حل جامع سنجش جریان پهنای باند GIS با استفاده از سیم پیچ راگوسکی و دستگاه اندازه گیری جریان با مصرف کم (LPCT)

پس‌زمینه: در ایستگاه‌های تبدیل جریان مستقیم (DC)، فرّن‌های الکتریکی بزرگ مقیاس و سایر محیط‌های با آلودگی هارمونیک شدید و شرایط موقت بالا، دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان الکترومغناطیسی (CTs) معمولی در داخل سوئیچ‌گیری عایق گازی (GIS) با چالش‌های قابل توجهی روبرو هستند: پهنای باند فرکانسی محدود باعث تحریف سیگنال‌های فرکانس بالا و موقت می‌شود؛ دقت اندازه‌گیری برای تحلیل هارمونیک و نیازهای حفاظتی کافی نیست؛ و واحد‌های ترکیب خارجی (MUs) هزینه‌ها و پیچیدگی را افزایش می‌دهند.

راه‌حل: این راه‌حل به طور نوآورانه سیم‌های روگوسکی و دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان با مصرف کم (LPCTs) را در داخل پوشش GIS یکپارچه می‌کند و با استفاده از تکنولوژی دیجیتال‌سازی محلی، اندازه‌گیری دقیق تمام باند از نزدیک به DC تا فرکانس‌های بالا را با خروجی دیجیتال مستقیم مطابق استاندارد IEC 61850 ارائه می‌دهد.

نکات فنی:

1. تکنولوژی ترکیب دو حسگر:
   • سیم روگوسکی: مسئول ضبط جریان‌های هارمونیک گسترده/مرتبه بالا/موقت. عدم اشباع مغناطیسی آن اطمینان می‌دهد که پاسخ خطی در پهنای باند فوق العاده گسترده از 0.1 Hz تا 2 MHz، جریان‌های موقت سریع در ایستگاه‌های تبدیل (مانند خرابی‌های تبادل) و هارمونیک‌های مرتبه بالا تا چند صد برابر تولید شده توسط فرّن‌های الکتریکی را به طور دقیق ضبط می‌کند.
   • CT با مصرف کم (LPCT): مسئول اندازه‌گیری دقیق و حفاظت از مولفه‌های فرکانس توان. آن دقت کلاس 0.2S را دست‌یافته و اطمینان می‌دهد که اندازه‌گیری جریان ثابت، قابل اعتماد و مطابق با استاندارد تحت فرکانس بنیادی (50/60Hz) و هارمونیک‌های مرتبه پایین نزدیک، نیازهای اندازه‌گیری انرژی و منابع سیگنال حفاظتی را برآورده می‌کند.
   • ترکیب هوشمند: یک واحد پردازش داده عملیات همزمان‌سازی و کالیبراسیون هوشمند دو مسیر سیگنال را انجام می‌دهد و به طور سلسبیل‌سازی در تمام پهنای باند (0.1 Hz تا 2 MHz) یک جریان داده واحد و با دقت بالا را خروجی می‌دهد.
2. دیجیتال‌سازی در حسگر:
   • نمونه‌برداری: چیپ ADC AD7606 با قدرت بالا (رزولوشن 16-بیت، نرخ نمونه‌برداری 200 kSPS) را مستقیماً در سمت فلنگ CT نصب می‌کند.
   • خروجی: داده‌های دیجیتال شده از طریق لیزر منتقل می‌شوند و مطابق با استاندارد پروتکل IEC 61850-9-2LE، واحد ترکیب خارجی (MU) سنتی را جایگزین می‌کند.
   • مزایا: کاملاً افت، تداخل نویز و مشکلات زمین‌گذاری ناشی از انتقال سیگنال‌های آنالوگ در فاصله طولانی را حذف می‌کند؛ ساختار سیستم را به طور قابل توجهی ساده‌سازی می‌کند؛ کیفیت سیگنال و قابلیت مقاومت در برابر تداخل را افزایش می‌دهد.
3. طراحی ضد تداخل بسیار قوی (ضمانت کلیدی قابلیت اطمینان):
   • ساختار واحد ترکیب (ماژول MU):
     • پوشش: پوشش آلومینیوم ریخته با سختی بالا قدرت مکانیکی و محافظت اساسی مغناطیسی را فراهم می‌کند.
     • لایه محافظ هسته: از آلیاژ پرماللوی (تراوایی مغناطیسی μ ≥ 10⁴) استفاده می‌کند و یک مسیر محافظ مغناطیسی با تراوایی فوق العاده بالا را تشکیل می‌دهد. توانایی محافظت این ماده در برابر میدان‌های مغناطیسی قوی با فرکانس پایین بسیار بیشتر از پوشش‌های آلومینیوم معمولی یا نوارهای سیلیکونی است و انتخاب ایده‌آل برای محیط الکترومغناطیسی سخت در داخل GIS است.

