مراقبة الاهتزاز وتشخيص الأعطال لمكثفات الشد عالية الجهد
1 تقنية مراقبة الاهتزاز وتشخيص الأعطال لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي
1.1 استراتيجية تخطيط نقاط القياس
تُسجل معلمات خصائص الاهتزاز (التكرار، الطاقة، الطاقة) لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي بشكل كامل في سجلات التشغيل. بالنسبة لتحليل الاهتزاز، يجب التركيز على حل التعقيد في توزيع المجال الكهربائي في نهايات الملفات. قيم كمية توزيع شدة المجال تحت الجهد الزائد/الجهد الزائد للبرق والخصائص التدرجية للعزل الطولي عند الجهد الفائق. يجب أن يلبي تخطيط نقاط القياس متطلبات صحة الاهتزاز والأمان والجدوى الهندسية. نظرًا للمخاطر الكهربائية العالية في الجزء العلوي من الخزان، يفضل وضع المستشعرات حول جدار الخزان. قم بتقسيم السطح الخارجي للخزان إلى وحدات مستطيلة، وقم بتعيين المراكز الهندسية كنقاط قياسية مع ترقيم نظامي، مع ضمان أن تكون المسافة بين النقاط ≤ 50 سم، مع الموازنة بين مساحة التثبيت وتغطية المناطق الرئيسية. يجب تحسين المخطط بشكل ديناميكي بناءً على هيكل الجهاز والمواصفات التقنية ومعايير السلامة، مما يسمح بتعقب البيانات ومراقبة المخاطر.
1.2 طريقة استخراج مميزات إشارة الاهتزاز
مراقبة الاهتزاز لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي تقوم بجمع ميزات الاهتزاز عبر نظام الاستشعار. تستخدم التجارب شرطين: 75% من الحمل المعين وإزالة القيود الميكانيكية. يتم تشغيل اهتزاز الجهاز بواسطة آليتين: تأثير المغناطيسية الذاتية للنواة الحديدية مما يسبب التشوه الدوري العرضي/الطولي؛ القوة الكهرومغناطيسية المتذبذبة التي تؤدي إلى اهتزاز مميز بتردد 95 هرتز في واجهة الفجوة بين النواة الحديدية. ينشأ حساسية الاهتزاز من التداخل الكهروميكانيكي. يؤدي تفكيك النواة أو تشوه الملفات إلى طيف سعة غير طبيعي (95 هرتز/150 هرتز)، وأشكال موجية زمنية، ومعاملات المكون الرئيسي. قم ببناء نظام مميزات متعدد الأبعاد من السعة والانحراف والتكتل. تركز الأبحاث على المكونات ذات التردد المنخفض أقل من 1 كيلوهرتز، وذلك بإنشاء نموذج خصائص الاهتزاز عن طريق تحديد قوانين الزمن-التردد لدعم تشخيص الأعطال.
يتمثل الطيف الطاقي المتقطع أعلاه في طيف الطاقة للإشارة، كما في الصيغة (1).
في الصيغة: هو عدد نقاط القياس; هو معدل القياس; هو مجموع مربعات السعات لكافة المكونات الترددية بين -80 هرتز و100 هرتز. بسبب الهيكل المعقد لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي، تحدث عوامل غير خطية متعددة مثل الانعكاس والانكسار داخلها. تتغير سعة كل مكون توافقي تحت ظروف مختلفة.
1.3 تشخيص الأعطال الداخلية لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي 750 كيلوفولت
كجهاز رئيسي لتعويض الطاقة الرنانة في أنظمة الطاقة، فإن موثوقية تشغيل محولات الإشباع ذات الجهد العالي مرتبطة مباشرة باستقرار النظام. هذه المحولات القابلة للتحكم لها هيكل خاص وآليات فشل معقدة، وقد تسبب الأعطال مخاطر جهد زائد/تيار زائد. على سبيل المثال، في الأجهزة ذات الجهد 750 كيلوفولت، يؤدي العطل الكبير بين الدورات في ملف التحكم إلى عدم توازن في عدد الدورات. بالإضافة إلى المكونات التوافقية المباشرة والفردية، يكون لديها مكونات توافقية فردية مركبة. بالإضافة إلى ذلك، بما أن القوى الكهروضوئية الموجهة في الأعمدة الحديدية اليمنى واليسرى للملف التحكم المعيب تختلف، فإنه يتم إنتاج قوة كهروضوئية غير متوازنة في ملف التحكم المعيب، كما هو موضح في الصيغة (2).
في الصيغة: w هو نسبة دورات القصر للرد فعل؛ χ هو الجهد المعين لملف التحكم. السعة، ومعامل المكون، والتباين المتوسط في إشارة الاهتزاز، والقوة الكهروضوئية غير المتوازنة Δe في الصيغة (2) تشكل جميعًا خصائص العطل الداخلية للرد فعل. يتم تشخيص العطل كما هو موضح في الصيغة (3).
تظهر الدراسات أن العلاقة بين خصائص الاهتزاز والحالة الميكانيكية للرد فعل أقوى من تلك المتعلقة بالجهد، والتي يمكن أن تمنع بشكل فعال تداخل تقلبات الشبكة الكهربائية. بالنسبة للرد فعل ذو الجهد 750 كيلوفولت أثناء التشغيل الطبيعي، فإنه يولد توافقيات زوجية متوازنة عبر هيكله ثلاثي الأطوار. سيؤدي العطل الأحادي الطور إلى تعطيل التوازن التوافقي، وبسبب خاصية مقاومة منخفضة لملف التحكم، سيتم إنتاج تيار خمس مرات الجهد الزائد. يتسبب هذا التيار غير الطبيعي في زيادة تيار الجانب الشبكة إلى خمس مرات المستوى الطبيعي، مصحوبًا بالتقويس التوافقي، مما يهدد سلامة الشبكة الكهربائية.
