Resolução de Problemas de Precisão em Baixa Carga: Um Guia de Atualização de Medidores Digitais para Redes Elétricas de Campo Petrolífero

I. Introdução e Contexto​

Os instrumentos de medição elétrica são dispositivos de monitorização críticos para a operação segura, estável e económica das redes elétricas. Tradicionalmente, os instrumentos de medição elétrica do tipo ponteiro analógico têm sido amplamente utilizados nas subestações de rede de campos petrolíferos. No entanto, com o desenvolvimento da rede e o aumento das exigências de precisão e fiabilidade na medição, os instrumentos de ponteiro revelaram numerosas deficiências em aplicações a longo prazo, como erros significativos de leitura, indicação inexacta sob cargas baixas e dificuldades na correspondência de faixas.

Para modernizar a monitorização da operação das subestações e garantir a precisão, a intuição e a fiabilidade da medição de dados, esta proposta recomenda uma actualização abrangente dos actuais instrumentos de ponteiro para instrumentos electrónicos digitais. Os instrumentos digitais, com a sua alta precisão, facilidade de leitura, forte capacidade anti-interferência e características de instalação e manutenção convenientes, representam a solução ideal para os problemas atuais.

​II. Situação Actual e Análise de Problemas (Limitações dos Instrumentos de Ponteiro)​​

Os instrumentos de ponteiro actualmente utilizados sofrem principalmente dos seguintes problemas urgentes:

1. ​Erros de Leitura:​​ A dependência da leitura visual manual introduz facilmente erros de paralaxe. Métodos de leitura inadequados também contribuem para erros humanos, comprometendo a precisão dos dados.
2. ​Inexactidão Severa sob Cargas Baixas:​​ A carga real nas subestações de campos petrolíferos frequentemente cai no intervalo de 5%-10% da escala do instrumento. No entanto, a faixa de indicação precisa para os instrumentos de ponteiro é apenas de 20%-80% da escala. Sob tais cargas baixas, as leituras podem desviar-se do valor real por dezenas ou até centenas de amperes, tornando a monitorização sem sentido.
3. ​Substituição de Faixa Impraticável:​​ Para trazer a indicação para a faixa precisa, é necessário mudar a faixa do instrumento, mas isso deve corresponder à relação do transformador de corrente. Como os transformadores de medição e protecção são frequentemente fabricados como uma unidade integrada, a substituição de transformadores envolve um grande volume de trabalho de engenharia e custos elevados, tornando-a impraticável.

​III. Solução: Vantagens e Aplicação dos Instrumentos Electrónicos Digitais​

​1. Princípio de Medição​

Os instrumentos digitais utilizam tecnologia avançada de conversão A/D (Analog-to-Digital). Eles primeiro convertem quantidades elétricas analógicas contínuas (como tensão, corrente) em quantidades digitais discretas antes da medição, processamento e exibição. Isto difere fundamentalmente do mecanismo de acionamento analógico directo dos instrumentos de ponteiro.

​2. Comparação de Vantagens Principais​

Os instrumentos digitais possuem vantagens esmagadoras sobre os instrumentos de ponteiro, conforme detalhado na tabela abaixo:

​3. Posicionamento de Aplicação​

Com base nas vantagens acima, os instrumentos de medição elétrica digitais são a solução preferida para a actualização de instrumentos e operação e manutenção inteligentes nas subestações de rede de campos petrolíferos. Eles resolvem eficazmente as desvantagens inerentes dos instrumentos de ponteiro, melhorando significativamente os níveis de monitorização operacional e a eficiência na tomada de decisões.

