BR112018001701B1

BR112018001701B1 - Método para o projeto de uma bobina de transformador de corrente de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração

Info

Publication number: BR112018001701B1
Application number: BR112018001701-9A
Authority: BR
Inventors: Huan WANG; Xiaoqi WANG; Qiong Xiang; Yu Feng; Sien Xu; Changxi Yue; Hao Liu; Kai Zhu; Quan Wang; Xue Wang
Original assignee: China Electric Power Research Institute Company Limited; State Grid Corporation Of China
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2022-12-13
Also published as: WO2017016370A1; CN105044643B; CN105044643A; BR112018001701A2

Abstract

É revelado um método para o projeto de uma bobina de Transformador de Corrente de ultra-alta tensão tendo uma função de autocalibração. O método compreende: etapa 1: realização e formação de um enrolamento secundário (3) em um núcleo de ferro (4) de um transformador de corrente, em que o enrolamento secundário (3) compreende um primeiro enrolamento (N2) e um segundo enrolamento (N3) tendo as mesmas amperes-espiras; etapa 2: quando o transformador de corrente for submetido a uma calibração de erros, usando o primeiro enrolamento (N2) como um novo enrolamento primário e o segundo enrolamento (N3) como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração, ou usando o segundo enrolamento (N3) como um novo enrolamento primário e o primeiro enrolamento (N2) como o enrolamento secundário para formarem o módulo de autocalibração.

Description

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[001] A revelação se refere ao campo de operação e manutenção de grades de potência e, particularmente a um método para o projeto de uma bobina de Transformador de Corrente de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração.

HISTÓRICO DA INVENÇÃO

[002] Uma lei metrológica especifica que um TC que sirva como um dispositivo para a medição de energia elétrica seja obrigado a ser periodicamente detectado. A detecção periódica em uma característica de erro do TC é um fundamento importante para a avaliação exata da operação econômica de uma grade de potência. Um TC para 1.000 kV em corrente alternada de alta tensão existe sob a forma de uma bobina TC de bucha. Como um Comutador Isolado a Gás (GIS) de 1.000 kV tem uma dimensão relativamente grande e loop longo, é assim muito difícil realizar um teste de características de erro na bobina TC depois da montagem. Na engenharia de correntes de grade de potência, os testes de erro são geralmente feitos antes da montagem da bobina TC, sendo adotado um método de amperes-espiras em muitas circunstâncias, isto é, condutores primários são enrolados nas bobinas TC, ou cabos primários são enrolados em tanques que têm vários metros de comprimento, sendo montados com a bobina TC. Entretanto, esse método de teste não realiza testes de comissionamento de características de erros nos TCs no sentido verdadeiro. Se for feito um teste de característica de erros em um TC como um método de comparação após a montagem do TC, é necessária a conexão de um equipamento como um TC padrão e um gerador de alta corrente e alta capacidade a um lado externo de um GIS por meio de duas buchas de espaçamento do GIS, para formarem um circuito fechado de alta corrente. É muito difícil realizar esse método na engenharia de tensão ultra-alta, e mesmo que seja usado um comutador faca de aterramento, a medição de erro pode não ser feita em alta corrente de estado constante (3,000A-6,000A), porque o fluxo da corrente do comutador faca de aterramento tem somente centenas de amperes. Se esse método for adotado para a medição de erros, será necessária a realização de uma operação de projetos no equipamento, como um disjuntor de circuitos e um comutador isolado de acordo com a estrutura do circuito de alta corrente, que induz uma maior exigência à empresa fabricante do equipamento. Além disso, como o circuito de teste é relativamente maior, o requisito de capacidade do gerador de alta corrente é normalmente maior, sendo geralmente necessária a conexão de 6-8 geradores de alta corrente de 30 kVA em série para uso. Como o circuito de teste é muito longo, é necessário um capacitor no local para compensação de capacitância, o que exige um trabalho relativamente grande à empresa de testes em termos de necessidade de equipamentos e mão de obra. Paralelamente à rápida construção dos equipamentos de ultra-alta tensão, há a necessidade de mais e mais equipamentos e, portanto, devem ser consideradas a detecção de estado e a avaliação de estado do TC de maneira a reduzir o trabalho de operação e de manutenção.

