אתגרי טכנולוגיית קליברציה והצעות פתרון עבור מיתקפי זרם חשמלי ישר DC

במערכות חשמל מודרניות, טרנספורטורים אלקטרוניים של זרם ישר משחקים תפקיד חשוב. הם משמשים לא רק למדידת זרם בעלת דיוק גבוה, אלא גם ככלי מרכזי לאופטימיזציה של הרשת, גילוי תקלות וניהול אנרגיה. עם התפתחות המהירה של טכנולוגיית העברת זרם ישר בזרם גבוה (HVDC) והPLOY שלה ברחבי העולם, דרישות הביצועים עבור טרנספורטורי זרם ישר הפכו להיות קפדניות במיוחד, במיוחד במונחים של דיוק מדידה ותאימות למערכת. לכן, טכנולוגיית הקליברציה של טרנספורטורי זרם ישר אלקטרוניים הפכה למפתח להבטיח את הפעולה הבטוחה, יציבה ויעילה של מערכות החשמל.

1 ניתוח טכנולוגיית הקליברציה של טרנספורטורי זרם ישר אלקטרוניים
1.1 עקרונות בסיסיים של קליברציה

הקליברציה של טרנספורטורי זרם ישר אלקטרוניים מבוססת על עקרון השוואת הזרם הישר באמצעות מודולציה מגנטית וטכנולוגיית סנכרון אופטי דיגיטלי. בין היתר, השוואת הזרם הישר באמצעות מודולציה מגנטית משתמשת בטכנולוגיית מודולציה מגנטית כדי למדוד את הגודל של זרם ישר. הטכנולוגיה הזו מתבססת על השפעת השדה המגנטי שנוצר מהזרם על מאפייני המגנטיזציה של הליבה. בהישגים מעשיים, כשהזרם זורם דרך המוליך הראשי, הוא מגנטיז את הליבה שמסביב. הליבה המגנטית משפיעה על הזרם בסליל משני באמצעות השינויים שלה, והשפעה זו יכולה לשמש כבסיס למדידת הגודל של הזרם במוליך הראשי.

1.2רכב מערכת הקליברציה

מערכת הקליברציה של טרנספורטורי זרם ישר אלקטרוניים מורכבת בעיקר ממקור זרם ישר, מקשר וסינכרון בין המכשיר הסטנדרטי למכשיר הנבדק, ומיחדש נתונים בעלת דיוק גבוה. עיצוב ופונקציה של כל חלק משחקים תפקיד נחוש בדיוק ובאמינות של תהליך הקליברציה.

• המקור של זרם ישר אחראי לספק זרם יציב וניתן להתאמה עבור הקליברציה. לעיצוב שלו יש לעמוד בדרישות של יציבות גבוהה ופליטת גלים נמוכה כדי לדמות את ביצועי הטרנספורטור הלא מבוקר בתנאי זרם שונים. לשם כך, מקור הזרם בדרך כלל משתמש ברכיבים אלקטרוניים מדויקים ובסיסטם של פידבק סגור כדי להתאים את הפליטה בזמן אמת ולשמור על יציבות הזרם. אפילו כשמשתנים עומס או מתח, ניתן להבטיח דיוק בפליטת הזרם.

• כאשר מקור הזרם הישר מספק את הזרם הבסיסי, החיבור והסינכרון הנכונים של המכשיר הסטנדרטי והמכשיר הנבדק הם קישורים מפתח להבטיח דיוק בתוצאות הקליברציה. המכשיר הסטנדרטי הוא בדרך כלל מכשיר בעל דיוק גבוה המוסמך על ידי המדינה, המספק ערך זרם עם דיוק ידוע כבסיס השוואה; המכשיר הנבדק הוא הטרנספורטור הלא מבוקר. במהלך תהליך הקליברציה, על המכשיר הסטנדרטי ועל המכשיר הנבדק לפעול בסינכרון הדוק כדי להבטיח שכל נתוני המדידה מתקבלים תחת אותן תנאי פעולה.