2 التحقق من الاختبار وتقييم النتائج
2.1 بناء منصة الاختبار
يتم بناء بيئة محاكاة بناءً على نموذج مجال كهربائي ثنائي الأبعاد محوري التناظر، باستخدام الأساليب العددية لدراسة خصائص المجال الكهربائي. يقوم نظام الاختبار بتحويل أسلاك الرد فعل ومكونات العزل إلى نموذج صلب ثلاثي الأبعاد. عبر واجهة الرسوم البيانية، يمكنه ضبط الشحنة السطحية للموصل بشكل معلمي، وتحديد الجهد العائم للأسلك، وتصور المجال الكهربائي الديناميكي.
بالنسبة لتحليل العزل الطولي، تم استخدام أربعة أنماط موجية مختلطة: التحفيز الكامل/المقطوع في نهاية الملف، التحميل الكامل في نهاية الخط، والتحميل المقطوع في نقطة المحايدة، محاكاة توزيع تدرج الجهد في الملف تحت ظروف عمل مختلفة. في تقييم العزل الرئيسي، يتم بناء نموذج تداخل كهروميكانيكي لمناطق تركيز المجال الكهربائي، مما يتحقق منه حساب خصائص الاهتزاز واستخراج ميزات العطل. يتميز النموذج المستخدم في الاختبار بجهد معين 45 كيلوفولت، وتيار معين 630 أمبير، ومقاومة معينة 1005 أوم.
2.2 نتائج الاختبار وتحليلها
تم إجراء اختبارات عطل الاهتزاز على طريقة هذا البحث وطريقتين أخريين. تم مقارنة نتائج الاختبار الثلاثة، كما هو موضح في الجدول 1.
من خلال البيانات في الجدول 2، مقارنة بطريقة 1 (أقصى خطأ 56 ميكرومتر) وطريقة 2 (أقصى خطأ 77 ميكرومتر)، فإن أقصى خطأ لطريقة اختبار الاهتزاز لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي 750 كيلوفولت المصممة في هذا البحث هو فقط 3 ميكرومتر. في الاختبار رقم 6، كان القيمة المكتشفة 30 ميكرومتر متطابقة تمامًا مع القيمة المحددة. تم تخفيض أقصى خطأ لطريقة هذا البحث بأكثر من 50 ميكرومتر مقارنة بالطرق التقليدية، وكان القيمة المكتشفة أقرب إلى القيمة الحقيقية، مما يؤكد فعالية الطريقة.
قام الاختبار بتحليل الطيف لنقطة القياس رقم 3، ثم تحليل سبب العطل. يتمثل الرسم البياني لطيف نقطة القياس رقم 3 للرد فعل في الشكل 1.
عندما يمر الدائرة المغناطيسية الرئيسية عبر صفائح الحديد والفراغات، يتشكل مجال قوة ماكسويل، بقوة مرتين التيار، مما يقلل من طاقة المجال المغناطيسي. يظهر تحليل الطيف أن تردد الاهتزاز لكل نقطة قياس حوالي 100 هرتز، ويتوافق الطيف مع قيم الاهتزاز الزمني، مما يشير إلى أن الاهتزاز ينشأ من تأثير المغناطيسية الذاتية للمعزل الرئيسي للمجال المغناطيسي.
يستخدم هذا البحث دقة تشخيص العطل كمؤشر رئيسي، مقارنة بطريقة 1 التقليدية، وطريقة 2، وخوارزمية هذا البحث. بناءً على مجموعة اختبارات تضم 1000 حالة: جميع الطرق الثلاث لها دقة مرجعية >97٪. تتميز طريقة اختبار الاهتزاز وتحليل العطل لهذا البحث بأداء ممتاز، حيث تكون الدقة ثابتة >99.5٪ وذروة 99.8٪ في اختبارات العينة الكاملة. تتراوح دقة طريقة 1 بين 98.88٪/98.50٪، وتتراوح دقة طريقة 2 بين 97.50٪ - 97.83٪. مقارنة بأفضل طريقة 1، تحسن هذه الطريقة من الدقة بنسبة 0.92 نقطة مئوية، واقترابها من الحد النظري 100.00٪، مما يؤكد ميزة الدقة لاختبار الاهتزاز وتحليل العطل لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي 750 كيلوفولت.
لتقييم الأداء، يستخدم التجربة دقة التعرف على العطل كمؤشر رئيسي. تظهر الاختبارات أن دقة الكشف تثبت بين 99.50٪ - 99.80٪، مما يؤكد فعالية الوظيفة المزدوجة: قياس خصائص الاهتزاز لمحولات الإشباع ذات الجهد 750 كيلوفولت بدقة وتشخيص الأعطال بشكل موثوق.
3 الخلاصة
تظهر الأبحاث أنه عندما يكون النواة الحديدية لمحولات الإشباع ذات الجهد العالي فضفاضة، تتغير خصائص الوقت-التردد لإشارة الاهتزاز بشكل منتظم. يمكن تقييم الحالة من خلال تحليل معلمات مثل التذبذب في السعة والتباين والنسبة الطاقوية لـ 200 هرتز. تعتبر نطاقات التردد المميزة مثل 200 هرتز و300 هرتز و500 هرتز مرتبطة بشروط العمل. يمتلك نموذج التشخيص قدرة جيدة على التعرف على الأعطال. يمكن لمراقبة الاهتزاز عبر الإنترنت تحديد تسرب النواة الحديدية وتشوه الملفات، وقد أكدت الاختبارات فعالية الطريقة.
