حل قياس التيار الكهربائي عريض النطاق المتكامل لنظام المعلومات الجغرافية باستخدام ملف روغوفسكي ومحول التيار منخفض الطاقة (LPCT)

الخلفية: في محطات تحويل التيار المستمر وفرنات القوس الكهربائي ذات الحجم الكبير وغيرها من البيئات التي تعاني من تلوث توافقي شديد وظروف عابرة عالية، تواجه المحولات الكهرومغناطيسية التقليدية (CTs) داخل معدات التحويل المحمية بالغاز (GIS) تحديات كبيرة: نطاق التردد المحدود يسبب تشويه الإشارات العالية التردد والعبور؛ دقة القياس لا تكفي لمتطلبات التحليل التوافقي والحماية؛ ووحدات الدمج الخارجية (MUs) تزيد من التكلفة والتعقيد.

الحل: هذا الحل يقوم بشكل مبتكر بدمج ملفات روجوفسكي ومحولات التيار ذات الطاقة المنخفضة (LPCTs) داخل هيكل GIS، مع تقنية التحويل الرقمي المحلية، مما يوفر قياسًا دقيقًا للفاصلة الكاملة من التيار المباشر إلى الترددات العالية، مع إخراج رقمي مباشر متوافق مع معيار IEC 61850.

النقاط الفنية الرئيسية:

1. تقنية الاندماج ثنائية الاستشعار:
• ملف روجوفسكي: مسؤول عن التقاط التوافقيات العريضة النطاق والعالية الترتيب والتغيرات العابرة للتيار. عدم وجود التشبع المغناطيسي يضمن استجابة خطية ضمن نطاق ترددي واسع جدًا يتراوح من 0.1 هرتز إلى 2 ميجاهرتز، مما يسمح بالتقاط عمليات التحول السريعة في محطات التحويل (مثل فشل التبديل) والتوافقيات العالية حتى عدة مئات المرات المتولدة بواسطة فرنات القوس الكهربائي.
• محول التيار ذو الطاقة المنخفضة (LPCT): مسؤول عن القياس الدقيق والحماية للأساسيات التردديات. يتم تحقيق درجة دقة تصل إلى 0.2S، مما يضمن قياس التيار الثابت والمتوافق مع المعايير تحت التردد الأساسي (50/60 هرتز) والتوافقيات المنخفضة القريبة، مما يلبي متطلبات قياس الطاقة ومصادر إشارات الحماية.
• الاندماج الذكي: تقوم وحدة معالجة البيانات بتزامن وكالبرة ذكية لمسارين للإشارة، مما يحقق خياطة سلسة عبر نطاق التردد الكامل (0.1 هرتز إلى 2 ميجاهرتز)، وإخراج تيار بيانات موحد بدقة عالية.
2. التحويل الرقمي على الاستشعار:
• التقاط العينات: يدمج رقاقة ADC عالية الأداء AD7606 (بدقة 16 بت، بمعدل 200 kSPS) مباشرة على جانب لوحة تركيب CT.
• الإخراج: يتم نقل البيانات الرقمية عبر الألياف الضوئية، متوافقة مع معيار بروتوكول IEC 61850-9-2LE، مما يحل محل الوحدة الخارجية للدمج التقليدية (MU).
• المزايا: يلغي تمامًا التوهين وتداخل الضوضاء ومشكلات التأريض التي تنتج عن نقل الإشارات التناظرية على مسافات طويلة؛ يبسط بشكل كبير بنية النظام؛ ويحسن جودة الإشارة وقدرة مقاومة التداخل.
3. تصميم مضاد للتشويش شديد (ضمان الموثوقية الأساسية):
• هيكل وحدة الاندماج (وحدة MU):
• الغلاف: غلاف مصبوب من الألمنيوم عالي الصلابة يوفر القوة الميكانيكية والدرع المغناطيسي الأساسي.
• طبقة الدرع الأساسية: يستخدم البيرومال (معامل النفاذية المغناطيسية μ ≥ 10⁴)، مما يشكل مسار درع مغناطيسي ذو النفاذية العالية للغاية. قدرة الدرع لهذا المادة ضد المجالات المغناطيسية القوية ذات التردد المنخفض تتجاوز بكثير قدرة الغلاف الألمنيوم العادي أو صفائح السيليكون، مما يجعلها الخيار المثالي للبيئة الكهرومغناطيسية القاسية داخل GIS.

سيناريوهات التطبيق:

• محطات التحويل ذات التيار المباشر العالي (HVDC): يقيس بدقة التغيرات العابرة للتيار ذات الجبهة المائلة (di/dt عالية جدًا) والتواقيع التوافقيات المميزة (مثل الرتب 12k±1 المتولدة بواسطة أنظمة النبضات الـ12) أثناء التبديل في صمامات التحويل، مما يضمن التشغيل المستقر والفعال لنظام التحكم والحماية التيار المباشر.
• فرنات القوس الكهربائي الكبيرة / مطاحن التدوير والأحمال الأخرى المؤثرة: يلتقط بدقة بدء/إيقاف الأحمال السريع، والتغيرات العابرة للتيار القصير، والتوافقيات العريضة النطاق (من الرتبة الثانية وحتى الخمسين وما بعدها)، مما يوفر بيانات عالية الدقة لتحليل جودة الطاقة وتخفيف التوافقيات وحماية الريلاي.
• المحطات الذكية: يلبي المتطلبات الصارمة لعرض النطاق وأدقة بيانات التيار من التطبيقات المتقدمة الجديدة مثل الرصد المعتمد على الحالة (CBM) ووحدات قياس الفازور (PMU) والحماية العريضة النطاق.

المزايا الأساسية:

1. دقة عالية جدًا عبر النطاق الكامل: يتم السيطرة على الخطأ الشامل بدقة صارمة ضمن ±0.5% عبر النطاق الكامل للقياس (0.1 هرتز - 2 ميجاهرتز)، مما يلبي متطلبات القياس الدقيقة للتردد الأساسي (درجة 0.2S) والحاجة للقياسات العالية التردد والعبور.
2. اختراق حدود النطاق: يغطي ملف روجوفسكي الرد المغناطيسي العريض النطاق (0.1 هرتز - 2 ميجاهرتز) مكونات التيار المباشر والتوافقيات المنخفضة جدًا وحتى التداخل الراديو عالي التردد، وهو ما لا يمكن تحقيقه بواسطة CTs التقليدية.
3. توفير كبير في التكلفة والمساحة: يلغي الوحدة الخارجية للدمج (MU) والإعدادات المرتبطة بها، مما يقلل من تكلفة شراء وتركيب وصيانة نظام المعدات بشكل عام بنسبة حوالي 30%. يصبح الهيكل الرئيسي لـ GIS أكثر اكتظاظًا.
4. مقاومة قوية للتداخل وتشغيل موثوق: يوفر تركيب الغلاف المصبوب من الألمنيوم والدرع المغناطيسي البيرومال حماية كهرومغناطيسية استثنائية، مما يضمن التشغيل المستقر والموثوق به على المدى الطويل في البيئة القاسية لـ GIS.
5. تكامل رقمي سلس للشبكة: الإخراج الرقمي الضوئي الأصلي IEC 61850-9-2LE، متوافق تمامًا مع معمارية المحطة الرقمية الحديثة، مما يبسط التوصيل الثانوي.

نظرة عامة على المعلمات الأداء الرئيسية