[003] É aplicada uma tecnologia de rastreamento da proporção de potência e frequência da corrente à engenharia de potência elétrica, de forma a realizar a autocalibração de campo de uma característica de erro de um TC de ultra-alta tensão, com a consequente ampla melhora da eficiência dos trabalhos de operação e manutenção e obedecendo ao requisito de detecção periódica das características de erro do TC. O método de rastreamento da quantidade da característica de erro TC mais original e amplamente usado é a autocalibração TC e o sensor potência e frequência de corrente para realizar o rastreamento de quantidade de forma 1A:1A originalmente. Se o material, dimensão e número de amperes-espiras de um núcleo de TC forem selecionados adequadamente, o nível de precisão do TC pode alcançar um nível muito alto, mesmo que não sejam adotados meios, tais como de compensação e similares. Por exemplo, uma referência TC (com faixa de corrente primária de 0-60 kA e nível de precisão de 2x10-7-1x10-6) armazenada em uma estação nacional para medição de alta tensão é uma calibração de erro com uma forma de autocalibração. No presente, os laboratórios responsáveis pela transferência e rastreamento da quantidade da proporção de corrente em países economicamente avançados como Europa, América e Canadá adotam todos meios de autocalibração de TCs, onde um nível de precisão de erro de TC do National Institute of Standards and Technology (NIST) é 1x10-7; um nível de precisão de erro do Physikalisch- Technische Bundesanstalt (PTB) é de 2x10-6-1x10-5; e um nível de precisão de erro do National Research Council of Canada (NRC) é de 2x10-6-1x10-5.

[004] Para o trabalho de um TC de medição, o método de autocalibração TC é uma tecnologia madura, mas que nunca foi adotada em um TC de engenharia, já que pode ocorrer uma série de condições de trabalho de operação não envolvida no TC de medição com relação ao TC de engenharia, como o desempenho da isolação, uma corrente de resistência de curto- circuito do sistema e aquecimento após um trabalho de longo prazo, além de um requisito de característica de erro do TC de engenharia. Além disso, para o TC de engenharia, um método de operação para o qual deve ser simples, seguro e confiável. Portanto, é necessário prover um método para o projeto de uma bobina TC de autocalibração aplicado à engenharia de ultra-alta tensão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] De maneira a obedecer a um requisito da técnica convencional, uma realização da revelação provê um método para o projeto de uma bobina TC de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração.

[006] A solução técnica da realização da revelação é feita como a seguir.

[007] O método inclui as seguintes etapas.

[008] Na Etapa 1, é feito um enrolamento secundário no núcleo de um TC, o enrolamento secundário incluindo um primeiro enrolamento e segundo enrolamento com um mesmo número de amperes-espiras.

[009] Na Etapa 2, quando o TC opera normalmente, o primeiro enrolamento está conectado em paralelo com o segundo enrolamento, sendo adotado um método de comparação para medir os dados de erro e11 do primeiro enrolamento e os dados de erro e21 do segundo enrolamento, e

[010] quando o TC realiza uma calibração de erro, o primeiro enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o segundo enrolamento é adotado como um enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração, ou o segundo enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o primeiro enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração.

[011] Em outra realização da revelação, na Etapa 2, uma operação em que o primeiro enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o segundo enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração inclui seguintes etapas.

[012] Na Etapa 211, uma corrente C1 é introduzida no primeiro enrolamento;

[013] Na Etapa 212, é detectada uma corrente C2 gerada pela transformação eletromagnética no segundo enrolamento;

[014] Na Etapa 213, são calculados os dados de erro e22 da corrente C1 e da corrente C2; e

[015] Na Etapa 214, os dados de erro e21 são comparados com os dados de erro e22, sendo determinado se o segundo enrolamento falha.

