Val av primär verifieringskrets och parametrmätning för UHV GIS strömförstärkare

I UHV GIS är strömmätare avgörande för elektricitetsmätning. Deras noggrannhet bestämmer energiavgifter, så på plats-felverifiering enligt JJG1021 - 2007 krävs. På plats används strömförsörjningar, spänningsregulatorer och strömökare. Pga kapsling i GIS byggs testkretsar via exponerade jordningsknivar, busbar och returledare; rätt kretsar förenklar kablage och ökar noggrannheten.

Utmaningar som stora testströmmar, långa kretsar och hög impedans finns, men reaktiv kompensation (genom att utnyttja högre induktiv reaktans i GIS primärkrets) minskar utrustningsbehov. Noggrann mätning av primärkretsparametrar är viktig. Existerande metoder passar inte GIS primärkretsar, så denna artikel: sorterar UHV GIS strömmätare primärkretsstrukturer/egenskaper för att välja verifieringskretsar; utvecklar intelligenta metoder för att förbättra parameternoggrannhet/automatisering.

1 Valf av primärkrets för UHV GIS strömmätare
1.1 Struktur & Egenskaper

GIS integrerar understationsprimäre utrustning (förutom transformatorer) till åtta komponenter (t.ex., CB, DS). Inkapslad i metallhöljen ger GIS: miniaturisering (via SF₆), mindre yta); hög tillförlitlighet (sealade live delar motstå miljö/jordskalv); säkerhet (ingen elektrisk stöt/brandrisk); överlägsen prestanda (skyltar EM/statisk, ingen interferens); kort installation (fabriksmontering skär på plats-tid); lätt underhåll & lång inspektion (bra struktur, avancerad båglösningsmetod).

1.2 Kretsval

Brytare sitter midt i GIS-pipeliner, med strömmätare på båda sidor. Avkopplare är utanför, plus jordningsknappar för skydd. Pipeliner använder (SF₆), och transformatorer har epoxiharts halvkapsling. På grund av kapsling, använd exponerade jordningsknappar/busbar + returledare. Fyra alternativ finns: jordningsknappar vid brytarens ändar, GIS pipelineshölje, stora strömförare, eller angränsande GIS busbar som retur. Efter lösning av reaktiv kompensation, väljs angränsande GIS busbar (säkert, enkelt, operativt) för på plats-verifiering.

2 Forskning om GIS primärkrets intelligenta mätningssystem
2.1 Analys av parameternoggrannhet

GIS primärkretsar har ekvivalent resistans R och induktiv reaktans (Z_L). Konventionella metoder (mät R, applicera AC, beräkna komplext impedans Z sedan (Z_L) behöver många enheter, komplexa operationer, och tunga beräkningar. Denna artikel utvecklar intelligenta system. Nyckeluppgifter: systemdesign (komponentmatchning, processplanering); fastställ signalinsamling (punkter, metoder, kretsar för spänning/ström); hitta fasskillnad mellan spänning-och ström; välj linjeparametersmetoder (från amplitud/fasskillnad, få ekvivalent resistans/induktiv reaktans); övervinna harmoniska/störningar för noggrannhet.

2.2 Övergripande design av det intelligenta mätningssystemet

Det intelligenta mätningssystemet centrerar sig runt ett mikrokontrollerbaserat datorsystem, utrustat med knappar, en skärm, en skrivare och andra periferier. Spänning och strömsignaler fångas av signalinsamlingsystemet, bearbetas genom ett filter, multiplexer, automatisk signalförstärkare, och analog-digital (A/D) konverterare innan de når mikrokontrollern för signalbehandling. Hårdvaruprincipen illustreras i figur 1.

Systemkomponenter

• Signalinsamlingsystem: Fångar spänning och strömsignaler från kretsen.

• Filter: Eliminerar störningssignaler.

• Multiplexer: Gör det möjligt för spänning och strömsignaler att dela en A/D-konverterare, vilket minskar hårdvarukostnader.

• Automatisk signalförstärkare: Justerar förstärkning automatiskt baserat på signalkraft för att säkerställa stabil utdata.

• A/D-konverterare: Omvandlar analoga signaler till digital format för mikrokontrollerbehandling.

• Skärm: Använder en direktlästa digital skärm för enkel datavisning.

• Knappar: Förbättrar systemoperation med användarvänliga kontroller.

• Skrivare: Ger ut mätresultat på begäran.

Driftprocess

De insamlade signalerna bearbetas och skickas till mikrokontrollern, som kör förinstallerade signalbehandlingsprogram. Systemet analyserar datan via specialiserad programvara, beräknar resultaten och visar dem på skärmen.

