پیمانه‌بندی و تشخیص خطا در راکتورهای شونت ولتاژ بالا

1 دیوانگی و تشخیص اشکال تکنولوژی برای راکتورهای شونت ولتاژ بالا
1.1 استراتژی پخش نقاط اندازه‌گیری

پارامترهای مشخصه لرزش (فرکانس، قدرت، انرژی) راکتورهای شونت ولتاژ بالا به طور کامل در گزارش‌های عملیاتی ثبت می‌شود. برای تحلیل لرزش، تمرکز بر حل پیچیدگی توزیع میدان الکتریکی در انتهای سیم‌پیچ است. ارزیابی کمی توزیع قوت میدان تحت ولتاژ عادی/فشار برق و ویژگی‌های گرادیان ولتاژ عایق‌بندی طولی در ولتاژ فراتر از نرمال. پخش نقاط اندازه‌گیری باید نیازهای صحت لرزش، ایمنی و منطق مهندسی را برآورده کند. به دلیل خطر ولتاژ بالا در قسمت بالایی ظرف، حسگرها بهتر است در اطراف دیوار ظرف قرار گیرند. سطح خارجی ظرف به واحد‌های مستطیلی تقسیم شده و مرکز هندسی آن‌ها به عنوان نقاط استاندارد با شماره‌گذاری سیستماتیک تعیین می‌شود، با فاصله نقاط ≤ 50 سانتی‌متر، توازن بین فضای نصب و پوشش مناطق کلیدی را تضمین می‌کند. طرح باید بر اساس ساختار تجهیزات، مشخصات فنی و استانداردهای ایمنی به طور پویا بهینه شود، امکان ردیابی داده و کنترل ریسک را فراهم می‌کند.

1.2 روش استخراج ویژگی‌های سیگنال لرزش

نظارت بر لرزش راکتورهای شونت ولتاژ بالا ویژگی‌های لرزش را از طریق سیستم حسگر جمع‌آوری می‌کند. آزمایش‌ها با دو شرایط: بار 75٪ نرمال و حذف محدودیت مکانیکی انجام می‌شود. لرزش تجهیزات توسط دو مکانیزم رانده می‌شود: اثر مغناطیسی-کشسانی هسته‌ای که منجر به تغییرات دوره‌ای طولی/عرضی می‌شود؛ نیروی الکترومغناطیسی متناوب که لرزش مشخصه 95 هرتز را در محل اتصال هسته-فضای خالی ایجاد می‌کند. حساسیت لرزش از کوپلینگ الکترومکانیکی ناشی می‌شود. هسته‌های آزاد یا سیم‌پیچ‌های تحریف‌یافته طیف‌های دامنه غیرعادی (95 هرتز/150 هرتز)، موج‌های زمانی و ضرایب مؤلفه اصلی را ایجاد می‌کنند. یک سیستم ویژگی چندبعدی از دامنه، چولگی و کشیدگی ساخته می‌شود. تحقیقات بر روی مولفه‌های فرکانس پایین زیر 1 کیلوهرتز تمرکز دارد، مدل مشخصه لرزش را با کمی‌سازی قوانین زمان-فرکانس برای حمایت از تشخیص اشکال ساخته می‌کند.

نمودار طیف قدرت مجزا بالا نمایانگر طیف قدرت سیگنال است، مانند فرمول (1).

در فرمول: $N$ تعداد نقاط نمونه‌برداری است; $f$ نرخ نمونه‌برداری است; $o(k)$ مجموع مجذور دامنه‌های تمام مولفه‌های فرکانسی بین -80 هرتز و 100 هرتز است. به دلیل ساختار پیچیده راکتورهای شونت ولتاژ بالا، چندین عامل غیرخطی مانند بازتاب و شکست در داخل آن‌ها رخ می‌دهد. دامنه هر مولفه هارمونیک تحت شرایط مختلف متغیر است.