[016] Em outra realização da revelação, na Etapa 2, uma operação em que o segundo enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o primeiro enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração inclui seguintes etapas.

[017] Na Etapa 221, a corrente C1 é introduzida no segundo enrolamento;

[018] Na Etapa 222, é detectada a corrente C2 gerada pela transformação eletromagnética no primeiro enrolamento;

[019] Na Etapa 223, são calculados os dados de erro e12 da corrente C1 e da corrente C2; e

[020] Na Etapa 224, os dados de erro e11 são comparados com os dados de erro e12, sendo determinado se o primeiro enrolamento falha.

[021] Em outra realização da revelação, o primeiro enrolamento e o segundo enrolamento são embobinados no núcleo com uma forma de embobinamento paralelo entrelaçado.

[022] Em outra realização da revelação, são montados terminais de conexões plugáveis nas duas extremidades do primeiro enrolamento, e terminais de conexões plugáveis também são montados nas duas extremidades do segundo enrolamento.

[023] Em outra realização da revelação, a caixa de proteção é montada fora do núcleo do TC.

[024] Comparada com a mais recente técnica convencional, a realização da revelação tem os seguintes efeitos benéficos.

[025] 1) Com a solução técnica fornecida pela realização da revelação, quando é feita uma medição de erro na bobina TC, não é necessário o uso de geradores de alta corrente e alta capacidade, de longos cabos transportando milhares de amperes e equipamentos padrão de precisão, sendo a quantidade do trabalho de medição de erro do TC no local de trabalho muito reduzida, sendo também simplificada a forma do cabeamento de medição, sendo assim melhorada a eficiência do trabalho.

[026] 2) Com a solução técnica fornecida pela realização da revelação, o primeiro enrolamento e o segundo enrolamento são feitos na forma de embobinamento paralelo entrelaçado, de forma a ser reduzida a impedância de fuga entre os dois enrolamentos secundários.

[027] 3) A solução técnica fornecida pela realização da revelação pode ser não somente ao campo de testes de comissionamento no TC, mas também ser aplicada à detecção de dispositivos do TC.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[028] A realização da revelação será melhor descrita abaixo em combinação com os desenhos.

[029] A Figura 1 é um diagrama esquemático para o projeto de uma bobina TC de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração de acordo com uma realização da revelação.

[030] A Figura 2 é uma vista frontal de uma bobina TC de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração de acordo com uma realização da revelação.

[031] A Figura 3 é uma vista superior de uma bobina TC de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração de acordo com uma realização da revelação.

[032] A Figura 4 é um diagrama esquemático de uma estrutura de blindagem de uma bobina TC de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração de acordo com uma realização da revelação;

[033] na qual, 1: terminal de conexão; 2: caixa de proteção; 21: alojamento superior da caixa de proteção; 22: alojamento inferior da caixa de proteção; 3: enrolamento secundário; e 4: núcleo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[034] A realização da revelação será descrita abaixo em detalhes, sendo mostrados exemplos da realização nos desenhos, em que os mesmos ou similares sinais de referência sempre representam os mesmos ou similares componentes ou componentes com as mesmas ou similares funções. A realização descrita abaixo com referência aos desenhos é exemplar e pretende esclarecer a solução técnica da revelação, não devendo ser entendida como limitação ao escopo da proteção da revelação.

[035] A realização da revelação provê um método para o projeto de uma bobina TC de ultra-alta tensão com uma função de autocalibração. O método inclui as seguintes etapas.

[036] Na Etapa 1, um enrolamento secundário é feito no núcleo de um TC. O enrolamento secundário inclui um primeiro enrolamento e segundo enrolamento com um mesmo número de amperes-espiras. Como mostrado na Figura 1, O TC de ultra-alta tensão na revelação inclui um enrolamento primário N1, o primeiro enrolamento N2 e o segundo enrolamento N3.

