovani softver za obradu signala koristi se za automatsku obradu podataka, a rezultati se prikazuju na monitoru uređaja. Za lakšu analizu, naponi i struje spomenuti ispod su, prema podrazumevanju, pretvoreni u napone i struje na primarnoj strani.

Pretpostavimo da je amplituda ukupnog napona linije prikupljenog sistemom prikupljanja signala U, a amplituda struje linije I. Tada, ukupni otpor linije R₁ i induktivnost L₁ mogu se dobiti iz sledećih formula:

Ako je mereno otpornoća spojnog vodiča između busbara GIS izlaznog izlaza ρ, efektivna presječna površina s, a dužina vodiča l, tada je formula za izračunavanje impedansa ovog spojnog vodiča sljedeća:

Zanemarujući ostale spojne vodiče, ekvivalentni otpor R i ekvivalentna induktivnost L primarne kružnice GIS cijevi mogu se dobiti iz sljedećih formula:

Kontrola grešaka i optimizacija

Svaki metod merenja treba ponoviti 3 puta u različitim intervalima kako bi se smanjile greške. Ako je moguće, koristiti sve 3 metode istovremeno i usporediti rezultate:

• Skladni rezultati: Prosrediti vrednosti.

• Jedan odstupanjem: Provjeriti luze veza ili greške vezanja; odbaciti odstupanje ako problemi nastavljaju postojati.

• Neskladni rezultati: Ponovo provjeriti za interferencije. Modificirati kružnicu ako je potrebno; revizirati teorijske parametre ako razlike ostaju.

Da bi se mitigirale interferencije i harmonici:

• Instalirati hardverske filtre u kružnici prikupljanja signala.

• Primijeniti FFT softver za izdvajanje fundamentalnih talasa za izračunavanje.

3. Zaključak

U HV GIS integriše primarnu opremu u zapečaćene metalne rezervoare, nudeći imunitet na faktore okoline, visoku pouzdanost i minimalnu površinu. Za verifikaciju transformatora struje, korišćenje susednih GIS busbara kao povratnih vodova pojednostavljuje vezanje i osigurava sigurnost, čime se postiže idealna opcija za primarne detekcijske kružnice.

Ovo istraživanje predstavlja inteligentni sistem za merenje primarnih GIS kružnica, omogućavajući precizno merenje ekvivalentnog otpora i induktivnosti. Korisnički prijateljski interfejs, visoka tačnost i snažne protuinterferencijske sposobnosti ovog sistema unapređuju automatizaciju u GIS verifikaciji. Preporučuje se dalje terensko testiranje za validaciju i poboljšanje.