2.3 Design av signalinsamlingskretsen

Eftersom mätning av primärkretsparametrar inte kräver höga strömmar, använder systemet en reglerad strömförsörjning med 200A utdata. Efter passerat genom en strömökare, är den inducerade strömmen på linjesidan betydligt lägre än GIS-nominella strömmar, vilket minskar behovet av stor kapacitet. Denna uppsättning håller strömmen inom den säkra driftintervallet för GIS-hölje och jordningsknappar.

Kretsalternativ

Signalinsamlingskretsen kan anta någon av de tre testkretsar som tidigare diskuterats (exklusive jordningsknapp-baserad krets, som inte täcker hela GIS-linjen). Att använda flera metoder samtidigt kan förbättra mätningarnas noggrannhet. Under testning installeras spänning och strömmätare för att konvertera höga primärvärden till hanterbara sekundärsignaler för insamlingsystemet.

Kretsdesign för angränsande GIS busbar returledare

När man använder en angränsande GIS högströmbusbar som returledare:

• Anslut en spänningsmätare parallellt på strömökaren linjesidan.

• Installera en strömmätare serie mellan strömökarens linjesida och en GIS inloppsbushing.

• Mat in sekundärsidan spänning och strömsignaler i insamlingsystemet.

Den utformade signalinsamlingskretsen visas i figur 2. De insamlade spänning och strömdatena motsvarar totalvärdena för kretsen.

2.4 Val av beräkningsmetod för spänning och strömfasdifferens

Detta mätningssystem använder nollpasseringsfasvinkelmetoden för att mäta fasdifferensen mellan spänning och ström. Den så kallade nollpasseringsfasvinkelmetoden formar de insamlade spänning och strömsignalernas grundtonskomponenter till kvadratiska vågor, erhåller deras respektive nollpasseringspulsar genom en differentiell krets, mäter tidskillnaden mellan de två pulsarna, och beräknar sedan fasdifferensen mellan spänningen och strömmen.

Antag att tiden för den stigande kanten av spänningens kvadratiska våg är τ₁ och tiden för den stigande kanten av strömns kvadratiska våg är τ₂. Då är beräkningsformeln för fasdifferensen φ mellan de två signalerna följande:

Därav: T är perioden för spänning och ström. Eftersom frekvensen för spänning och ström är 50 Hz, är dess period 0.02 s. Beräkningsformeln för fasdifferensen mellan spänning och ström kan förenklas till:

2.5 Beräkningsmetod för linjeparametrar

Dessa beräkningsprocesser har programmerats in i mikrokontrollerns minne. Specialiserad signalbehandlingsprogramvara används för att automatiskt hantera datan, och resultaten visas på enhetens skärm. För bekvämlighets skull anses spänning och ström nedan som standardkonverterade till primärsidan.

Antag att amplituden av den totala linjespanningen insamlad av signalinsamlingsystemet är U, och amplituden av linjestrommen är I. Då kan den totala linjerestansen R₁ och induktansen L₁ erhållas från följande formler

Om resistiviteten för den anslutande ledaren mellan GIS utgångsbusbar bushing mäts som ρ, effektiv tvärsnittsarea är s, och längden på ledaren mäts som l, då är impedansberäkningsformeln för denna anslutande ledare följande

Vid bortseende av andra anslutande ledare, kan den ekvivalenta resistansen R och den ekvivalenta induktansen L av GIS pipelinens primärkrets erhållas från följande formler.

Felkontroll & Optimering

Varje mätmetod bör upprepas 3 gånger med olika intervaller för att minska fel. Om möjligt, använd alla 3 metoder samtidigt och jämför resultat:

• Konsistenta resultat: Medelvärdesberäkning av värdena.

• Ett utstickande värde: Kontrollera lossa anslutningar eller kablingsfel; släng ut det utstickande värdet om problemen kvarstår.

• Inkonsistenta resultat: Rekolla för interferens. Ändra kretsen om nödvändigt; revidera teoretiska parametrar om skillnader kvarstår.

För att minska interferens och harmoniska:

• Installera hårdvarufilter i signalinsamlingskretsen.

• Använd FFT-programvara för att extrahera grundtonskomponenter för beräkning.

3. Slutsats

UHV GIS integrerar primärutrustning i seglade metalltankar, vilket ger immunitet mot miljöfaktorer, hög tillförlitlighet och minimal fotavtryck. För strömmätarverifiering, gör användandet av angränsande GIS busbar som returledare kablaget enkelt och säkert, vilket gör det idealiskt för primära detektorcircuits.

Denna studie introducerar ett intelligenta mätningssystem för GIS primärkretsar, vilket möjliggör exakt mätning av ekvivalent resistans och induktans. Systemets användarvänliga gränssnitt, höga noggrannhet och robusta motinterferenskapacitet främjar automatisering i GIS verifiering. Ytterligare fälttest rekommenderas för validering och förfining.