Принципи на дефекти и онлайн диагноза на вторични контури на електронен токов преобразувател

1 Принцип и роля на електронните трансформатори за ток
1.1 Работен принцип на ЕСТ

Електронният трансформатор за ток (ЕСТ) е ключово устройство за управление на безопасната операция на електроенергийната система, преобразуващо големи токове в управляеми малки-токови сигнали за измерване и контрол. В противовес на традиционните трансформатори (които се основават на директно магнитно поле между первичната и вторичната обмотка), ЕСТ използват сензори (например, Холеви сензори) за детектиране на промени в магнитното поле от страна на первичната обмотка. Тези сензори излъчват аналогови сигнали (пропорционални на первичния ток) за електронна обработка (усилване, филтриране или цифрово преобразуване). Съвременните ЕСТ често излъчват цифрови сигнали за директно използване от системи за защита, измерване и контрол. ЕСТ превишават традиционните електромагнитни трансформатори по точност, динамичен диапазон и бързина на отговор, като са по-малки, по-леки и позволяват напреднал обработване/комуникация на данни.

1.2 Ролята на ЕСТ в електроенергийните системи

ЕСТ предоставят високоточни измервания на тока, които са критични за наблюдение, контрол и защита на електроенергийните системи (например, предотвратяване на прекомерни натоварвания/краткосрочни замыкания). Те гарантират безопасността на оборудването и персонала и намаляват прекъсванията на доставката на електроенергия. За измерване и фактуриране, точността на ЕСТ осигурява справедливо ценообразуване при високо напрежение и големи токове. Точните данни също помагат за оптимизиране на ефективността и стабилността на системата.

1.3 Структура на вторичната верига

Вторичната верига на ЕСТ (основен компонент) включва сензори (например, Холеви), вериги за обработка на сигнали, аналого-цифрови преобразуватели (АЦП) и интерфейси за комуникация. Компонентите работят заедно за точното засичане и изпращане на сигнали. Съвременните ЕСТ разполагат със само-диагностика за наблюдение на производителността и дефектите, адаптирайки се към по-умните изисквания на електроенергийните системи.

2 Типове дефекти на вторичната верига в ЕСТ
2.1 Дефекти при открита верига

Причинени от поръхнати жици, люспести контакти или старееща изолация, дефектите при открита верига прекъсват потока на тока, водейки до аномални (например, нулеви/ниски) измервания. Това представлява риск за грешни действия за защита/контрол, които заплашват безопасността на системата.

2.2 Дефекти при краткосрочно замыкание

Възникват, когато непредвидени връзки между проводниците (например, повреда на изолацията) причиняват остри пикове на тока, които рискуват да доведат до прекомерно нагряване или пожар. Те дестабилизират системите, потенциално повреждайки устройства или активирайки грешни функции за защита.

2.3 Дефекти при заминаване на земята

Появяват се поради неправилно заминаване на вторичната верига (например, повреда на изолацията). Те изменят пътя на тока, причинявайки грешки в измерванията, грешни функции за защита или електрически удари (опасни при поддръжка).

2.4 Дефекти при прекомерно натоварване

Възникват, когато токът надвишава проектната капацитет (например, поради аномалии в системата). Прекомерното натоварване причинява прекомерно нагряване, декаденция на изолацията или изгаряне на оборудването. Разпознавани чрез мониторинг на тока и температурата, те представят риск за дългосрочни повреди на системата.

2.5 Въздействие на електрическата шумна интерференция

От външни/вътрешни източници (например, ЕМИ, РФИ), шумът искажава сигнали, причинявайки грешки в измерванията или грешни действия на системите за защита (например, неоправдани спиране).

2.6 Дефекти, влияни от температурата

Екстремалните температури прекъсват производителността: високата топлина деградира полупроводниците/изолацията (увеличавайки риска от краткосрочни замыкания); ниските температури повреждат компонентите. Това причинява грешки в измерванията или събивания на системите за защита.

2.7 Дефекти, свързани с корозия/стареене

Постепенна деградация на компонентите (жици, изолация) поради околната среда (например, влажност, химикали) намалява електрическата производителност, увеличавайки риска от краткосрочни замыкания/дефекти при заминаване на земята.

3 Методи за онлайн диагностика на дефектите на вторичната верига в ЕСТ
3.1 Засичане на сигнали

Се основава на сензори (например, Холеви/трансформатори за ток) и АЦП. Холевите сензори измерват тока без контакт, осигурявайки безопасност и точност. АЦП преобразуват аналоговите сигнали в цифров формат за обработка. Високоскоростните АЦП засичат нямащи промени в сигнала, позволявайки бързо засичане на дефектите.

3.2 Анализ във времевата област

Включва анализ на вълновите форми и статистически анализ. Анализът на вълновите форми проверява за нередности (например, асиметрия/пики, указващи отказ на компонентите). Статистическият анализ (например, средно/стандартно отклонение) идентифицира стабилността/разпределението на сигнала, маркирайки флуктуации, причинени от дефекти.

3.3 Детекция на дефекти, базирана на модели

Детекцията на прагове използва предварително зададени граници, за да активира аларми за аномални сигнали (основани на исторически данни/експертни знания). Сравнението на моделите (напреднало) сравнява реалните данни с “здрав” модел на системата, засичайки отклонения за точна диагностика на дефектите.

3.4 Локализация на дефектите, базирана на знания

Анализът на дървето на дефектите (FTA) картографира логиката на дефектите, за да идентифицира коренни причини чрез иерархичен анализ на под-дефектите. Експертните системи (симулиращи човешката експертиза) използват правила (исторически данни/предходни знания) за точна локализация на дефектите, обработвайки сложни сценарии.

3.5 Мониторинг чрез термично изображение

Инфрачервените термични камери засичат аномална топлина (например, от прекомерно натоварване/стареяща изолация) в ЕСТ. Без контакт и в реално време, те позволяват безопасна диагностика на дефектите без прекъсване на операциите. Когато се комбинират с други методи, те подобряват точността (адресирайки ограничения като дефекти, несвързани с температурата).

Ключови бележки

ЕСТ предлагат преимущества пред традиционните трансформатори, но срещат дефекти на вторичната верига (например, открита/краткосрочна верига, шум). Онлайн диагностика (засичане на сигнали, анализ във времевата област, методи, базирани на модели/знания, термично изображение) гарантира надеждна работа, адаптирайки се към съвременните изисквания на електроенергийните системи.