Kalibratietechnologie uitdagingen en tegenmaatregelen voor DC elektronische stroomtransformatoren

In moderne elektriciteitsnetwerken spelen DC-elektronische stroomtransformatoren een cruciale rol. Ze worden niet alleen gebruikt voor hoogprecisie stroommetingen, maar dienen ook als belangrijke instrumenten voor netwerkoptimalisatie, foutdetectie en energiebeheer. Met de snelle ontwikkeling van hoogspanningsgelijkstroom (HVDC) transmissietechnologie en haar wereldwijde implementatie, zijn de prestatie-eisen voor DC-stroomtransformatoren steeds strenger geworden, vooral wat betreft meetnauwkeurigheid en systeemcompatibiliteit. Daarom is de kalibratietechnologie van DC-elektronische stroomtransformatoren essentieel geworden om de veilige, stabiele en efficiënte werking van elektriciteitsnetwerken te waarborgen.

1 Analyse van de kalibratietechnologie voor DC-elektronische stroomtransformatoren
1.1 Basisprincipes van kalibratie

De kalibratie van DC-elektronische stroomtransformatoren is gebaseerd op het principe van de magnetisch gemoduleerde DC-stroomcomparator en optische vezel digitale synchronisatietechnologie. Waarbij de magnetisch gemoduleerde DC-stroomcomparator gebruik maakt van magnetisch modulatietechnologie om de grootte van de DC-stroom te meten. Deze technologie vertrouwt op de invloed van het door de stroom gegenereerde magnetisch veld op de magnetische eigenschappen van de ijzerkern. In praktische toepassingen wordt wanneer de stroom door de hoofdleider stroomt, de omliggende ijzerkern gemagnetiseerd. De gemagnetiseerde ijzerkern beïnvloedt de stroom in een secundaire spoel via zijn veranderingen, en deze invloed kan worden gebruikt als basis voor het meten van de grootte van de stroom in de hoofdleider.

1.2 Opbouw van het kalibratiesysteem

Het kalibratiesysteem voor DC-elektronische stroomtransformatoren bestaat voornamelijk uit een DC-stroombron, de verbinding en synchrone configuratie van de standaardapparatuur en het te testen apparaat, en een hoge-nauwkeurigheids dataverzameleenheid. Het ontwerp en de functie van elk onderdeel spelen een beslissende rol in de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van het kalibratieproces.

• De DC-stroombron is verantwoordelijk voor het verstrekken van een stabiele en instelbare stroom voor kalibratie. Het ontwerp moet voldoen aan de eisen van hoge stabiliteit en lage rippeluitgang om de prestaties van de stroomtransformator onder verschillende stroomcondities te simuleren. Om dit doel te bereiken, maakt de stroombron meestal gebruik van precisie kracht elektronische componenten en een gesloten lus feedbackcontrolesysteem om de uitgang in real-time te regelen en de stroomstabiliteit te handhaven. Zelfs bij wijzigingen in belasting of fluctuaties in de energievoorziening, kan de nauwkeurigheid van de uitgangsstroom worden gewaarborgd.

• Wanneer de DC-stroombron de basisstroom levert, zijn de juiste verbinding en synchronisatie van de standaardapparatuur en het te testen apparaat cruciale schakels om de nauwkeurigheid van de kalibratieresultaten te waarborgen. De standaardapparatuur is meestal een hoge-nauwkeurigheidsinstrument dat door de staat gecertificeerd is, en biedt een stroomwaarde met een bekende nauwkeurigheid als referentie; het te testen apparaat is de stroomtransformator die getest moet worden. Tijdens het kalibratieproces moeten de standaardapparatuur en het te testen apparaat strikt gesynchroniseerd worden bediend om ervoor te zorgen dat alle metingsgegevens onder dezelfde werkomstandigheden worden verkregen.

1.3 Kalibratiemethoden

Bij het kalibratieproces van DC-elektronische stroomtransformatoren speelt de keuze van kalibratiemethoden een beslissende rol in de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de metingsresultaten. Ter plaatse kalibratie en laboratoriumkalibratie hebben elk unieke voordelen en nadelen. De hoge-nauwkeurigheids digitale directe meetmethode biedt een efficiënte kalibratiemethode. De kalibratiemethoden voor analoge en digitale uitgangen worden specifiek aangepast voor stroomtransformatoren van verschillende uitgangstypen om te passen bij diverse toepassingsomstandigheden.

(1) Vergelijking tussen ter plaatse kalibratie en laboratoriumkalibratie

Er zijn significante verschillen tussen de twee in termen van methoden en omgevingen:

• Ter plaatse kalibratie: Dit vindt plaats direct op de installatieplaats van de stroomtransformator en kan de invloed van omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid en elektromagnetische interferentie weerspiegelen. Het is geschikt voor grote apparatuur waarvan de installatieplaats moeilijk te verplaatsen is of waarvan de prestaties gecontroleerd moeten worden. Echter, als er veel ongunstige factoren ter plaatse zijn en de omgevingsvariabelen niet effectief kunnen worden gecontroleerd, kan de kalibratie-nauwkeurigheid waarschijnlijk worden beïnvloed.

• Laboratoriumkalibratie: De omgeving kan effectief worden gecontroleerd en de testomstandigheden kunnen precies worden gereguleerd, wat de herhaalbaarheid en nauwkeurigheid van de kalibratie verbetert. Echter, de laboratoriumomgeving kan de werkomstandigheden ter plaatse niet volledig simuleren, en het is moeilijk om de impact van de ter plaatse omgeving op de apparatuurprestaties grondig te analyseren.

