Magasfeszültségű elektronikus transzformátorok kulcsfontosságú technológiái és kihívásai

A hagyományos erőművek transzformátorai természetes problémákkal küzdenek a szenzorikus jellegük miatt. Létfontosságúak az erőművek monitorozásához, irányításához és védelméhez (pl. hiba feljegyzés, biztonsági ellenőrzés). Azonban a nagy mennyiségű elektromos energia átvitele információszállítókkal, valamint a digitális rendszerek hiánya, ami digitális jelet adna, bonyolítja a másodlagos kommunikációt. A komplex másodlagos vezetékhálózat kiegészíti a mikroszámítógépek magas megbízhatóságát, egyszerűsítve a védelmet és a másodlagos eszközöket. Ez az innováció integrálni fogja a másodlagos berendezéseket a rendszerekbe, gyorsítva az alámerő telepek digitalizációját/számítógépesítését, és átalakítva az erőrendszer automatizálását/védését.

Az optikus transzformátorok kezelik az optikus továbbítás elszigeteltségét, de a jelrécordozás/átvitelhez szükség van stabil, megbízható DC energiaforrágra a nagy feszültségű vonalaknál – ez egy kulcsfontosságú technikai kihívás, amely fizikai gyökereket nyújt. A mérni kívánt nagy feszültségű vezeték környékén változó elektromágneses mező, amit elektromágneses indukcióval lehet megkapni, ideális lenne (az energia "önellátó", a mérni kívánt objektumból származik, és AC elektromágneses stimuláció alapján használható). Ugyanakkor a technikai akadályok költséges módszerekre (pl. lézersugár, mikrohullám) építnek. Ez a tanulmány a legfrissebb elektronikus technológiák segítségével történő önreguláló energiaszállítást vizsgálja, beleértve az optikus kommunikációt és a mágneses anyagokat is.

1 Légközepes tekercs

Ebben a szakaszban a nagy feszültségű ETA légközepes tekercseket használ mint érzékelő elemek. Alacsony feszültségű fémszemcsemesterszerek, amelyeket optikai vezetékek táplálnak nagy feszültségű modulált vonalakon, konvertálják a feszültségjeleket. A mérni kívánt elektromos információ (digitális jelek formájában beviteli) vezényli a LED-eket, amelyek optikai impulzussal közvetítik a jeleket az alacsony feszültségű oldalra optikai vezetékek révén.

Ellentétben a hagyományos transzformátor tekercsekkel, a légközepes tekercsek szigorú szabályoknak kellene megfelelniük: A másodlagos tekercsek egyenletesen osztottak legyenek nem-fém szerkezetű mágneses csontvázakon (egyenletes keretszeletek); a tekercsek ugyanolyan alakúnak kell lenniük; minden tekercs vízszintes síkja merőlegesen kell álljon a tekercs háza tangense (ellenkező esetben növekednek a mérési hibák). A fél-manuális tekercsölés gyakran nem felel meg ezeknek a kritériumoknak a gyakorlatban, emelkedve a tömegtermelés során a teljesítményfogyasztás. Általában a légközepes tekercs szerkezeti pontossága 0,1% (átlagosan 2%).

Bár a hőtartalom-szerinti működés egyszerű, az IEC normák világos kvantitatív követelményeket támasztanak a nominális áram melletti másodlagos kimenetre – az összes kezdeti eltérés hozzájárul a mérési hibákhoz. A légközepes transzformátorok atomizációjának megoldása a gyártásban létfontosságú. A ellenállás-címkével ellátott transzformátorok speciális engedélyre (az Elektrotechnikai és Gépészeti Szolgálattól) szorulnak a másodlagos kimenethez, ami gátolja az iparosítást. Így új légközepes tekercs optikus érzékelő szerkezetekre van szükség. A PCB technológia segítségével kutatók innovatív terveket fejlesztettek ki, javítva a mérési pontosságot és stabilitást.

