Kalibrerings teknologi utfordringer og mot tiltak for DC elektroniske strømtransformatorer

I moderne strømsystemer spiller DC-elektroniske strømtransformatorer en viktig rolle. De brukes ikke bare for høypræcis strømmåling, men også som nøkkelenheter for nettverks optimalisering, feiloppdaging og energibehandling. Med rask utvikling av teknologi for overføring av høyspenning direkte strøm (HVDC) og dens bredt anvendte distribusjon globalt, har kravene til ytelsen av DC-strømtransformatorer blitt stadig strengere, spesielt når det gjelder målnøyaktighet og systemkompatibilitet. Derfor har kalibreringsteknologi for DC-elektroniske strømtransformatorer blitt kritisk for å sikre trygg, stabil og effektiv drift av strømsystemer.

1 Analyse av kalibreringsteknologi for DC-elektroniske strømtransformatorer
1.1 Grunnleggende prinsipper for kalibrering

Kalibrering av DC-elektroniske strømtransformatorer er basert på prinsippet om magnetmodulert DC-strømkomparator og fiber-optisk digital synkroniserings-teknologi. Blant disse bruker magnetmodulert DC-strømkomparator magnetmodulerings-teknologi for å måle størrelsen på DC-strømmen. Denne teknologien bygger på innflytelsen fra det magnetfelt som genereres av strømmen på jernkjernes magnetiske egenskaper. I praktisk bruk, når strømmen flyter gjennom hovedlederen, magnetiseres det omliggende jernkjernen. Den magnetiserte jernkjernen påvirker strømmen i en sekundær spole gjennom sine endringer, og denne påvirkningen kan brukes som grunnlag for å måle størrelsen på strømmen i hovedlederen.

1.2 Sammensetning av kalibreringssystemet

Kalibreringssystemet for DC-elektroniske strømtransformatorer består hovedsakelig av en DC-strømkilde, kobling og synkronisering av standardenheten og enheten under test, samt et høypræsist datainnsamlingsenheter. Designet og funksjonen av hver del spiller en avgjørende rolle for nøyaktigheten og påliteligheten i kalibreringsprosessen.

• DC-strømkilden er ansvarlig for å levere en stabil og justerbar strøm for kalibrering. Dens design må oppfylle kravene til høy stabilitet og lav rippleutgang for å simulere strømtransformatorens ytelse under ulike strømbetingelser. For å nå dette målet, bruker strømkilden vanligvis presise strømelektronikkkomponenter og et lukket sløyfe feedback-kontrollsystem for å justere utgangen i sanntid og opprettholde strømstabilitet. Selv når belastningen endres eller strømforsyningen fluktuere, kan den sikre nøyaktigheten av utgangsstrømmen.

• Når DC-strømkilden gir grunnstrømmen, er riktig kobling og synkronisering av standardenheten og enheten under test nøkkelenheter for å sikre nøyaktigheten av kalibreringsresultatene. Standardenheten er generelt et høypræsist instrument sertifisert av staten, som gir en strømverdi med kjent nøyaktighet som referanse; enheten under test er strømtransformatoren som skal testes. Under kalibreringsprosessen må standardenheten og enheten under test opereres i streng synkronitet for å sikre at alle målingsdata blir tatt under samme driftsbetingelser.

1.3 Kalibreringsmetoder

I kalibreringsprosessen for DC-elektroniske strømtransformatorer spiller valget av kalibreringsmetoder en avgjørende rolle for nøyaktigheten og påliteligheten av måleresultatene. På-stedet kalibrering og laboratoriekalibrering har hver sine unike fordeler og ulemper. Høypræsise digitale direktemålinger gir en effektiv kalibreringsmetode. Kalibreringsmetoder for analoge og digitale utganger er spesifikt tilpasset strømtransformatorer med ulike utgangstyper for å tilpasse seg forskjellige bruksområder.

(1) Sammenligning mellom på-stedet kalibrering og laboratoriekalibrering

Det finnes betydelige forskjeller mellom de to når det gjelder metoder og miljø:

• På-stedet kalibrering: Den utføres direkte ved installasjonsstedet for strømtransformatoren og kan reflektere innflytelsen av miljøfaktorer som temperatur, fuktighet og elektromagnetisk støy. Den er egnet for store anlegg hvis installasjonsstedet er vanskelig å flytte eller hvis ytelsen må verifiseres. Imidlertid, hvis det er mange ugunstige faktorer på stedet og miljøvariabler ikke kan kontrolleres effektivt, er kalibreringsnøyaktigheten sannsynlig å bli påvirket.

• Laboratoriekalibrering: Miljøet kan kontrolleres effektivt, og testbetingelsene kan reguleres nøyaktig, noe som forbedrer repetitiviteten og nøyaktigheten i kalibrering. Imidlertid kan laboratoriemiljøet ikke fullstendig simulere arbeidsområdet på stedet, og det er vanskelig å analysere effekten av på-stedet miljø på utstyrsytelsen helt.

