การเลือกวงจรตรวจสอบหลักและการวัดพารามิเตอร์สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ GIS แรงดันสูงมาก

ใน GIS UHV ตัวแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญในการวัดพลังงานไฟฟ้า ความแม่นยำของมันกำหนดการชำระเงินค่าไฟฟ้า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องตรวจสอบความคลาดเคลื่อนที่หน้างานตาม JJG1021 - 2007 ที่หน้างานใช้แหล่งจ่ายไฟ ตัวปรับแรงดัน และตัวเพิ่มกระแส เนื่องจากถูกหุ้มอยู่ใน GIS วงจรทดสอบจะสร้างผ่านสวิตช์กราวด์ที่เปิดเผย ปลอกและตัวนำกลับ วงจรที่เหมาะสมจะทำให้การเชื่อมต่อง่ายขึ้นและเพิ่มความแม่นยำ

มีความท้าทายอย่างเช่น กระแสทดสอบขนาดใหญ่ วงจรยาว และอิมพีแดนซ์สูง แต่การชดเชยแบบรีแอคทีฟ (ใช้ประโยชน์จากอินดักทีฟรีแอคแทนซ์ที่สูงขึ้นในวงจรหลักของ GIS) ลดความต้องการกำลังของอุปกรณ์ การวัดพารามิเตอร์วงจรหลักอย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ วิธีการที่มีอยู่ไม่เหมาะสมกับวงจรหลักของ GIS ดังนั้นบทความนี้จึง: จัดเรียงโครงสร้าง/ลักษณะของวงจรหลักของตัวแปลงกระแสไฟฟ้า GIS UHV เพื่อเลือกวงจรทดสอบ; พัฒนาวิธีการอัจฉริยะเพื่อเพิ่มความอัจฉริยะและความอัตโนมัติในการวัดพารามิเตอร์

1 การเลือกวงจรหลักสำหรับตัวแปลงกระแสไฟฟ้า GIS UHV
1.1 โครงสร้างและลักษณะ

GIS รวมอุปกรณ์หลักของสถานีไฟฟ้า (ยกเว้นตัวแปลงกระแสไฟฟ้า) เป็นแปดส่วน (เช่น CB, DS) บรรจุอยู่ในเปลือกโลหะ GIS มี: ขนาดเล็ก (โดยใช้ SF₆) ใช้พื้นที่น้อย; ความน่าเชื่อถือสูง (ส่วนที่มีไฟฟ้าถูกปิดสนิทยืนหยัดต่อสภาพแวดล้อม/แผ่นดินไหว); ความปลอดภัย (ไม่มีความเสี่ยงจากการช็อกไฟฟ้า/ไฟไหม้); ประสิทธิภาพสูง (ป้องกัน EM/static, ไม่มีการรบกวน); การติดตั้งรวดเร็ว (การประกอบในโรงงานลดเวลาที่หน้างาน); การบำรุงรักษาง่ายและการตรวจสอบนาน (โครงสร้างดี, การดับอาร์คที่ทันสมัย)

1.2 การเลือกวงจร

สวิตช์วงจรตั้งอยู่กลางท่อ GIS พร้อมตัวแปลงกระแสไฟฟ้าทั้งสองข้าง สวิตช์แยกตั้งอยู่ภายนอก พร้อมสวิตช์กราวด์สำหรับการป้องกัน ท่อใช้ SF₆ และตัวแปลงกระแสไฟฟ้ามีเรซินอีพอกซี่แบบครึ่งหล่อ เนื่องจากถูกหุ้ม ใช้สวิตช์กราวด์ที่เปิดเผย/ปลอกและตัวนำกลับ มีตัวเลือกสี่ทาง: สวิตช์กราวด์ที่ปลายสวิตช์วงจร, เปลือกท่อ GIS, ตัวนำกระแสขนาดใหญ่ หรือ GIS busbar ที่อยู่ใกล้เคียงเป็นตัวนำกลับ หลังจากแก้ปัญหาการชดเชยรีแอคทีฟ ตัวเลือก GIS busbar ที่อยู่ใกล้เคียง (ปลอดภัย, ง่าย, สามารถดำเนินการได้) ถูกเลือกสำหรับการตรวจสอบที่หน้างาน