2 Tranzien jellemzők

A nagy feszültségű hálózatokban a nagy rendszer kapacitás állandó, viszonylag hosszú elsődleges ciklust eredményez. A relévédelem tranzitív időszakban aktiválódik, hosszú ideig tartó rövidzárlékos árammal. A védelmi berendezések működésének biztosítása érdekében a transzformátorok kissé torzulóknak maradnak; a második kimeneti jel helyettesíti az első megszakító áramot, és a tranzien hibák a meghatározott időn belül nem haladhatják meg a határokat. A légközepes tekercs alapú elektronikus erőmű transzformátorok tranzien jellemzői egyik fő erejük.

Egy olyan integrátor, amely korlátozott időállandóval visszaszerez a mérni kívánt elektromos jeleket. Ha a körök jód-szintetikus komponenseket tartalmaznak, az hibajellemzők inkább a lábaciklusok alacsonyabb frekvenciájának függnek. A frekvencia csökkenése javítja a követést és csökkenti a hibákat (pl. egy rendszer nyitóeleme gyengül 0,5 másodperc alatt, így a teljesítményátalakító alacsonyfrekvenciája 2 Hz-nál alacsonyabbnak kell maradnia a jobb dämping ciklus követéséhez). Lassabb tranzien bukási ütem és kimeneti jel csillapítás történik, amikor a légközepes áramerősítők és integrátorok leállnak zéró elsődleges áram mellett. A null pozícióban történő leállítással való inkompatibilitás mérési hibákat okoz. Így az integrátor tervezése és optimalizálása kulcsfontosságú a légközepes transzformátorok teljesítményéhez.

3 Magas feszültségű oldali energiaellátás

A légközepes erőmű transzformátorok "energia-vadászó energiaszállítókat" használnak a nagy feszültségű vezetékből energia beszerzésére. Elektronikus körök szolgálnak energiát, de nagyon alacsony elsődleges áram (pl. ≤5% nominális áram) megakadályozza, hogy az áramerősítők fenntartsák a normál izolációt vagy átadják az energiát, ezzel létrehozva egy energia-holt zónát. A szemiconductor laser-gépekhez szükséges optikai vezetékes energiaszállítás tervezése magas energiaszükséglettel (≈60mW) néz szembe.

Az energiafelhasználás és a teljesítmény egyensúlya kulcsfontosságú: 30%-os fény-elektromos átalakítási hatékonysággal a szemiconductor lasereknek legalább 180mW-os kimenetük kell legyen – rövidítve az élettartamukat és növelve a költségeket. Híbride energiaszállítók oldják meg ezt: KT szolgáltatja a nagy elsődleges áramokhoz szükséges energiát; a laser-alapú szállítók meghosszabbítják az élettartamot alacsony áramoknál. A laserekre való függőség veszélyezteti a transzformátor működését, ha azok leállnak, ezért két optikai modulátorra és intelligens ellenőrzési stratégiákra (amelyek előrejelzik a módváltást és kezelik a rövidzárlékokat) van szükség, ami növeli a költségeket, de garantálja a megbízható energiaszállítást.

4 Megbízhatóság tervezése

Az elektronikus damperek túlszárnyalják a hagyományosakat, de összetett technológiákra (pl. technológiaátvitel, magas feszültségű szakértelmet) támaszkodnak, végül lecserélve őket. A redundancia növeli a megbízhatóságot: a védelmi csatornák kétszeres redundanciájú légközepes tekercsekkel és átalakítókkal rendelkeznek. A kulcsfontosságú eszközök (pl. teljesítmény-modul átalakítók) egyszerű automatizálást igényelnek. Védelmi intézkedések kezelik a rövidzárlékok hatását a mintavételezési ciklusokra és a magas teljesítményű laserekre az ATM védelmi csatornákban. A magas teljesítményű laserek veszélyt jelenthetnek a műveleti személyzet számára, de a teljesítmény-modulokkal együtt bezáródnak, hogy megelőzzék a kockázatokat.