نظارت بر ارتعاش و تشخیص خطا در راکتورهای شونت ولتاژ بالا

1 تکنولوژی نظارت بر ارتعاش و تشخیص خطا در راکتورهای شوندی بالاتنسل
1.1 استراتژی قرار دادن نقاط اندازه‌گیری

پارامترهای مشخصه ارتعاش (فرکانس، توان، انرژی) راکتورهای شوندی بالاتنسل به طور کامل در گزارش‌های عملیاتی ثبت می‌شود. برای تحلیل ارتعاش، روی حل پیچیدگی توزیع میدان الکتریکی در انتهای سیم‌پیچ‌ها تمرکز می‌کند. ارزیابی کمی توزیع قدرت میدان تحت فشار عملیاتی/فشار برق زنده و ویژگی‌های گرادیان ولتاژ عایق طولی در فشار بیش از اسمی انجام می‌شود. قرار دادن نقاط اندازه‌گیری باید با الزامات واقعیت ارتعاش، ایمنی و منطق مهندسی هماهنگ باشد. به دلیل ریسک فشار بالا در بالای ظرف، حسگرها بهتر است در اطراف دیوار ظرف قرار گیرند. سطح خارجی ظرف به واحد‌های مستطیلی تقسیم می‌شود، مرکز هندسی آن‌ها به عنوان نقاط استاندارد با شماره‌گذاری سیستماتیک تعیین می‌شود، با تضمین فاصله نقاط ≤ 50 سانتی‌متر، توازن بین فضای نصب و پوشش مناطق کلیدی. طرح باید بر اساس ساختار تجهیزات، مشخصات فنی و استانداردهای ایمنی به صورت پویا بهینه‌سازی شود، تا قابلیت ردیابی داده‌ها و کنترل ریسک فراهم شود.

1.2 روش استخراج ویژگی‌های سیگنال ارتعاش

نظارت بر ارتعاش راکتورهای شوندی بالاتنسل ویژگی‌های ارتعاش را از طریق یک سیستم حسگر جمع‌آوری می‌کند. آزمایش‌ها از دو شرایط استفاده می‌کنند: 75٪ بار اسمی و حذف محدودیت مکانیکی. ارتعاش تجهیزات توسط دو مکانیسم هدایت می‌شود: اثر مغناطیسی‌سفتی هسته‌ای که منجر به تغییر دوره‌ای طولی/عرضی می‌شود؛ نیروی الکترومغناطیسی متناوب که ارتعاش مشخصه 95 Hz در رابط هسته-فضای خالی ایجاد می‌کند. حساسیت ارتعاش از جفت‌شدن الکترومغناطیسی-مکانیکی ناشی می‌شود. هسته‌های آزاد یا سیم‌پیچ‌های تحریف‌یافته منجر به طیف‌های دامنه غیرعادی (95 Hz/150 Hz)، موج‌های زمانی و ضرایب مؤلفه اصلی می‌شوند. سیستم ویژگی‌های چندبعدی دامنه، چولگی و کشیدگی ساخته می‌شود. تحقیقات بر اجزای فرکانس پایین‌تر از 1 kHz تمرکز دارد، مدل مشخصه ارتعاش را با کمی‌سازی قوانین زمان-فرکانس برای حمایت از تشخیص خطا ساخته می‌شود.

طیف توان گسسته‌شده بالا نمایانگر طیف توان سیگنال است، مانند فرمول (1).

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

1.3 تشخیص خطاها داخلی راکتورهای شوندی بالاتنسل 750 kV

به عنوان یک دستگاه کلیدی جبران‌سازی راکتانسی در سیستم‌های برق، قابلیت اطمینان عملیاتی راکتورهای شوندی بالاتنسل به طور مستقیم با پایداری سیستم مرتبط است. این راکتورهای قابل کنترل ساختار ویژه و مکانیسم‌های خرابی پیچیده‌ای دارند و خرابی‌ها ممکن است باعث خطرات فشار جریان/ولتاژ بیش از حد شوند. به عنوان مثال، دستگاه 750 kV. یک خرابی بزرگ ظرفیتی بین لایه‌های سیم‌پیچ کنترلی باعث اختلاف تعداد لایه‌ها می‌شود. مولفه‌های هارمونیک آن، علاوه بر DC و هارمونیک‌های زوج، شامل هارمونیک‌های فردی اضافی است. همچنین، چون القای الکتروموتویل در ستون‌های هسته‌ای چپ و راست سیم‌پیچ کنترلی معیوب متفاوت است، یک القای الکتروموتویل نامتقارن $\Δe$ در سیم‌پیچ کنترلی فاز معیوب ایجاد می‌شود، مانند فرمول (2).

در فرمول: w نسبت دوره کوتاه‌مداری راکتور است؛ χ ولتاژ اسمی سیم‌پیچ کنترلی است. دامنه، ضریب مولفه، انحراف میانگین مربعی در سیگنال ارتعاش و القای الکتروموتویل نامتقارن Δe در فرمول (2) مشخصه‌های خطا داخلی راکتور را تشکیل می‌دهند. تشخیص خطا آن در فرمول (3) نشان داده شده است.

تحقیقات نشان می‌دهند که ارتباط بین مشخصه‌های ارتعاش و وضعیت مکانیکی راکتور قوی‌تر از ارتباط آن با ولتاژ است که می‌تواند مداخله نوسان شبکه را موثرانه کاهش دهد. برای یک راکتور 750 kV در حالت عادی، از طریق ساختار سه‌فازی خود هارمونیک‌های زوج متوازن ایجاد می‌کند. خرابی تک‌فاز این توازن هارمونیک را مختل می‌کند و به دلیل ویژگی مقاومت پایین سیم‌پیچ کنترلی، جریان پنج برابر جریان اسمی تولید می‌شود. این جریان غیرعادی باعث افزایش جریان طرف شبکه به پنج برابر مقدار عادی می‌شود، همراه با تحریف هارمونیک، که ایمنی شبکه را تهدید می‌کند.