1.3 שיטות קליברציה

בתהליך הקליברציה של טרנספורטורי זרם ישר אלקטרוניים, בחירת שיטות הקליברציה משחקת תפקיד נחוש הדיוק והאמינות של תוצאות המדידה. קליברציה במקום והקליברציה במעבדה各有其独特的优势和劣势。高精度数字直接测量方法提供了一种高效的校准手段。针对模拟输出和数字输出的校准方法会根据电流互感器的不同输出类型进行具体调整，以适应各种应用场景。 (1) 现场校准与实验室校准之间的比较 两者在方法和环境方面存在显著差异： - 现场校准：直接在电流互感器的安装位置进行，可以反映温度、湿度和电磁干扰等环境因素的影响。适用于难以移动或需要验证性能的大设备。然而，如果现场存在大量不利因素且环境变量无法有效控制，则可能会影响校准精度。 - 实验室校准：可以有效控制环境，并精确调节测试条件，从而提高校准的重复性和准确性。但是，实验室环境无法完全模拟现场工作场景，难以全面分析现场环境对设备性能的影响。 (2) 高精度数字直接测量方法 借助高精度数字测量设备，直接读取电流互感器的输出并与已知标准值进行比较，从而快速高效地获得校准结果，减少中间环节的误差。 (3) 模拟输出和数字输出的校准方法 这种方法的优点在于充分考虑了不同类型电流互感器的输出特性： - 模拟输出方法：使用高精度电流测量仪器读取输出值，然后与标准值进行比较校准，确保模拟信号转换和测量的准确性。 - 数字输出方法：在校准过程中结合分析软件和同步技术进行数据传输和处理，确保校准精度满足要求，适用于具有数字输出的电流互感器的校准需求。 2 直流电子式电流互感器校准技术应用中的挑战及对策 2.1 现场抗干扰 在现场应用直流电子式电流互感器校准时，会出现严重的电磁干扰。这源于高压电网的电磁环境，包括电缆/设备辐射和系统产生的噪声。这种干扰影响测量精度，导致高压直流系统中校准数据偏差，甚至损坏组件。它既带来即时误差，也带来长期稳定性/可靠性问题。 为了应对这一问题，优化磁屏蔽结构是关键。原理是使用高导磁率材料围绕敏感部件构建屏蔽层，阻挡外部磁场。设计时需评估实际环境（干扰类型、强度、频率），因为这些都会影响屏蔽效果。多层不同导磁率材料的层压结构效果更好。例如，外层使用高导磁率材料吸收大部分磁场，内层使用高电阻率材料阻挡剩余磁场。优化后的磁屏蔽设计数据见表1。 2.2 数字同步精度 在直流电子式电流互感器校准中，同步精度至关重要。校准通常需要在分散地点同步多个设备/数据源。数据的精度和可靠性取决于时间同步；微小的偏差会导致不准确，影响电力系统的效率和安全。选择和优化同步技术以及比较光纤和GPS同步非常重要。 在选择和优化过程中，面临的挑战是在复杂的电力环境和广泛的地理分布下实现准确同步。在强干扰环境中，传统方法往往失效。解决方案包括引入IEEE1588精密时间协议和使用精确的时间戳记及现代通信技术进行同步。 光纤同步具有高速度和抗干扰能力，适合高精度场景（如数据中心）。它不受电磁干扰影响，确保信号纯净，但部署成本较高。GPS同步成本效益高，覆盖范围广，适用于分散网络。它使用卫星信号进行时间戳记，但在严重干扰下稳定性较差。不同干扰下的同步精度比较见图1。 为解决这些挑战，应根据应用环境和校准需求选择合适的同步技术。对于低EMI、高精度场景优先选择光纤同步。对于地理上分散的电力网络，考虑GPS同步并优化接收器位置以减少信号干扰。结合两种方法增加冗余也有助于提高同步精度和系统可靠性。 3 结论 总之，通过深入研究直流电子式电流互感器校准技术及其应用，不仅对提高电流互感器的性能和可靠性具有重要意义，也是推动电力系统技术创新和可持续发展的关键因素。未来，在继续优化校准技术的同时，还应注意这些技术在实际应用中的表现，确保它们能够满足现代电网的高标准要求。