Технологични предизвикателства и мерки за преодоляване при калибрация на DC електронни трансформатори за ток

В съвременните електроенергийни системи DC електронните токови трансформатори играят ключова роля. Те не само се използват за високоточни измервания на тока, но служат и като основни инструменти за оптимизация на мрежата, обнаружаване на дефекти и управление на енергията. С бързото развитие на технологията за предаване на високо напрежение по пряка тока (HVDC) и нейното широко приложение по света, изискванията към производителността на DC токовите трансформатори стават все по-строги, особено по отношение точността на измерването и съвместимостта с системата. Поради това калибрационната технология на DC електронните токови трансформатори става ключов фактор за осигуряване на безопасна, стабилна и ефективна работа на електроенергийните системи.

1 Анализ на калибрационната технология за DC електронните токови трансформатори
1.1 Основни принципи на калибрация

Калибрацията на DC електронните токови трансформатори е основана на принципа на магнитно-модулиращия DC токов компаратор и оптичната влакна цифрова синхронизация. Магнитно-модулиращият DC токов компаратор използва магнитно-модулираща технология за измерване на големината на DC тока. Тази технология се основава на влиянието, което магнитното поле, генерирано от тока, оказва върху магнитните свойства на желязната ядро. В практически приложения, когато токът преминава през главния проводник, той намагничава обкръжаващото желязно ядро. Намагниченото желязно ядро влияе върху тока в вторична бобина чрез своите промени, а това влияние може да бъде използвано като основа за измерване на големината на тока в главния проводник.

1.2 Състав на калибрационната система

Калибрационната система за DC електронните токови трансформатори се състои главно от DC източник на ток, връзка и синхронизационна конфигурация на стандартното устройство и устройството, което се тестира, и високоточна единица за събиране на данни. Дизайнът и функциите на всеки част са решаващи за точността и надеждността на процеса на калибрация.

• DC източникът на ток е отговорен за предоставяне на стабилен и регулируем ток за калибрация. Неговият дизайн трябва да отговаря на изискванията за висока стабилност и ниско разпръскане на изхода, за да симулира работата на токовия трансформатор при различни условия на ток. За да се постигне тази цел, източникът на ток обикновено използва прецизни електронни компоненти и затворена петлева система за обратна връзка, за да коригира изхода в реално време и да поддържа стабилността на тока. Дори при промени в нагрузката или колебания в постоянното напрежение, той може да гарантира точността на изходния ток.

• Когато DC източникът на ток предоставя основния ток, правилната връзка и синхронизация на стандартното устройство и устройството, което се тестира, са ключови връзки за осигуряване на точността на резултатите от калибрацията. Стандартното устройство обикновено е високоточен инструмент, сертифициран от държавата, предоставящ стойност на тока с известна точност като референция; устройството, което се тестира, е токовият трансформатор, който се тестира. По време на процеса на калибрация, стандартното устройство и устройството, което се тестира, трябва да работят в строга синхронизация, за да се гарантира, че всички данни за измерване се получават при едни и същи условия на работа.

1.3 Методи за калибрация

В процеса на калибрация на DC електронните токови трансформатори, изборът на методи за калибрация има решаващо значение за точността и надеждността на резултатите от измерванията. На място калибрация и лабораторна калибрация имат уникални предимства и недостатъци. Високоточният цифров метод за директно измерване предоставя ефективен начин за калибрация. Методите за калибрация на аналогов и цифров изход са специално адаптирани за токови трансформатори с различни типове изход, за да се адаптират към различни приложения.

(1) Сравнение между на място калибрация и лабораторна калибрация

Има значителни разлики между двете по методи и условия:

• На място калибрация: Изпълнява се директно на местоположението на токовия трансформатор и може да отрази влиянието на фактори като температура, влажност и електромагнитна интерференция. Подхожда за голямо оборудване, чието местоположение е трудно преместваемо или чиято производителност трябва да бъде проверена. Обаче, ако има много неблагоприятни фактори на място и околните условия не могат да бъдат ефективно контролирани, точността на калибрацията вероятно ще бъде засегната.

• Лабораторна калибрация: Околната среда може да бъде ефективно контролирана, а тестовите условия могат да бъдат точно регулирани, което подобрява повторяемостта и точността на калибрацията. Обаче, лабораторната среда не може напълно да симулира работната ситуация на място, и е трудно да се направи комплексен анализ на влиянието на околната среда на производителността на оборудването.

(2) Високоточен цифров метод за директно измерване

С помощта на високоточни цифрови измервателни устройства, изходът на токовия трансформатор се четe директно и сравнява с известната стандартна стойност, така че резултатът от калибрацията може да бъде получен бързо и ефективно, и грешките в промеждутъчни връзки се намаляват.

