Korkeajännitevaihtosähkökatkojen vibraation valvonta ja vianmääritys

1 Värähtelyn valvonta ja vikadiagnostiikka teknologia korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneille
1.1 Mittauspisteiden asettamisstrategia

Korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneiden värähtelyominaisuudet (taajuus, teho, energia) on kirjattu täydellisesti toimintalokiin. Värähtelyanalyysissä painopiste on sähkökentän jakautumisen monimutkaisuuden ratkaisemisessa kytkentäpäissä. Arvioi kvantitatiivisesti kenttävoiman jakautuma toimintajännitteessä/ukkosjännitteessä sekä pitkittäisen eristeen jännitegradientin ominaisuudet ylityöjännitteessä. Mittauspisteiden asettaminen on vastattava värähtelyn uskottavuuden, turvallisuuden ja insinöörillisen järkevyyden vaatimuksia. Tankin päällä olevan korkean jännitteen riskin vuoksi sensorit on sijoitettava tankin seinän ympärille. Jaa tankin ulkopinta suorakulmaisiin yksikköihin, aseta geometriset keskipisteet standardipisteiksi järjestelmällisellä numeroinnilla, varmista, että pisteiden väli ≤ 50 cm, tasapainottaen asennustilan ja avainta alueen kattavuuden. Asettamissuunnitelman tulisi olla dynaamisesti optimoitu laitemuodostuksen, teknisten määrittelyjen ja turvallisuusstandardien perusteella, mahdollistaen tiedon jäljitettävyyden ja riskien hallinnan.

1.2 Värähtelysignaalien ominaisuustietojen poiminta

Korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneiden värähtelyvalvonnassa värähtelyominaisuudet kerätään anturijärjestelmän kautta. Kokeissa käytetään kahta olosuhteita: 75 % nominaalilatausta ja mekaanisen rajoituksen poistamista. Laitevärähtely johtuu kahdesta mekanismista: teräsylehdyksen magnetostruktuivivaikutus aiheuttaa sivusuuntaisen/pitkäsuuntaisen jaksollisen muodonmuutoksen; vaihtovirta-voima aiheuttaa 95 Hz:n ominaisvärähtelyn teräsylehdyksen ja -aukon rajapinnalla. Värähtelyherkkyyden lähtökohta on elektromekaaninen kytkentä. Lepoja teräsylehdys tai vaurioituneet kytkentät aiheuttavat epänormaaleja amplitudispektriä (95 Hz/150 Hz), aikadomain aaltoja ja pääkomponenttikerrointa. Rakenna moniulotteinen ominaisuussysteemi amplitudista, vinouduksesta ja huipukkuudesta. Tutkimus keskittyy alle 1 kHz:n matalataajuiseen komponenttiin, rakentaa värähtelyominaisuusmallin aika-taajuuslakeja kvanttimoiten tukemaan vikadiagnostiikkaa.

Yllä oleva segmentoidun diskreetin tehospektri edustaa signaalin tehospektriä, kuten Kaavassa (1).

Kaavassa: $N$ on mittausnäyteiden lukumäärä; $f$ on näytteenottotaajuus; $o(k)$ on kaikkien taajuuskomponenttien amplitudien neliöiden summa välillä -80 Hz ja 100 Hz. Korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneiden monimutkaisen rakenteen vuoksi sisäpuolella tapahtuu useita epälineaarisia tekijöitä, kuten heijastuminen ja taittuminen. Jokaisen harmonisen komponentin amplitudi vaihtelee eri olosuhteissa.

1.3 750 kV korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneiden sisäisten vikojen diagnostiikka

Korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneet ovat voimasäilöjen ytimenä reaktiivisen tehon kompensaatioväline, jonka toiminnallinen luotettavuus liittyy suoraan järjestelmän vakautteeseen. Nämä ohjattavat reaktorit, jotka ovat erikoisrakenteisia ja monimutkaisia vikaan mennessä, saattavat aiheuttaa ylimestä/ylisähkövirtayhteyksiä. Otetaan esimerkkinä 750 kV laitteet. Suuri kapasiteetti kytkentäkytkentässä aiheuttaa kytkentänumeroepätasapainon. Sen harmoniset komponentit, lisäksi DC ja parilliset, sisältävät superponoituja parittomia harmonisia. Lisäksi kun virheellisen kontrollikytkentän vasemman ja oikean teräspylvään aiheuttamat sähkömagnetiindusoivat voimat eroavat, syntyy epätasapainoinen sähkömagneettinen voima $\Δe$ virheellisessä kytkentässä, kuten Kaavassa (2).

Kaavassa: w on reaktorin lyhytkiertokytkennän kierrosuhka; χ on kontrollikytkentän nominaalijännite. Värähtelysignaalin amplitudi, komponenttikerroin, keskiarvon neliöpoikkeama ja Kaavassa (2) oleva epätasapainoinen sähkömagneettinen voima Δe yhdessä muodostavat reaktorin sisäiset vikaominaisuudet. Siihen liittyvä vikadiagnostiikka on Kaavassa (3).

Tutkimukset osoittavat, että värähtelyominaisuuksien ja reaktorin mekaanisen tilan välinen korrelaatio on vahvempi kuin sen ja jännitteen välinen, mikä voi tehokkaasti hillitä sähköverkon häiriöitä. Normaalisti toimivalla 750 kV reaktorilla on tasapainoinen parillinen harmoninen kolmifasedivaltainen rakenne. Yksinfaseinen vika rikkoo harmonisen tasapainon, ja koska kontrollikytkentällä on matala vastus, se tuottaa viisi kertaa suuremman sähkövirran kuin normaali. Tämä epänormaali sähkövirta aiheuttaa verkon sähkövirran nousun viisi kertaa normaaliin tasoon, joka on yhdistetty harmoniseen vääristymään, uhkaamassa sähköverkon turvallisuutta.