2 تأیید آزمایشی و ارزیابی نتایج
2.1 ساختار پلتفرم آزمایشی

محیط شبیه‌سازی بر اساس مدل میدان الکتریکی دو‌بعدی محوری متقارن ساخته شده است، با استفاده از روش‌های عددی برای مطالعه ویژگی‌های میدان الکتریکی. سیستم آزمایشی سیم‌ها و مولفه‌های عایق راکتور را به یک مدل جامد سه‌بعدی تبدیل می‌کند. از طریق رابط گرافیکی، امکان تنظیم پارامتری شارژ سطحی هادی، شناسایی پتانسیل شناور سیم و بصری‌سازی دینامیک میدان الکتریکی فراهم می‌شود.

برای تحلیل عایق طولی، چهار حالت موج مخلوط استفاده می‌شود: محرک موج کامل/موج بریده در انتهای سیم‌پیچ، بارگذاری موج کامل در انتهای خط و بارگذاری موج بریده در نقطه میانی، شبیه‌سازی توزیع گرادیان پتانسیل سیم‌پیچ تحت شرایط کاری مختلف. در ارزیابی عایق اصلی، یک مدل جفت‌شدن الکترومکانیکی برای مناطق تمرکز میدان الکتریکی ساخته می‌شود، محاسبه مشخصه‌های ارتعاش و استخراج ویژگی‌های خطا انجام می‌شود. مدل استفاده شده در آزمایش ولتاژ اسمی 45 kV، جریان اسمی 630 A و واکنش اسمی 1005 Ω دارد.

2.2 نتایج و تحلیل آزمایشی

آزمایش‌های خطا ارتعاشی بر روی روش این مقاله و دو روش دیگر انجام شده است. نتایج سه روش با هم مقایسه شده است، مانند جدول 1.

مانند داده‌های جدول 2، در مقایسه با روش 1 (خطای ماکسیمم 56 μm) و روش 2 (خطای ماکسیمم 77 μm)، خطای ماکسیمم روش آزمایش ارتعاش راکتور شوندی بالاتنسل 750 kV طراحی شده در این مقاله فقط 3 μm است. در آزمایش 6، مقدار آن 30 μm کاملاً با مقدار تنظیم شده مطابقت دارد. خطای ماکسیمم روش این مقاله بیش از 50 μm نسبت به روش‌های سنتی کاهش یافته و مقدار آن به مقدار واقعی نزدیک‌تر است، که موثریت روش را تأیید می‌کند.

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

وقتی مدار مغناطیسی اصلی از طریق کیک‌های آهنی و فضاهای خالی عبور می‌کند، یک میدان نیروی ماکسولی تشکیل می‌شود که شدت آن دو برابر جریان است و انرژی میدان مغناطیسی را کاهش می‌دهد. تحلیل طیفی نشان می‌دهد که فرکانس ارتعاش هر نقطه اندازه‌گیری حدود 100 Hz است و طیف با مقادیر ارتعاش زمانی هماهنگ است، که نشان می‌دهد ارتعاش از اثر مغناطیسی‌سفتی عایق مدار مغناطیسی اصلی ناشی می‌شود.

این مطالعه از دقت تشخیص خطا به عنوان شاخص اصلی استفاده می‌کند، روش سنتی 1، روش 2 و الگوریتم این مقاله را مقایسه می‌کند. بر اساس مجموعه آزمایشی 1000 مورد: همه سه روش دقت‌های استاندارد >97% دارند. روش آزمایش ارتعاش و تحلیل خطا این مقاله عملکرد برجسته‌ای دارد، با دقت پایدار >99.5% و اوج 99.8% در آزمایش‌های تمام نمونه. دقت اوج/دشت روش 1 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، به حد نظریه‌ای 100.00% نزدیک می‌شود، که مزیت دقت را برای آزمایش ارتعاش و تحلیل خطا راکتور شوندی بالاتنسل 750 kV تأیید می‌کند.

برای ارزیابی عملکرد، یک آزمایش از دقت تشخیص خطا به عنوان شاخص اصلی استفاده می‌کند. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که دقت تشخیص پایدار در 99.50% - 99.80% است، که موثریت دو تابعی را تأیید می‌کند: اندازه‌گیری دقیق مشخصه‌های ارتعاش راکتور 750 kV و تشخیص قابل اعتماد خطا.

3 نتیجه‌گیری

تحقیقات نشان می‌دهند که وقتی هسته آهنی یک راکتور شوندی بالاتنسل آزاد می‌شود، ویژگی‌های زمان-فرکانس سیگنال ارتعاش به طور منظم تغییر می‌کند. تحلیل پارامترهایی مانند نوسان دامنه، واریانس و نسبت انرژی 200 Hz می‌تواند وضعیت را ارزیابی کند. باندهای فرکانسی مشخص مانند 200 Hz، 300 Hz و 500 Hz مرتبط با شرایط کاری هستند. مدل تشخیصی توانایی خوبی در شناسایی خطا دارد. نظارت آنلاین ارتعاش می‌تواند آزاد شدن هسته آهنی و تحریف سیم‌پیچ را شناسایی کند و آزمایش‌ها موثریت روش را تأیید می‌کنند.