Nøgleteknologier og udfordringer ved højspændings elektroniske transformatorer

Traditionelle strømtransformatorer står over for indbyggede problemer på grund af deres sensorer. De er afgørende vigtige for overvågning kontrol og beskyttelse af kraftværker (f.eks. fejlregistrering sikkerhedsstyring). Dog komplicerer den store elektriske energioverførsel gennem informationsbærere samt mangel på digitalt signaludgang fra digitale systemer sekundært kommunikation. Komplekse sekundære ledninger kompenserer for mikrocomputeres høje pålidelighed forenkler beskyttelse og sekundære enheder. Denne innovation vil integrere sekundært udstyr i systemer accelererer digitalisering/computerisering af stationer og omskaber automatisering/beskyttelse af strømsystemer.

Elektroniske transformatorer håndterer optisk transmissionsisolering dog kræver højspændingslinjer til signalfastholdelse/overførsel stabil pålidelig DC-strøm et nøglevidenskabeligt udfordring baseret på fysik. En variabel elektromagnetisk felt omkring den målte højspændingsleder der kan opnås via elektromagnetisk induktion er ideel (energien er "selvstimulerende" udtrukket fra og anvendt på det målte objekt baseret på AC-elektromagnetisk stimulering). Alligevel tvinger tekniske hindringer til at stole på dyre metoder (f.eks. lasere mikrobølger). Dette paper undersøger selvregulering af strømforsyning via avanceret elektronisk teknologi dækker optisk kommunikation og magnetiske materialer.

1 Luftkernspole

På dette trin bruger højspændings ETA luftkernspolet som sensor-elementer. Lavspændings halvlederlasere drevet af fiberoptik på højspændings modulerede linjer konverterer spændingssignaler. Målt elektrisk information (indgået som digitale signaler) driver LED'er med fiberoptik transmitterer signaler til lavspændings siden som lysimpulser.

Forskellig fra traditionelle transformator vindinger følger luftkernspolet strenge regler: Sekundære vindinger er jævnt fordelt på ikke-metalliske magnetiske skaller (uniform tværsnit); spolet har samme form; hver vindings horisontale plan skal være vinkelret på spolets skalles tangent (ellers øges målingsfejl). Halv-manuel vindning opfylder ofte ikke disse kriterier i praksis hvilket øger strømforbrug under massproduktion. Typisk kulminerer strukturel nøjagtighed af luftkernspolet ved 0.1% (gennemsnit 2%).

Selvom temperaturrelateret drift er simpel kræver IEC-standarder klare kvantitative krav til sekundært output under nominel strøm - alle initiale afvigelser tæller til målingsfejl. Løsning af luftkerntransformator atomisering i produktion er afgørende. Transformatorer med resistansetiketter behøver speciel godkendelse (fra Elektriske og Mekaniske Tjenester) for sekundært output hvilket hæmmer industrialisering. Derfor er nye luftkernspolet optiske sensorstrukturer nødvendige. Gennem PCB-teknologi udviklede forskere innovative design forbedrede målnøjagtighed og stabilitet.

2 Overgangsegenskaber

I højspændingsnettet fører stor systemkapacitet til en konstant relativt lang primær cyklus. Relæbeskyttelse aktiveres under overgange med lange kortslutningsstrømme. For at sikre drift af beskyttelsesenhed skal transformatorer forblive let forvriddede; det andet outputsignal erstatter den første afbrydelsesstrøm og overgangsdefekter inden for fastsat tid må ikke overskride grænser. Overgangsperformance af luftkernspolet-baserede elektroniske strømtransformatorer er en nøgleskærpunkt.

En integrator med en begrænset tidskonstant genopbygger målte elektriske signaler. Hvis kredsløb har jod-periodiske komponenter afhænger fejl egenskaber mere af lavfrekvenser. Lavere frekvenser forbedrer sporning og reducerer fejl (f.eks. et systems åbnings element svækkes i 0.5s kræver strømoversætters lavfrekvens at blive under 2Hz for bedre demping cyklus sporning). Langsom overgangs nedbrydning og output signal dæmpning finder sted når luftkern strømtransformatorer og integratorer slukkes ved nul primær strøm. Uforenelighed med nul-position sluknings systemer forårsager målingsfejl. Derfor er design og optimering af integratorer afgørende for luftkerntransformator performance.

3 Højspændings side strømforsyning

Luftkern strømtransformatorer bruger "energitagende strømforsyninger" til at hente energi fra primærlederen ved høj spænding. Elektroniske kredsløb leverer strøm men meget lave primærstrømme (f.eks. ≤5% nominel strøm) forhindrer strømoversættere i at opretholde normal opspænding eller overføre energi skaber en strømdød zone. Design af fiber-optisk strøm til lavside halvlederlasers højspændingsmoduleringskredsløb står over for højt strømforbrug (~60mW).

Balancering af energiforbrug og ydeevne er afgørende: med 30% fotoelektrisk konverterings effektivitet har halvlederlasere brug for mindst 180mW output - forkorter deres levetid og øger omkostninger. Hybrid energibærere løser dette: KT leverer strøm for høje primærstrømme; laser-baserede forsyninger forlænger levetiden for lave strømme. Afhængighed af lasere risikerer transformer failure hvis de stopper så to optiske modulatorer og intelligente kontrolleringsstrategier (til at forudsige mode skift og håndtere kortslutninger) er nødvendige tilføjer omkostninger men sikrer pålidelig strøm.

4 Pålidelighedsdesign

Elektroniske dampere overgår traditionelle men afhænger af komplekse teknologier (f.eks. teknologi overførsel højspændings ekspertise) erstatter dem til sidst. Redundans forbedrer pålidelighed: beskyttelseskanaler bruger dobbelt redundant luftkernspolet og konvertere. Nøgleværktøjer (f.eks. strømmodul konvertere) har brug for enkel automatisering. Beskyttelsesforanstaltninger adresserer kortslutningens indflydelse på sampling cyklus og højtydende lasere i ATM beskyttelseskanaler. Højtydende lasere repræsenterer operatør-risici men slukkes med strømmoduler for at undgå farer.