2 Testaus ja tulosten arviointi
2.1 Testivalmisteiden rakentaminen

Simulaatioympäristö rakennetaan kaksiulotteiselle akselisymmetriseen sähkökenttämallille, käyttäen numeerisia menetelmiä sähkökentän ominaisuuksien tutkimiseen. Testisysteemi muuttaa reaktorin johtimet ja eristyskomponentit 3D massiivimalliksi. Graafisen käyttöliittymän kautta se mahdollistaa johtimen pintaladun parametreidun asettamisen, johtimen levottoman potentiaalin tunnistamisen ja dynaamisen sähkökentän visualisoinnin.

Pitkittäisen eristeen analyysissa käytetään neljä sekoitetua aallonmuotoa: täysi/alettujen aallonmuoto kytkentäpäissä, täysi aalto lähdepäissä ja alettujen aalto neutraalipisteessä, simuloimalla kytkentäpotentiaalien gradienttijakaumaa eri työolosuhteissa. Pääeristeen arvioinnissa rakennetaan sähkömekaaninen kytkentämalli sähkökentän keskittymisalueille, toteuttamalla värähtelyominaisuuden laskenta ja vikaominaisuuden poiminta. Testattavana olevalla mallilla on nominaalijännite 45 kV, nominaalisähkövirta 630 A ja nominaalireaktanssi 1005 Ω.

2.2 Testitulokset ja analyysi

Värähtelyvikatestit on suoritettu tämän artikkelin menetelmällä ja kahdella muulla menetelmällä. Kolmen menetelmän testitulokset on verrattu, kuten Taulukossa 1.

Taulukon 2 datan perusteella, verrattuna Menetelmään 1 (maksimi virhe 56 μm) ja Menetelmään 2 (maksimi virhe 77 μm), tässä artikkelissa suunnitellun 750 kV korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneen värähtelytestausmenetelmän maksimi virhe on vain 3 μm. Testissä 6 havaittu arvo 30 μm on täysin yhtenevä asetetun arvon kanssa. Tämän artikkelin menetelmän maksimi virhe on pienentynyt yli 50 μm verrattuna perinteisiin menetelmiin, ja havaittu arvo on lähimpänä todellista arvoa, mikä vahvistaa menetelmän tehokkuuden.

Testissä suoritettiin spektrianalyysi mittauspisteessä 3, ja sitten analysoidaan vian syy. Testattu spektridiagrammi reaktorin mittauspisteestä 3 on näkyvissä Kuva 1.

Kun päämagneettinen piiri kulkee teräspaaleiden ja ilmavälien kautta, muodostuu Maxwellin voima, jonka intensiteetti on kaksinkertainen nykyhetken, vähentäen magneettikentän energian. Spektrianalyysi osoittaa, että jokaisen mittauspisteen värähtelytaajuus on noin 100 Hz, ja spektri vastaa aikadomain värähtelyarvoja, mikä viittaa siihen, että värähtely johtuu päämagneettisen piirin eristeen magnetostruktuivivaikutuksesta.

Tämä tutkimus käyttää vikadiagnostiikan tarkkuutta ytimekkäänä indikaattorina, vertailemassa perinteistä Menetelmää 1, Menetelmää 2 ja tämän artikkelin algoritmia. 1000 tapaussa olevan testiarvostelun perusteella: kaikki kolme menetelmää ovat benchmark-tarkkuudella >97 %. Tämän artikkelin värähtelytestaus- ja vikadiagnostiikkamenetelmä suoriutuu erinomaisesti, tarkkuus pysyy vakaina >99.5 % ja huippu 99.8 % täysi otoksen testauksessa. Menetelmän 1 tarkkuuden huippu/lahko on 98.88 % / 98.50 %, ja Menetelmän 2 tarkkuuden raja on 97.50 % - 97.83 %. Vertailussa optimaaliseen Menetelmään 1, tämä menetelmä parantaa tarkkuutta 0.92 prosenttipistettä, lähestyen 100.00 % teoreettista rajaa, vahvistamalla 750 kV rinnakkaissähkövetokoneen värähtelytestauksen ja vikadiagnostiikan tarkkuuden etua.

Suorituskyvyn arvioimiseksi kokeessa käytetään vian tunnistamisen tarkkuutta ytimekkäänä indikaattorina. Testit osoittavat, että havaitsemisen tarkkuus stabilisoituu 99.50 % - 99.80 %, vahvistamalla kaksitoimisen tehokkuuden: 750 kV reaktorin värähtelyominaisuuksien tarkan mittaamisen ja vikoiden luotettavan diagnosoimisen.

3 Johtopäätös

Tutkimus osoittaa, että kun korkean jännitteen rinnakkaissähkövetokoneen teräsylehdyksen on lössä, värähtelysignaalin aika-taajuusominaisuudet muuttuvat säännöllisesti. Analysoimalla parametreja, kuten amplitudin heilahtelu, varianssi ja 200 Hz:n energiosuhteen, voidaan arvioida tilaa. Ominaispienet frekvenssibändit, kuten 200 Hz, 300 Hz ja 500 Hz, liittyvät työolosuhteisiin. Diagnostiikkamalli on hyvä vian tunnistamiskyky. Värähtelyn online-valvonta voi tunnistaa teräsylehdyksen lössän ja kytkentämuodon muutoksen, ja testit vahvistavat menetelmän tehokkuuden.