2 การศึกษาเกี่ยวกับระบบการวัดอัจฉริยะของวงจรหลัก GIS
2.1 การวิเคราะห์วิธีการวัดพารามิเตอร์

วงจรหลักของ GIS มีความต้านทานเทียบเท่า R และอินดักทีฟรีแอคแทนซ์ Z_L วิธีการแบบเดิม (วัด R, ใช้ AC, คำนวณอิมพีแดนซ์ซับซ้อน Z แล้ว Z_L) ต้องใช้อุปกรณ์จำนวนมาก, กระบวนการซับซ้อน และการคำนวณมาก บทความนี้พัฒนาระบบอัจฉริยะ งานหลัก: การออกแบบระบบ (การจับคู่ส่วนประกอบ, การวางแผนกระบวนการ); กำหนดการรวบรวมสัญญาณ (จุด, วิธี, วงจรสำหรับแรงดัน/กระแส); หาการคำนวณความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดัน-กระแส; เลือกวิธีการพารามิเตอร์สาย (จากแอมปลิจูด/ความแตกต่างเฟส, ได้ความต้านทานเทียบเท่า/อินดักทีฟรีแอคแทนซ์); แก้ไขฮาร์โมนิก/การรบกวนเพื่อความแม่นยำ

2.2 การออกแบบโดยรวมของระบบการวัดอัจฉริยะ

ระบบการวัดอัจฉริยะมีศูนย์กลางอยู่ที่ระบบคอมพิวเตอร์บนไมโครคอนโทรลเลอร์ พร้อมปุ่ม, จอแสดงผล, เครื่องพิมพ์ และอุปกรณ์เสริมอื่น ๆ สัญญาณแรงดันและกระแสจะถูกจับโดยระบบการรวบรวมสัญญาณ แล้วประมวลผลผ่านตัวกรอง, สวิตช์มัลติเพล็กเซอร์, ตัวขยายสัญญาณอัตโนมัติ และตัวแปลงสัญญาณอนาล็อก-ดิจิทัล (A/D) ก่อนถึงไมโครคอนโทรลเลอร์สำหรับการประมวลผลสัญญาณ หลักการของฮาร์ดแวร์แสดงในรูปที่ 1

ส่วนประกอบของระบบ

• ระบบการรวบรวมสัญญาณ: จับสัญญาณแรงดันและกระแสจากวงจร

• ตัวกรอง: กำจัดสัญญาณรบกวน

• สวิตช์มัลติเพล็กเซอร์: ให้สัญญาณแรงดันและกระแสสามารถแชร์ A/D converter ตัวเดียว ลดค่าใช้จ่ายฮาร์ดแวร์

• ตัวขยายสัญญาณอัตโนมัติ: ปรับระดับการขยายตามความแรงของสัญญาณเพื่อให้ได้เอาต์พุตที่เสถียร

• ตัวแปลงสัญญาณอนาล็อก-ดิจิทัล: แปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัลสำหรับการประมวลผลโดยไมโครคอนโทรลเลอร์

• จอแสดงผล: ใช้จอแสดงผลแบบดิจิทัลตรงเพื่อดูข้อมูลได้ง่าย

• ปุ่ม: ทำให้การควบคุมระบบง่ายด้วยการควบคุมที่ใช้งานง่าย

• เครื่องพิมพ์: แสดงผลการวัดตามความต้องการ

กระบวนการปฏิบัติงาน

สัญญาณที่ได้รับจะถูกประมวลผลและส่งไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งทำงานโปรแกรมประมวลผลสัญญาณที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้า ระบบวิเคราะห์ข้อมูลผ่านซอฟต์แวร์เฉพาะ คำนวณผลลัพธ์ และแสดงบนหน้าจอ