(2) Høypræcis digital direktemåling

Med hjelp av høypræcise digitale måleenheter leses strømtransformatorens utgang direkte og sammenlignes med den kjente standardverdien, slik at kalibreringsresultatet kan oppnås raskt og effektivt, og feil i mellomled reduseres.

(3) Kalibreringsmetoder for analoge og digitale utganger

Fordelen med denne metoden ligger i å ta hensyn til utgangsegenskapene for ulike typer strømtransformatorer:

• Analog utgangsmetode: En høypræcis strømmåler brukes til å lese utgangsverdien, som deretter sammenlignes med standardverdien for kalibrering for å sikre nøyaktigheten av analog signaloverføring og måling.

• Digital utgangsmetode: I kalibreringsprosessen kombineres analyseprogramvare og synkroniserings-teknologi for dataoverføring og -behandling for å sikre at kalibreringsnøyaktigheten oppfyller kravene, noe som er egnet for kalibreringsbehov for strømtransformatorer med digital utgang.

2 Utfordringer og mot tiltak i bruk av kalibreringsteknologi for DC-elektroniske strømtransformatorer
2.1 På-stedet anti-støy

Ved på-stedet kalibrering av DC-elektroniske strømtransformatorer oppstår alvorlig elektromagnetisk støy. Den kommer fra høyspenningnettets elektromagnetiske miljø, inkludert stråling fra kabler/utstyr og systemgenerert støy. Slik støy påvirker målenøyaktigheten, fører til avvik i kalibreringsdata i HVDC-systemer og kan til og med skade komponenter. Det fører til både øyeblikkelige feil og langevarige stabilitets/pålitelighetsproblemer.

For å håndtere dette er det nøkkel å optimere magnetisk skjermingsstruktur. Prinsippet er å bruke materialer med høy permeabilitet til å bygge en skjermingslag rundt sensitive deler, for å blokkere eksterne magnetfelt. Når man designer, vurderer man det faktiske miljøet (støyttype, intensitet, frekvens) da disse påvirker skjermingseffektiviteten. En lamellert struktur med flere lag av materialer med ulik permeabilitet fungerer bedre. For eksempel, ytre laget bruker materialer med høy permeabilitet for å absorbere de fleste magnetfelt, mens indre laget bruker materialer med høy resistivitet for å blokkere restgjenstandene. Optimaliserte data for magnetisk skjermingsdesign er i Tabell 1.

2.2 Digital synkroniseringsnøyaktighet

I kalibrering av DC-elektroniske strømtransformatorer er synkroniseringsnøyaktighet kritisk. Kalibrering krever ofte synkronisering av flere enheter/datakilder på spredte lokasjoner. Data-nøyaktighet og -pålitelighet avhenger av tidssynkronisering; små avvik fører til unøyaktighet, som påvirker effektiviteten og sikkerheten i strømsystemet. Valg og optimalisering av synkroniserings-teknologi, sammenlignet med fiber-optisk og GPS-synkronisering, er viktig.

I valg og optimalisering er utfordringen å kontrollere komplekse strømmiljøer og stor geografisk spredning for nøyaktig synkronisering. I sterke støy-miljø mislykkes tradisjonelle metoder. Løsninger inkluderer innføring av IEEE1588 Precision Time Protocol og bruk av nøyaktig tidstempling/moderne kommunikasjon for synkronisering.

Fiber-optisk synkronisering, med høy hastighet og anti-støy, passer til høypræsise scenarier (f.eks. datasentre). Den er ikke påvirket av elektromagnetisk støy, som sikrer signaltrenhet, men har høye implementeringskostnader. GPS-synkronisering er kostnadseffektiv, dekker store arealer, og passer til spredte nettverk. Den bruker satellittsignaler for tidstempling, men er mindre stabil under sterke støyforhold. Synkroniseringsnøyaktighet sammenlignet under ulike støyforhold er vist i Figur 1.

For å møte disse utfordringene, velg passende synkroniserings-teknologi basert på applikasjonsmiljø og kalibreringsbehov. Prioriter fiber-optisk synkronisering for lav EMI, høypræsise scenarier. For geografisk spredte strømnettverk, vurder GPS-synkronisering og optimaliser mottakerplassering for å redusere signalforstyrrelse. Kombinasjon av begge for å legge til redundans øker også synkroniseringsnøyaktighet og systempålitelighet.

3 Konklusjon

Konklusivt sett, gjennom inngående forskning på kalibreringsteknologi for DC-elektroniske strømtransformatorer og deres anvendelser, er det ikke bare av stor betydning for å forbedre ytelsen og påliteligheten til strømtransformatorer, men også en nøkkelfaktor for å drive teknologisk innovasjon og bærekraftig utvikling av strømsystemer. Fremover, mens man fortsetter å optimalisere kalibreringsteknologi, bør man også legge merke til ytelsen til disse teknologi i praktisk bruk for å sikre at de kan oppfylle høy-standardkravene i moderne strømnett.