Resolució de problemes d'exactitud en baixa càrrega: Guia d'actualització dels comptadors digitals per a xarxes elèctriques de camps petrolífers

I. Introducció i antecedents​

Els instruments de mesura elèctrica són dispositius crítics per al funcionament segur, estable i econòmic de les xarxes elèctriques. Tradicionalment, els instruments de mesura elèctrica de punter analògic han estat àmpliament utilitzats en les subestacions de la xarxa petrolífera. No obstant això, amb el desenvolupament de la xarxa i l'augment de les demandes de precisió i fiabilitat en la mesura, els instruments de punter han revelat nombroses deficiències en la seva aplicació a llarg termini, com errors significatius de lectura, indicació inexacta sota baixes càrregues i dificultats en la coincidència d'escala.

Per modernitzar la monitorització de l'operació de les subestacions i assegurar la precisió, intuïtivitat i fiabilitat de la mesura de dades, aquesta proposta recomana una actualització integral des dels instruments de punter existents als instruments electrònics digitals. Els instruments digitals, amb la seva alta precisió, facilitat de lectura, forta capacitat antiinterferència i característiques còmodes d'instal·lació i manteniment, representen la solució ideal als problemes actuals.

​II. Situació actual i anàlisi del problema (Limitacions dels instruments de punter)​​

Els instruments de punter actualment utilitzats pateixen principalment els següents problemes urgents:

1. ​Errors de lectura:​​ La dependència de la lectura visual manual introdueix fàcilment errors de paral·laxi. Els mètodes de lectura inadequats també contribueixen a l'error humà, comprometent la precisió de les dades.
2. ​Inexactitud greu sota baixes càrregues:​​ La càrrega real en les subestacions petrolíferes sovint es troba dins l'interval del 5% al 10% de l'escala de l'instrument. Tanmateix, l'interval d'indicació precisa per als instruments de punter és només del 20% al 80% de l'escala. Sota aquestes baixes càrregues, les lectures poden desviar-se del valor real en dezenes o fins i tot centenars d'amperes, rendint la monitorització sense sentit.
3. ​Substitució impracticable de l'escala:​​ Per portar l'indicació a l'interval precis, cal canviar l'escala de l'instrument, però això ha de coincidir amb la raó de transformació del transformador de corrent. Com que els transformadors de mesura i protecció sovint es fabricen com a unitat integrada, la substitució dels transformadors implica un treball d'enginyeria massiu i costos elevats, el que ho fa impracticable.

​III. Solució: Avantatges i aplicació dels instruments electrònics digitals​

​1. Principi de mesura​

Els instruments digitals utilitzen tecnologia de conversió A/D (analog-to-digital) avançada. Primer converteixen les magnituds elèctriques analògiques contínues (com la tensió, la corrent) en quantitats digitals discretes abans de la mesura, processament i visualització. Això difereix fonamentalment del mecanisme d'impuls analògic directe dels instruments de punter.

​2. Comparació d'avantatges principals​

Els instruments digitals tenen avantatges esmagadors sobre els instruments de punter, com es detalla en la taula següent:

​3. Posicionament d'aplicació​

Basant-nos en els avantatges anteriors, els instruments de mesura elèctrica digital són la solució preferida per a l'actualització d'instruments i l'operació i manteniment intel·ligents en les subestacions de la xarxa petrolífera. Resolen efectivament les deficiències inherents dels instruments de punter, millorant significativament el nivell de monitorització operativa i l'eficiència en la presa de decisions.

​IV. Punts clau per a la implementació i implantació​

Per assegurar la implementació fluida i el funcionament estable a llarg termini del projecte de renovació d'instruments digitals, es requereix enfocar-se en els següents aspectes:

1. ​Configuració de la font d'alimentació auxiliar:​​
• ​Prioritat de fiabilitat:​​ Es recomana que la font d'alimentació auxiliar de l'instrument es rebi del sistema de potència DC, o de fonts fiables com circuits de llum d'emergència o circuits amb alimentació de reserva dins del sistema de potència auxiliar de la subestació. Això evita la pèrdua de potència de l'instrument en cas de tall total de la subestació, que podria conduir a un mal jutjament de l'operador.
• ​Protecció independent:​​ Cada circuit d'alimentació auxiliar de l'instrument hauria de estar equipat amb un fusible dedicat o un disjuntor micromodular de gran capacitat de ruptura per assegurar una isolació eficaç en cas de fallada.
2. ​Standardització i estètica:​​
• El tipus, color del panell, dimensions de tall, etc., dels instruments digitals seleccionats haurien de ser standarditzats per mantenir l'estètica i la coherència generals dels quadres de control/armaris.
3. ​Mesures anti-interferència:​​
• D'una complexa ambient electromagnètica dins de les subestacions, s'ha de seleccionar productes provats que hagin superat proves en entorns de camps elèctrics i magnètics forts.
• En les fases de disseny i instal·lació, s'han de preveure mesures preventives com el blindatge i una correcta connexió a terra per assegurar el funcionament estable a llarg termini dels instruments en condicions electromagnètiques severes.
4. ​Cicle de calibratge i manteniment:​​
• Tots els instruments digitals haurien d'incloure's en un horari de calibratge periòdic, amb un cicle de calibratge recomanat d'1 any.
• Per assegurar la precisió de la mesura, els instruments haurien de ser encès i preescalfats durant 15 minuts abans de qualsevol mesura o calibratge important.
5. ​Suport tècnic i seguiment:​​
• Després de la renovació i la posada en marxa, el proveïdor hauria de realitzar visites de seguiment a l'usuari, resoldre ràpidament els problemes operatius i proporcionar les explicacions i formació tècniques necessàries al personal operatiu.

​V. Mètodes de calibratge per als instruments digitals clau​

Per garantir la precisió de la mesura, tots els instruments digitals nous instal·lats i revisats periòdicament han de ser calibrats segons les especificacions. A continuació es presenta un esbós del procés de calibratge per als tipus principals d'instruments:

• ​Passos preliminars generals:​​ Connecteu la font d'alimentació auxiliar; comproveu que la pantalla digital mostra normalment.
• ​Calibratge de l'ammeter:​​ Connecteu els cables segons el diagrama de cablatge; apliqueu una corrent AC estàndard (p. ex., 5A); ajusteu el potenciómetre de calibratge per complir les especificacions; a continuació, apliqueu corrents proporcionals (p. ex., 2.5A, 1.25A) per verificar la linealitat.
• ​Calibratge del voltmeter:​​ Primeu zero l'instrument; a continuació, connecteu els cables segons el diagrama de cablatge corresponent al nivell de tensió (p. ex., 35KV, 6KV); introduïu una tensió estàndard (p. ex., 100V); ajusteu el potenciómetre corresponent per una visualització correcta; i verifiqueu la linealitat.
• ​Calibratge dels medidors de potència activa/reactiva:​​
• Utilitzeu una font estàndard per produir tensió i corrent estàndards, controlant el seu angle de fase.
• ​Medidor de potència activa:​​ Zero l'instrument a l'angle de fase φ=90° (cosφ=0); ajusteu l'escala completa a φ=0° (cosφ=1); i verifiqueu la linealitat a punts com φ=30°, 60°, etc.
• ​Medidor de potència reactiva:​​ Zero l'instrument a l'angle de fase φ=0° (sinφ=0); ajusteu l'escala completa a φ=90° (sinφ=1); i verifiqueu la linealitat.
• ​Calibratge del medidor de factor de potència:​​ Calibreu a una diferència d'angle de fase de 0° (Factor de Potència=1.00) i angles específics (p. ex., 140°) per assegurar valors de visualització exactes.