2.3 การออกแบบวงจรการรวบรวมสัญญาณ

เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้กระแสสูงในการวัดพารามิเตอร์วงจรหลัก ระบบใช้แหล่งจ่ายไฟที่ควบคุมได้ด้วยเอาต์พุต 200A หลังจากผ่านตัวเพิ่มกระแส กระแสที่เหนี่ยวนำบนฝั่งสายจะน้อยกว่ากระแสที่กำหนดของ GIS อย่างมาก ลดความต้องการอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ระบบตั้งค่านี้ทำให้กระแสอยู่ภายในช่วงการทำงานที่ปลอดภัยของเปลือก GIS และสวิตช์กราวด์

ตัวเลือกวงจร

วงจรการรวบรวมสัญญาณสามารถใช้วงจรทดสอบสามวงจรที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ (ยกเว้นวงจรที่ใช้สวิตช์กราวด์ ซึ่งไม่ครอบคลุม GIS ทั้งหมด) การใช้วิธีการหลายวิธีพร้อมกันสามารถเพิ่มความแม่นยำในการวัด ระหว่างการทดสอบ ตัวแปลงแรงดันและตัวแปลงกระแสจะติดตั้งเพื่อแปลงค่าสูงที่ฝั่งหลักเป็นสัญญาณที่จัดการได้ที่ฝั่งรองสำหรับระบบการรวบรวมสัญญาณ

การออกแบบวงจรสำหรับตัวนำกลับของ GIS busbar ที่อยู่ใกล้เคียง

เมื่อใช้ GIS busbar กระแสสูงที่อยู่ใกล้เคียงเป็นตัวนำกลับ:

• เชื่อมต่อตัวแปลงแรงดันขนานบนฝั่งสายของตัวเพิ่มกระแส

• ติดตั้งตัวแปลงกระแสเป็นอนุกรมระหว่างฝั่งสายของตัวเพิ่มกระแสและปลอกเข้า GIS

• ป้อนสัญญาณแรงดันและกระแสที่ฝั่งรองเข้าสู่ระบบการรวบรวมสัญญาณ

วงจรการรวบรวมสัญญาณที่ออกแบบมาแสดงในรูปที่ 2 ข้อมูลแรงดันและกระแสที่รวบรวมมาสอดคล้องกับค่ารวมของวงจร

2.4 การเลือกวิธีการคำนวณความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

ระบบการวัดนี้ใช้วิธีการมุมเฟสที่ผ่านศูนย์เพื่อวัดความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแส วิธีการมุมเฟสที่ผ่านศูนย์คือการแปลงส่วนประกอบของคลื่นพื้นฐานของสัญญาณแรงดันและกระแสที่รวบรวมมาเป็นคลื่นเหลี่ยม ได้พัลส์ผ่านศูนย์ของแต่ละสัญญาณผ่านวงจรการหาอนุพันธ์ วัดความแตกต่างเวลาระหว่างพัลส์ทั้งสอง แล้วคำนวณความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

สมมติว่าเวลาขอบขึ้นของคลื่นเหลี่ยมแรงดันคือ τ₁ และเวลาขอบขึ้นของคลื่นเหลี่ยมกระแสคือ τ₂ แล้วสูตรการคำนวณความแตกต่างเฟส φ ระหว่างสัญญาณทั้งสองคือดังนี้:

ในนั้น T คือคาบของแรงดันและกระแส เนื่องจากความถี่ของแรงดันและกระแสคือ 50 Hz คาบของมันคือ 0.02 วินาที สูตรการคำนวณความแตกต่างเฟสระหว่างแรงดันและกระแสสามารถลดรูปเป็น:

2.5 วิธีการคำนวณพารามิเตอร์สาย

กระบวนการคำนวณเหล่านี้ได้ถูกโปรแกรมเข้าไปในหน่วยความจำของไมโครคอนโทรลเลอร์ ใช้ซอฟต์แวร์ประมวลผลสัญญาณเฉพาะเพื่อจัดการข้อมูลอัตโนมัติ และแสดงผลบนจอแสดงผลของอุปกรณ์ สำหรับความสะดวกในการวิเคราะห์ แรงดันและกระแสที่กล่าวถึงด้านล่างถือว่าได้แปลงเป็นแรงดันและกระแสที่ฝั่งหลักแล้ว

สมมติว่าแอมปลิจูดของแรงดันสายรวมที่รวบรวมโดยระบบการรวบรวมสัญญาณคือ U และแอมปลิจูดของกระแสสายคือ I แล้วความต้านทานรวม R₁ และอินดักทันซ์ L₁ สามารถได้จากสูตรต่อไปนี้

หากวัดความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำเชื่อมระหว่าง busbars ของปลอกออกของ GIS ได้เป็น ρ พื้นที่ตัดหน้าที่มีประสิทธิภาพคือ s และความยาวของตัวนำวัดได้เป็น l แล้วสูตรการคำนวณอิมพีแดนซ์ของตัวนำเชื่อมนี้คือดังนี้

เมื่อละเลยตัวนำเชื่อมอื่นๆ ความต้านทานเทียบเท่า R และอินดักทันซ์เทียบเท่า L ของวงจรหลักของท่อ GIS สามารถได้จากสูตรต่อไปนี้

การควบคุมและปรับปรุงข้อผิดพลาด

ควรทำซ้ำวิธีการวัดแต่ละครั้ง 3 ครั้งในช่วงเวลาที่แตกต่างกันเพื่อลดข้อผิดพลาด หากเป็นไปได้ ใช้วิธีการทั้ง 3 วิธีพร้อมกันและเปรียบเทียบผลลัพธ์:

• ผลลัพธ์ที่สอดคล้องกัน: หาค่าเฉลี่ย

• ผลลัพธ์ที่แตกต่างออกไป 1 ค่า: ตรวจสอบการเชื่อมต่อที่หลวมหรือข้อผิดพลาดในการต่อสาย ทิ้งค่าที่แตกต่างออกไปหากปัญหายังคงอยู่

• ผลลัพธ์ที่ไม่สอดคล้องกัน: ตรวจสอบการรบกวน ปรับปรุงวงจรหากจำเป็น ปรับปรุงพารามิเตอร์ทฤษฎีหากยังมีความแตกต่าง

เพื่อลดการรบกวนและฮาร์โมนิก:

• ติดตั้งตัวกรองฮาร์ดแวร์ในวงจรการรวบรวมสัญญาณ

• ใช้ซอฟต์แวร์ FFT เพื่อสกัดส่วนประกอบของคลื่นพื้นฐานสำหรับการคำนวณ

3. สรุป

GIS UHV รวมอุปกรณ์หลักในถังโลหะที่ปิดสนิท มอบความทนทานต่อสภาพแวดล้อม ความน่าเชื่อถือสูง และพื้นที่ใช้สอยน้อย ในการตรวจสอบตัวแปลงกระแส ใช้ GIS busbar ที่อยู่ใกล้เคียงเป็นตัวนำกลับ ทำให้การต่อสายง่ายและปลอดภัย ทำให้เหมาะสมสำหรับวงจรตรวจสอบหลัก

การศึกษานี้แนะนำระบบการวัดอัจฉริยะสำหรับวงจรหลักของ GIS ที่สามารถวัดความต้านทานเทียบเท่าและอินดักทันซ์อย่างแม่นยำ ระบบมีอินเทอร์เฟซที่ใช้งานง่าย ความแม่นยำสูง และความสามารถในการต้านทานการรบกวนที่แข็งแกร่ง ทำให้การตรวจสอบ GIS แบบอัตโนมัติล้ำหน้า แนะนำให้ทำการทดสอบภาคสนามเพิ่มเติมเพื่อยืนยันและปรับปรุง