1.3 تشخیص اشکال داخلی راکتورهای شونت ولتاژ 750 کیلوولت

به عنوان یک دستگاه کلیدی جبران‌سازی واکنش در سیستم‌های برق، قابلیت اطمینان عملیاتی راکتورهای شونت ولتاژ بالا مستقیماً با پایداری سیستم مرتبط است. این راکتورهای قابل کنترل ساختار ویژه و مکانیسم‌های شکست پیچیده دارند و شکست‌ها ممکن است خطرات جریان/ولتاژ بیش از حد را ایجاد کنند. به عنوان مثال، دستگاه‌های 750 کیلوولت. یک شکست بزرگ ظرفیتی بین دورهای سیم‌پیچ کنترل منجر به عدم توازن تعداد دورها می‌شود. مولفه‌های هارمونیک آن، علاوه بر DC و هارمونیک‌های زوج، هارمونیک‌های فرد اضافی دارند. همچنین، چون القای الکتروموتویل در ستون‌های هسته چپ و راست سیم‌پیچ کنترل معیوب متفاوت است، یک القای الکتروموتویل نامتوازن $\Δe$ در سیم‌پیچ کنترل فاز معیوب ایجاد می‌شود، مانند فرمول (2).

در فرمول: w نسبت دوره کوتاه‌مداری راکتور است; χ ولتاژ نرمال سیم‌پیچ کنترل است. دامنه، ضریب مؤلفه، انحراف میانگین مربعی در سیگنال لرزش و القای الکتروموتویل نامتوازن Δe در فرمول (2) مشخصه‌های اشکال داخلی راکتور را تشکیل می‌دهند. تشخیص اشکال آن در فرمول (3) نشان داده شده است.

تحقیقات نشان می‌دهد که ارتباط بین مشخصه‌های لرزش و وضعیت مکانیکی راکتور قوی‌تر از ارتباط آن با ولتاژ است که می‌تواند مداخله نوسانات شبکه را مؤثرانه کاهش دهد. برای یک راکتور 750 کیلوولت در حال عملیات عادی، از طریق ساختار سه‌فازی خود هارمونیک‌های زوج متوازن ایجاد می‌کند. یک شکست یک‌فاز توازن هارمونیک را مختل می‌کند و به دلیل ویژگی مقاومت پایین سیم‌پیچ کنترل، جریان پنج برابر جریان نرمال تولید می‌شود. این جریان غیرعادی باعث افزایش جریان طرف شبکه به پنج برابر مقدار عادی می‌شود و همراه با تحریف هارمونیک، امنیت شبکه را تهدید می‌کند.

2 تأیید آزمایشی و ارزیابی نتایج
2.1 ساختار پلتفرم آزمایشی

محیط شبیه‌سازی بر اساس مدل میدان الکتریکی دو بعدی محوری ساخته شده و روش‌های عددی برای مطالعه ویژگی‌های میدان الکتریکی استفاده می‌شود. سیستم آزمایشی سیم‌ها و مولفه‌های عایق راکتور را به یک مدل جامد سه‌بعدی تبدیل می‌کند. از طریق رابط گرافیکی، امکان تنظیم پارامتری شارژ سطح رسانا، شناسایی پتانسیل شناور سیم و تصویرسازی دینامیکی میدان الکتریکی فراهم می‌شود.

برای تحلیل عایق‌بندی طولی، چهار حالت موج ترکیبی اتخاذ شده است: تحریک موج کامل/موج برشی در سر سیم‌پیچ، بارگذاری موج کامل در سر خط و بارگذاری موج برشی در نقطه محاور، که توزیع گرادیان پتانسیل سیم‌پیچ را تحت شرایط کاری مختلف شبیه‌سازی می‌کند. در ارزیابی عایق‌بندی اصلی، یک مدل کوپلینگ الکترومکانیکی برای مناطق تمرکز میدان الکتریکی ساخته شده و محاسبه مشخصه‌های لرزش و استخراج ویژگی‌های اشکال انجام می‌شود. مدل مورد استفاده در آزمایش ولتاژ نرمال 45 کیلوولت، جریان نرمال 630 آمپر و واکنش نرمال 1005 Ω دارد.