[037] Na Etapa 2, quando o TC opera normalmente, o primeiro enrolamento está conectado em paralelo com o segundo enrolamento, e um método de comparação é adotado para medir os dados de erro e11 do primeiro enrolamento e os dados de erro e21 do segundo enrolamento, e

[038] quando o TC realiza uma calibração de erro, o primeiro enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o segundo enrolamento é adotado como um enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração, ou o segundo enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o primeiro enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração.

[039] (1) Uma operação em que o primeiro enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o segundo enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração, isto é, uma operação em que os comutadores K1 e K2 mostrados na Figura 1 são desligados e em que o segundo enrolamento é detectado inclui as seguintes etapas.

[040] Φ Uma corrente Ci é introduzida no primeiro enrolamento;

[041] @ É detectada uma corrente C2 gerada pela transformação eletromagnética no segundo enrolamento;

[042] ® São calculados os dados de erro e22 da corrente C1 e da corrente C2; e

[043] @ Os dados de erro e2i são comparados com os dados de erro e22, sendo determinado se o segundo enrolamento falha.

[044] (2) Uma operação em que o segundo enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o primeiro enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem um módulo de autocalibração, isto é, uma operação em que os comutadores K1 e K2 mostrados na Figura 1 são desligados e o primeiro enrolamento é detectado inclui seguintes etapas.

[045] Φ A corrente Ci é introduzida no segundo enrolamento;

[046] @ É detectada a corrente C2 gerada pela transformação eletromagnética no primeiro enrolamento;

[047] ® São calculados os dados de erro ei2 da corrente C1 e da corrente C2; e

[048] @ Os dados de erro eii são comparados com os dados de erro ei2, sendo determinado se o primeiro enrolamento falha.

[049] Na realização, o primeiro enrolamento e o segundo enrolamento são embobinados no núcleo com uma forma de embobinamento paralelo entrelaçado. Além disso, como mostrado nas Figuras 2 e 3, os terminais de conexões plugáveis Si e S2 são montados nas duas extremidades do primeiro enrolamento, e os terminais de conexões plugáveis S3 e S4 também são montados nas duas extremidades do segundo enrolamento, de forma que as formas de conexão do enrolamento podem ser convenientemente alteradas.

[050] Especificamente, a forma de embobinamento paralelo entrelaçado significa que os dois enrolamentos secundários, isto é, o primeiro enrolamento N2 e o segundo enrolamento N3, são primeiramente colocados lado a lado, sendo então embobinados em conjunto, com as voltas adjacentes espaçadas com um intervalo de vários milímetros.

[051] Uma bobina TC de ultra-alta tensão tem dimensão relativamente grande, sendo facilmente interferida por um campo magnético externo, o que finalmente provoca um fenômeno óbvio de fluxo magnético não uniforme de um circuito magnético. Além disso, pode ser gerada uma corrente transiente de 50 kA a 63 kA em um processo de desligamento de sistema e um estado de curto-circuito do sistema, a formação de um campo magnético transiente podendo gerar uma ação eletrodinâmica em um material magnético macio da bobina TC, provocando assim um fenômeno de expansão e encolhimento do material magnético macio em um processo transiente e mudando a permeabilidade magnética local, gerando forte estresse térmico e similares. Portanto, na realização, a caixa de proteção é montada fora do núcleo do TC como uma camada de blindagem para reduzir o fenômeno de fluxo magnético inconsistente de cada parte da bobina TC, ou são adotados meios de balanceamento do enrolamento para reduzir o fenômeno do fluxo magnético inconsistente da corrente.

[052] Segue abaixo uma realização específica de um processo de trabalho da bobina TC de ultra-alta tensão com a função de autocalibração na realização.

[053] Na realização, a razão da corrente nominal da bobina TC é 6.000A:1A, isto é, uma corrente secundária de saída deveria ser 1A quando um fio é enrolado em uma volta no centro da bobina e, de acordo com um princípio de espira de igual ampere, a corrente secundária de saída deve ser 1A quando o enrolamento secundário é feito em 6.000 espiras.