(3) Методи за калибрация на аналогов и цифров изход

Преимуществото на този метод е, че се вземат предвид изходните характеристики на различните видове токови трансформатори:

• Метод с аналогов изход: Използва се високоточен прибор за измерване на тока, за да се прочете изходната стойност, след което се сравнява с стандартната стойност за калибрация, за да се гарантира точността на преобразуването и измерването на аналоговия сигнал.

• Метод с цифров изход: В процеса на калибрация, се комбинират анализаторски софтуер и синхронизационна технология за пренос и обработка на данни, за да се гарантира, че точността на калибрацията отговаря на изискванията, което е подходящо за нуждите от калибрация на токови трансформатори с цифров изход.

2 Предизвикателства и мерки при приложението на калибрационната технология за DC електронните токови трансформатори
2.1 От - място противодействие на интерференцията

При приложението на калибрационната технология за DC електронните токови трансформатори на място, възниква сериозна електромагнитна интерференция. Тя произтича от електромагнитната среда на високонапрежната мрежа, включително радиация от кабели/оборудване и шум, генериран от системата. Такава интерференция влияе върху точността на измерването, причинявайки отклонения в данните от калибрация в HVDC системите, дори и повреди на компонентите. Това води както до моментни грешки, така и до дългосрочни проблеми със стабилността и надеждността.

За справяне с това, ключово е оптимизирането на магнитната защитна структура. Принципът е използването на материали с висока проницаемост, за да се построи защитен слой около чувствителните части, блокирайки външните магнитни полета. При проектирането, оценявайте реалната среда (тип, интензитет, честота на интерференцията), тъй като те влияят върху ефективността на защитата. Ламинирана структура с многолистови, различни проницаемости материали работи по-добре. Например, външният слой използва материали с висока проницаемост, за да абсорбира повечето магнитни полета, а вътрешният слой използва материали с висока съпротивителност, за да блокира остатъчните полета. Оптимизирани данни за дизайна на магнитна защита са показани в таблица 1.

2.2 Цифрова синхронизационна точност

В калибрационната технология за DC електронните токови трансформатори, точността на синхронизацията е критична. Често е необходимо да се синхронизират множество устройства/източници на данни, разположени на различни места. Точността и надеждността на данните зависят от временна синхронизация; малките отклонения причиняват неточности, влияещи върху ефективността и безопасността на електроенергийната система. Изборът и оптимизирането на технологии за синхронизация и сравнението на оптичните влакна и GPS синхронизация са жизненоважни.

При избора и оптимизирането, предизвикателството е контролът върху сложните електроенергийни среди и широкото географско разпределение за точна синхронизация. В среди със силна интерференция, традиционните методи не успяват. Решенията включват въвеждането на протокола IEEE1588 Precision Time Protocol и използването на прецизни времеви отметки и съвременни комуникации за синхронизация.

Оптичната влакна синхронизация, с висока скорост и устойчивост към интерференция, е подходяща за високоточни сценарии (например, центрове за обработка на данни). Тя не е засегната от електромагнитна интерференция, гарантирайки чистотата на сигнала, но разполага с високи разходи за развертане. GPS синхронизацията е икономична, покрива широка област и е подходяща за разпръснати мрежи. Тя използва спътникови сигнали за времеви отметки, но е по-малко стабилна в условия на силна интерференция. Сравнение на точността на синхронизацията при различни интерференции е показано на фигура 1.

За справяне с тези предизвикателства, изберете подходящи технологии за синхронизация в зависимост от приложната среда и нуждите от калибрация. Придавайте приоритет на оптичната влакна синхронизация в условия на ниска EMI и висока точност. За географски разпръснати електроенергийни мрежи, разгледайте GPS синхронизацията и оптимизирайте разположението на приемниците, за да намалите сигнална интерференция. Комбинирайте двете, за да добавите излишност, което ще увеличи точността на синхронизацията и надеждността на системата.

3 Заключение

В заключение, чрез провеждане на дълбоки изследвания върху калибрационната технология за DC електронните токови трансформатори и техните приложения, това не само има голямо значение за подобряване на производителността и надеждността на токовите трансформатори, но и е ключов фактор за насърчаване на технологическите иновации и устойчивото развитие на електроенергийните системи. В бъдеще, докато продължаваме да оптимизираме калибрационната технология, трябва също да обърнем внимание на производителността на тези технологии в практическите приложения, за да се гарантира, че те могат да отговарят на високите стандарти на съвременните електроенергийни мрежи.