​IV. Pontos Chave para Implementação e Implementação​

Para garantir a implementação suave e a operação estável a longo prazo do projecto de retrofit de instrumentos digitais, os seguintes aspectos requerem ênfase:

1. ​Configuração de Alimentação Auxiliar:​​
• ​Prioridade de Confiabilidade:​​ Recomenda-se que a alimentação auxiliar do instrumento seja fornecida pelo sistema de alimentação DC, ou de fontes confiáveis como circuitos de iluminação de emergência ou circuitos com alimentação de backup dentro do sistema de alimentação auxiliar da subestação. Isso evita a perda de energia do instrumento durante um corte total de energia da subestação, o que poderia levar a um julgamento errado do operador.
• ​Proteção Independente:​​ Cada circuito de alimentação auxiliar do instrumento deve ser equipado com um fusível dedicado ou um disjuntor miniatura de alta capacidade de interrupção para garantir um isolamento eficaz em caso de falha.
2. ​Padronização e Estética:​​
• O tipo, cor do painel, dimensões de corte, etc., dos instrumentos digitais seleccionados devem ser padronizados para manter a estética e consistência geral dos painéis/cabinas de controlo.
3. ​Medidas Anti-Interferência:​​
• Dada a complexa ambiente eletromagnético dentro das subestações, seleccione produtos comprovados que tenham passado testes em ambientes de campos eletromagnéticos fortes.
• Nas fases de design e instalação, medidas preventivas como blindagem e aterramento adequado devem ser implementadas para garantir a operação estável a longo prazo dos instrumentos em condições eletromagnéticas severas.
4. ​Ciclo de Calibração e Manutenção:​​
• Todos os instrumentos digitais devem ser incluídos num programa de calibração periódica, com um ciclo de calibração recomendado de 1 ano.
• Para garantir a precisão da medição, os instrumentos devem ser ligados e pré-aquecidos por 15 minutos antes de qualquer medição ou calibração importante.
5. ​Suporte Técnico e Acompanhamento:​​
• Após a reforma e comissionamento, o fornecedor deve realizar visitas de acompanhamento ao utilizador, resolver prontamente questões operacionais e fornecer explicações técnicas e treinamento necessário aos pessoal operacional.

​V. Métodos de Calibração para Instrumentos Digitais Chave​

Para garantir a precisão da medição, todos os instrumentos digitais recém-instalados e inspeccionados periodicamente devem ser calibrados de acordo com as especificações. Abaixo está um esboço do processo de calibração para os principais tipos de instrumentos:

• ​Etapas Preliminares Gerais:​​ Ligue a alimentação auxiliar; verifique que a exibição digital ou ecrã mostra normalmente.
• ​Calibração de Amperímetro:​​ Conecte os fios de acordo com o diagrama de cablagem; aplique uma corrente AC padrão (por exemplo, 5A); ajuste o potenciômetro de calibração para atender às especificações; em seguida, aplique correntes proporcionais (por exemplo, 2.5A, 1.25A) para verificar a linearidade.
• ​Calibração de Voltímetro:​​ Primeiro zero o instrumento; depois conecte os fios de acordo com o diagrama de cablagem correspondente ao nível de tensão (por exemplo, 35KV, 6KV); insira uma tensão padrão (por exemplo, 100V); ajuste o potenciômetro correspondente para exibição correcta; e verifique a linearidade.
• ​Calibração de Medidor de Potência Activa/Reactiva:​​
• Utilize uma fonte padrão para saída de tensão e corrente padrão, controlando o seu ângulo de fase.
• ​Medidor de Potência Activa:​​ Zero o instrumento no ângulo de fase φ=90° (cosφ=0); ajuste a escala completa em φ=0° (cosφ=1); verifique a linearidade em pontos como φ=30°, 60°, etc.
• ​Medidor de Potência Reactiva:​​ Zero o instrumento no ângulo de fase φ=0° (sinφ=0); ajuste a escala completa em φ=90° (sinφ=1); e verifique a linearidade.
• ​Calibração de Medidor de Fator de Potência:​​ Calibre com uma diferença de ângulo de fase de 0° (Fator de Potência=1.00) e ângulos específicos (por exemplo, 140°) para garantir valores de exibição precisos.