سیناریوهای کاربردی:

• ایستگاه‌های تبدیل جریان مستقیم با ولتاژ بالا (HVDC): جریان‌های موقت با موج پیشرو تند (di/dt بسیار بالا) و هارمونیک‌های مشخص (مانند مرتبه 12k±1 تولید شده توسط سیستم‌های 12 پالس) در زمان تغییر دریچه‌های تبدیل را به طور دقیق اندازه‌گیری می‌کند و عملکرد پایدار و کارآمد سیستم کنترل و حفاظت DC را تضمین می‌کند.
• فرّن‌های الکتریکی بزرگ / کارخانه‌های چاپ و سایر بارهای تأثیرگذار: شروع/توقف سریع بار، جریان‌های کوتاه‌مداری و هارمونیک‌های گسترده طیف (مرتبه 2 تا 50 و فراتر) را به طور دقیق ضبط می‌کند و داده‌های با وفاداری بالا برای تحلیل کیفیت توان، کاهش هارمونیک و حفاظت رله‌ای ارائه می‌دهد.
• زیرстанسیون‌های هوشمند: نیازهای سخت‌گیرانه پهنای باند و دقت داده جریان از برنامه‌های کاربردی پیشرفته جدید مانند نظارت بر وضعیت (CBM)، واحدهای اندازه‌گیری فازور (PMU) و حفاظت گسترده را برآورده می‌کند.

مزایای کلیدی:

1. دقت بسیار بالا در تمام پهنای باند: خطای کلی به طور صریح در محدوده ±0.5% در تمام پهنای باند اندازه‌گیری (0.1 Hz - 2 MHz) کنترل می‌شود و همزمان نیازهای اندازه‌گیری دقیق فرکانس توان (کلاس 0.2S) و اندازه‌گیری فرکانس بالا/موقت را برآورده می‌کند.
2. شکست در محدودیت‌های پهنای باند: پاسخ فرکانس گسترده سیم روگوسکی (0.1 Hz - 2 MHz) شامل مؤلفه‌های DC، هارمونیک‌های مرتبه بسیار پایین تا تداخل RF فرکانس بالا، که توسط CTs سنتی قابل دسترسی نیست.
3. صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه و فضا: حذف واحد ترکیب خارجی (MU) و کابل‌های مربوطه، فضای نصب، هزینه‌های خرید، نصب و نگهداری سیستم کلی را تقریباً 30% کاهش می‌دهد. ساختار اصلی GIS به صورت فشرده‌تر می‌شود.
4. مقاومت قوی در برابر تداخل و عملکرد قابل اعتماد: ترکیب پوشش آلومینیوم ریخته و محافظ مغناطیسی پرماللوی محافظت الکترومغناطیسی بسیار قوی را فراهم می‌کند و اطمینان می‌دهد که عملکرد بلندمدت پایدار و قابل اعتماد در محیط سخت GIS باشد.
5. یکپارچه‌سازی سلسبیل با شبکه دیجیتال: خروجی دیجیتال لیزر مطابق با استاندارد IEC 61850-9-2LE، کاملاً سازگار با معماری زیرستانسیون‌های دیجیتال مدرن و ساده‌سازی کابل‌گذاری ثانویه.

نظرة کلی بر پارامترهای عملکرد کلیدی