(2) Hoge-nauwkeurigheids digitale directe meetmethode

Met behulp van hoge-nauwkeurigheids digitale meetapparatuur wordt de uitgang van de stroomtransformator direct gelezen en vergeleken met de bekende standaardwaarde, zodat de kalibrateresultaat snel en efficiënt kan worden verkregen en de fout in de tussenliggende koppelingen wordt verminderd.

(3) Kalibratiemethoden voor analoge en digitale uitgangen

Het voordeel van deze methode ligt in het volledig rekening houden met de uitgangseigenschappen van verschillende soorten stroomtransformatoren:

• Analoge uitgangsmethode: Een hoge-nauwkeurigheids stroommeetinstrument wordt gebruikt om de uitgangswaarde te lezen, en vervolgens wordt deze vergeleken met de standaardwaarde voor kalibratie om de nauwkeurigheid van de analoge signaalconversie en -meting te waarborgen.

• Digitale uitgangsmethode: Tijdens het kalibratieproces worden analyse software en synchronisatietechnologie gecombineerd voor gegevensoverdracht en -verwerking om ervoor te zorgen dat de kalibratie-nauwkeurigheid aan de eisen voldoet, wat geschikt is voor de kalibratiebehoeften van stroomtransformatoren met digitale uitgang.

2 Uitdagingen en tegengewichten bij het toepassen van kalibratietechnologie voor DC-elektronische stroomtransformatoren
2.1 Ter plaatse anti-interferentie

Bij het toepassen van kalibratie van DC-elektronische stroomtransformatoren ter plaatse treedt ernstige elektromagnetische interferentie op. Dit komt voort uit de elektromagnetische omgeving van het hoogspanningsnet, inclusief straling van kabels/apparatuur en systeem-generatie geruis. Deze interferentie beïnvloedt de meetnauwkeurigheid, veroorzaakt afwijkingen in kalibratiegegevens in HVDC-systemen en kan zelfs componenten beschadigen. Het brengt zowel directe fouten als langdurige stabiliteit/betrouwbaarheidsproblemen met zich mee.

Om hieraan te werken, is het optimaliseren van de magnetische schildstructuur cruciaal. Het principe is het gebruik van materialen met hoge permeabiliteit om een schildlaag rond gevoelige delen te bouwen, die externe magnetische velden blokkeert. Bij het ontwerpen, evalueer de werkelijke omgeving (interferentietype, intensiteit, frequentie), omdat deze de effectiviteit van het schild beïnvloeden. Een gelamineerde structuur met meerdere lagen, verschillende permeabiliteitsmaterialen werkt beter. Bijvoorbeeld, de buitenste laag gebruikt materialen met hoge permeabiliteit om de meeste magnetische velden op te nemen, en de binnenste laag gebruikt materialen met hoge weerstand om resterende velden te blokkeren. Geoptimaliseerde magnetische schildontwerpgegevens staan in Tabel 1.

2.2 Digitale synchronisatie-nauwkeurigheid

Bij de kalibratie van DC-elektronische stroomtransformatoren is synchronisatie-nauwkeurigheid cruciaal. Kalibratie vereist vaak het synchroniseren van meerdere apparaten/gegevensbronnen op verspreide locaties. De precisie/betrouwbaarheid van gegevens hangt af van tijdssynchronisatie; kleine afwijkingen veroorzaken onnauwkeurigheden, die de efficiëntie/veiligheid van het elektriciteitsnet beïnvloeden. Het selecteren/optimaliseren van synchronisatietechnologie en het vergelijken van glasvezel- en GPS-synchronisatie zijn cruciaal.

Bij het selecteren/optimaliseren is de uitdaging het controleren van complexe energieomgevingen en breed verspreide geografische distributie voor nauwkeurige synchronisatie. In sterk interfererende omgevingen mislukken traditionele methoden. Oplossingen omvatten het introduceren van IEEE1588 Precision Time Protocol en het gebruik van precieze tijdstempels/moderne communicatie voor synchronisatie.

Glasvezelsynchronisatie, met hoge snelheid en anti-interferentie, past bij hoge-nauwkeurigheids scenario's (bijv., datacentra). Het wordt niet beïnvloed door elektromagnetische interferentie, waardoor de signaalzuiverheid wordt gewaarborgd, maar heeft hoge inzetkosten. GPS-synchronisatie is kosteneffectief, dekt grote gebieden en past bij verspreide netwerken. Het maakt gebruik van satellietsignalen voor tijdstempels, maar is minder stabiel onder sterke interferentie. Synchronisatie-nauwkeurigheid vergelijking onder verschillende interferenties staat in Figuur 1.

Om deze uitdagingen aan te pakken, kies de juiste synchronisatietechnologie op basis van de toepassingsomgeving en kalibratiebehoeften. Geef de voorkeur aan glasvezelsynchronisatie voor lage EMI, hoge-nauwkeurigheidsscenario's. Voor geografisch verspreide energienetten, overweeg GPS-synchronisatie en optimaliseer de plaatsing van de ontvangers om signaalinterferentie te verminderen. Het combineren van beide om redundantie toe te voegen verhoogt ook de synchronisatie-nauwkeurigheid en de systeembetrouwbaarheid.

3 Conclusie

Samengevat, door een diepgaand onderzoek naar de kalibratietechnologie van DC-elektronische stroomtransformatoren en hun toepassingen, is dit niet alleen van groot belang voor het verbeteren van de prestaties en betrouwbaarheid van stroomtransformatoren, maar ook een cruciale factor voor de technologische innovatie en duurzame ontwikkeling van elektriciteitsnetwerken. In de toekomst, terwijl de kalibratietechnologie blijft worden geoptimaliseerd, moet ook aandacht worden besteed aan de prestaties van deze technologieën in praktische toepassingen om ervoor te zorgen dat ze aan de hoge normen van moderne elektriciteitsnetwerken voldoen.