2.2 نتایج و تحلیل آزمایش

آزمایش‌های لرزش و تشخیص اشکال با روش این مقاله و دو روش دیگر انجام شده است. نتایج سه روش با یکدیگر مقایسه شده‌اند، مانند جدول 1.

همانطور که از داده‌های جدول 2 مشخص است، در مقایسه با روش 1 (خطای حداکثر 56 میکرومتر) و روش 2 (خطای حداکثر 77 میکرومتر)، خطای حداکثر روش آزمایش لرزش راکتور شونت 750 کیلوولت طراحی شده در این مقاله فقط 3 میکرومتر است. در آزمون 6، مقدار آن 30 میکرومتر کاملاً با مقدار تنظیم‌شده مطابقت دارد. خطای حداکثر روش این مقاله نسبت به روش‌های سنتی بیش از 50 میکرومتر کاهش یافته و مقدار آن به مقدار واقعی نزدیک‌تر است که موثریت روش را تأیید می‌کند.

آزمایش تحلیل طیفی بر روی نقطه اندازه‌گیری شماره 3 انجام شده و سپس علت اشکال تحلیل شده است. نمودار طیفی آزموده شده نقطه اندازه‌گیری شماره 3 راکتور در شکل 1 نشان داده شده است.

هنگامی که مدار مغناطیسی اصلی از طریق کیک‌های آهن و فضاهای خالی عبور می‌کند، یک میدان نیروی ماکسولی با شدت دو برابر جریان شکل می‌گیرد که انرژی میدان مغناطیسی را کاهش می‌دهد. تحلیل طیفی نشان می‌دهد که فرکانس لرزش هر نقطه اندازه‌گیری حدود 100 هرتز است و طیف با مقادیر لرزش زمانی همخوانی دارد که نشان‌دهنده این است که لرزش از اثر مغناطیسی-کشسانی عایق اصلی مدار مغناطیسی ناشی می‌شود.

این مطالعه دقت تشخیص اشکال را به عنوان شاخص کلیدی استفاده کرده و روش‌های سنتی 1، 2 و الگوریتم این مقاله را مقایسه می‌کند. بر اساس مجموعه آزمایشی 1000 مورد: همه سه روش دقت بنچمارک بیش از 97% دارند. روش آزمایش و تحلیل اشکال لرزش این مقاله عملکرد برجسته‌ای دارد با دقت ثابت بیش از 99.5% و 99.8% در آزمایش‌های تمام نمونه. دامنه دقت روش 1/2 98.88%/98.50% و دامنه دقت روش 2 97.50% - 97.83% است. در مقایسه با بهترین روش 1، این روش دقت را 0.92 درصد افزایش می‌دهد و به حد نظری 100.00% نزدیک می‌شود که مزیت دقت را برای آزمایش و تحلیل اشکال راکتور شونت 750 کیلوولت تأیید می‌کند.

برای ارزیابی عملکرد، یک آزمایش با دقت تشخیص اشکال به عنوان شاخص کلیدی استفاده می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که دقت تشخیص بین 99.50% - 99.80% ثابت است و موثریت دو عملکرد را تأیید می‌کند: اندازه‌گیری دقیق مشخصه‌های لرزش راکتور 750 کیلوولت و تشخیص قابل اعتماد اشکال.

3 نتیجه‌گیری

تحقیقات نشان می‌دهند که هنگامی که هسته راکتور شونت ولتاژ بالا آزاد می‌شود، ویژگی‌های زمان-فرکانس سیگنال لرزش به طور منظم تغییر می‌کنند. تحلیل پارامترهایی مانند نوسان دامنه، واریانس و نسبت انرژی 200 هرتز می‌تواند وضعیت را ارزیابی کند. باندهای فرکانسی مشخص مانند 200 هرتز، 300 هرتز و 500 هرتز مرتبط با شرایط کاری هستند. مدل تشخیصی توانایی شناسایی خطا خوبی دارد. نظارت آنلاین لرزش می‌تواند آزادی هسته و تحریف سیم‌پیچ را شناسایی کند و آزمایش‌ها موثریت روش را تأیید می‌کنند.