[054] O primeiro enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário, o segundo enrolamento é ainda adotado como um enrolamento secundário, uma corrente 1A é introduzida no primeiro enrolamento, depois o segundo enrolamento também deve teoricamente gerar uma corrente de 1A, sendo calculados os dados de erro das correntes que fluem pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento. Os dados de erro das correntes são comparados com os dados de erro, calculados quando o TC opera normalmente, de uma corrente que flui pelo segundo enrolamento, determinando assim se ocorre curto-circuito ou qualquer outro dano ao segundo enrolamento. Os dados de erro da corrente, quando o TC opera normalmente, podem ser obtidos por meio de um teste na fábrica e do teste de comissionamento no TC.

[055] Finalmente, deve ser notado que as realizações descritas não são todas as realizações, mas somente uma parte das realizações da revelação. Todas as demais realizações obtidas pelos técnicos no assunto com base nas realizações na revelação sem trabalho criativo deverão estar dentro do escopo de proteção da revelação.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[056] Na realização da revelação, o enrolamento secundário é feito no núcleo do TC, o enrolamento secundário incluindo o primeiro enrolamento e segundo enrolamento com um mesmo número de amperes-espiras; e quando o TC realiza uma calibração de erro, o primeiro enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o segundo enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem o módulo de autocalibração, ou, o segundo enrolamento é adotado como um novo enrolamento primário e o primeiro enrolamento é adotado como o enrolamento secundário para formarem o módulo de autocalibração. Quando comparada à técnica convencional, na realização da revelação, quando é feita a medição de erro na bobina TC, não é necessário o uso de geradores de alta corrente e alta capacidade, longos cabos transportando milhares de amperes, padrões de precisão e capacitores de compensação, sendo amplamente reduzida a quantidade de trabalho de medição de erros do TC no local de trabalho, como também simplificada a forma do cabeamento de medição, aumentando assim a eficiência do trabalho.

Claims

1. . MÉTODO PARA O PROJETO DE UMA BOBINA DE TRANSFORMADOR DE CORRENTE (TC) DE ULTRA-ALTA TENSÃO COM UMA FUNÇÃO DE AUTOCALIBRAÇÃO, compreendendo: realização (1) de um enrolamento primário e de um enrolamento secundário no núcleo de um TC, o enrolamento secundário compreendendo um primeiro enrolamento e um segundo enrolamento com um mesmo número de amperes-espiras; caracterizado por quando o TC operar normalmente, conectar (2) o primeiro enrolamento em paralelo com o segundo enrolamento, e adotar um método de comparação para medir os dados de erro e11 do primeiro enrolamento e os dados de erro e21 do segundo enrolamento, e realizando, pelo TC, uma calibração de erro por uma das seguintes maneiras: formando, por meio da adoção do primeiro enrolamento como um novo enrolamento primário e adotando o segundo enrolamento como um enrolamento secundário, um módulo de autocalibração, introduzindo (211) uma corrente C1 no primeiro enrolamento, detectando (212) uma corrente C2 gerada pela transformação eletromagnética no segundo enrolamento, calculando (213) os dados de erro e22 da corrente C1 e da corrente C2, e comparando (214) os dados de erro e21 com os dados de erro e22, e determinando se o segundo enrolamento falha; ou formando, pela adoção do segundo enrolamento como um novo enrolamento primário e adotando o primeiro enrolamento como o enrolamento secundário, um módulo de autocalibração, introduzindo (221) a corrente C1 no segundo enrolamento, detectando (222) a corrente C2 gerada pela transformação eletromagnética no primeiro enrolamento, calculando (223) os dados de erro e12 da corrente C1 e da corrente C2, e comparando os dados de erro e11 com os dados de erro e12, e determinando se o primeiro enrolamento falha.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo primeiro enrolamento e o segundo enrolamento serem embobinados no núcleo com uma forma de embobinamento paralelo entrelaçado.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos terminais de conexões plugáveis serem montados nas duas extremidades do primeiro enrolamento, e os terminais de conexões plugáveis também serem montados nas duas extremidades do segundo enrolamento.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela caixa de proteção ser montada fora do núcleo do TC.