Sleuteltechnologieën en uitdagingen van hoge-spanningselectronische transformatoren

Traditionele elektrische transformatoren staan ​​tegenover inherente problemen met hun sensoren. Ze zijn cruciaal voor de monitoring, controle en bescherming van energiecentrales (bijvoorbeeld foutregistratie, veiligheidscontrole). Echter, de grote overdracht van elektrische energie via informatiedragers en het ontbreken van een digitale signaaluitvoer van digitale systemen compliceren de secundaire communicatie. Complexe secundaire bedrading compenseert de hoge betrouwbaarheid van microcomputers, wat de bescherming en secundaire apparatuur vereenvoudigt. Deze innovatie zal secundaire apparatuur integreren in systemen, waardoor de digitalisering/computerisering van onderstations wordt versneld en de automatisering/bescherming van energie-systemen wordt getransformeerd.

Elektronische transformatoren handelen optische overdrachtsisolatie af, maar hogespanningslijnen voor signaalregistratie/overdracht hebben stabiele, betrouwbare gelijkstroom nodig—een belangrijke technische uitdaging die geworteld is in de fysica. Een variabel elektromagnetisch veld rond de gemeten hogespanningsleider, verkrijgbaar via elektromagnetische inductie, is ideaal (energie is “zelf-stimulerend”, geëxtraheerd van en gebruikt voor het gemeten object, gebaseerd op wisselstroom-elektromagnetische stimulering). Toch dwingen technische obstakels de afhankelijkheid van kostbare methoden (bijvoorbeeld lasers, magnetronstraling). Dit artikel verkent zelfregulatie van voeding via moderne elektronische technologie, waaronder optische communicatie en magnetische materialen.

1 Luchtspool

In dit stadium gebruiken hogespannings-ETA's luchtspoelen als zintuigelementen. Laagspannings halfgeleiderlasers, gevoed door glasvezels op modulerende hogespanningslijnen, zetten spanningssignalen om. Gemeten elektrische informatie (ingevoerd als digitale signalen) drijft LED's aan, waarbij glasvezels de signalen als optische pulsen naar de laagspanningszijde overbrengen.

In tegenstelling tot traditionele transformatorwinding volgen luchtspoelen strikte regels: Secundaire windingen zijn gelijkmatig verdeeld op niet-metallische magnetische skeletten (gelijke doorsnede); spoelen hebben dezelfde vorm; elk windingsvlak moet loodrecht op de raaklijn van de spoelomhulling liggen (anders nemen meetfouten toe). Semi-handmatige winding voldoet in de praktijk vaak niet aan deze criteria, wat leidt tot verhoogd energieverbruik bij massaproductie. Over het algemeen piekt de structuurlijke nauwkeurigheid van luchtspoelen op 0,1% (gemiddeld 2%).

Hoewel temperatuurgebonden werking eenvoudig is, stellen IEC-normen duidelijke kwantitatieve eisen voor secundaire uitvoer onder nominale stroom—alle initiële afwijkingen tellen mee voor meetfouten. Het oplossen van atomisatie van luchtspooltransformatoren in productie is cruciaal. Transformatoren met weerstandsetiketten hebben speciale goedkeuring (van de Elektrische en Mechanische Diensten) nodig voor secundaire uitvoer, wat industrialisering belemmert. Daarom zijn nieuwe luchtspool optische sensorstructuren nodig. Via PCB-technologie ontwikkelden onderzoekers innovatieve ontwerpen, waarmee de meetnauwkeurigheid en stabiliteit werden verbeterd.

2 Tijdelijke Kenmerken

In hogespanningsnetwerken leidt de grote systeemcapaciteit tot een constante, relatief lange primaire cyclus. Relaisbescherming activeert tijdens overgangen, met langdurige kortsluitstroom. Om de werking van beschermingsapparaten te garanderen, moeten transformatoren licht vervormd blijven; het tweede uitvoersignaal vervangt de eerste onderbrekingsstroom, en tijdelijke defecten binnen de ingestelde tijd mogen de grenzen niet overschrijden. De tijdelijke prestaties van luchtspool gebaseerde elektronische krachttransformatoren is een belangrijk voordeel.

Een integrator, met een beperkte tijdsconstante, herstelt de gemeten elektrische signalen. Als circuits joodse periodieke componenten hebben, hangen de foutkenmerken meer af van lagere frequenties. Lagere frequenties verbeteren het volgen en verminderen de fouten (bijvoorbeeld, een systeem dat in 0,5s verzwakt, vereist dat de laagfrequentie van de stroomomvormer onder 2Hz blijft voor beter dempingcyclusvolgen). Langzamere tijdelijke verval en uitvoersignaalverzwakking vinden plaats wanneer luchtspool stroomtransformatoren en integrators uitschakelen bij nul primaire stroom. Onverenigbaarheid met nulpunt-uitschakelsystemen veroorzaakt meetfouten. Dus is het ontwerp en optimalisatie van integrators cruciaal voor de prestaties van luchtspooltransformatoren.

3 Hoogspanningzijde Voeding

Luchtspoolkrachttransformatoren gebruiken “energie-verbruikende voedingen” om energie te halen uit de primaire geleider bij hoogspanning. Elektronische schakelingen leveren energie, maar zeer lage primaire stromen (bijvoorbeeld ≤5% nominale stroom) voorkomen dat stroomomvormers normale opwekking of energieoverdracht kunnen onderhouden, waardoor er een energiedode zone ontstaat. Het ontwerpen van vezeloptische voeding voor laagspannings halfgeleiderlasers in hoogspanningsmodulatiecircuits staat voor hoge energieverbruik (≈60mW).

Het balanceren van energiegebruik en prestaties is cruciaal: met 30% foto-elektrische conversie-efficiëntie hebben halfgeleiderlasers minstens 180mW uitvoer nodig—wat hun levensduur verkort en de kosten verhoogt. Hybride energiedragers lossen dit op: KT levert energie voor hoge primaire stromen; laser-gebaseerde voedingen verlengen de levensduur bij lage stromen. Afhankelijkheid van lasers brengt het risico mee dat transformatoren falen als ze stoppen, dus zijn twee optische modulators en slimme controlestrategieën (om moduswisselingen te voorspellen en korte sluitingen af te handelen) nodig, wat de kosten verhoogt, maar betrouwbare energie garandeert.

4 Betrouwbaarheidsontwerp

Elektronische dempers presteren beter dan traditionele, maar zijn afhankelijk van complexe technologieën (bijvoorbeeld technologietransfer, hoogspanningsdeskundigheid), die uiteindelijk worden vervangen. Redundantie verhoogt betrouwbaarheid: beschermingskanalen gebruiken dubbel-redundante luchtspools en omvormers. Belangrijke tools (bijvoorbeeld voedingsmodule-omvormers) hebben eenvoudige automatisering nodig. Beschermende maatregelen richten zich op de impact van kortsluitingen op monstercycli en high-performance lasers in ATM-beschermingskanalen. High-performance lasers brengen operatorrisico's met zich mee, maar sluiten af met voedingsmodules om gevaren te voorkomen.