Nadzor vibracija i dijagnoza grešaka visokonaponskih šunt reaktora

1 Tehnologija nadzora vibracija i dijagnostike grešaka visokonaponskih paralelnih reaktora
1.1 Strategija raspoređivanja mjernih točaka

Karakteristični parametri vibracija (frekvencija, snaga, energija) visokonaponskih paralelnih reaktora su potpuno zabilježeni u evidenciji rada. Za analizu vibracija, fokusirajte se na rješavanje složenosti distribucije električnog polja na krajevima vijaka. Kvantitativno procijenite distribuciju jakosti polja pri radnom/lijepom prenapona te karakteristike gradijenta napona poprečne izolacije pri previsokom naponu. Raspored mjernih točaka mora zadovoljavati zahtjeve autentičnosti vibracija, sigurnosti i inženjerske razumnosti. Zbog rizika od visokog napon na vrhu rezervoara, senzori trebaju biti postavljeni oko stijenke rezervoara. Podijelite vanjsku površinu rezervoara na pravokutne jedinice, postavite geometrijska središta kao standardne točke s sistemskim brojevanjem, osiguravajući razmak točaka ≤ 50 cm, balansirajući prostor za instalaciju i pokrivenost ključnih područja. Shema rasporeda treba dinamički optimizirati temeljem strukture opreme, tehničkih specifikacija i sigurnosnih standarda, omogućujući praćenje podataka i kontrolu rizika.

1.2 Metoda ekstrakcije značajki signala vibracija

Nadzor vibracija visokonaponskih paralelnih reaktora prikuplja značajke vibracija putem sustava senzora. Eksperimenti koriste dvije uvjete: 75% nominalnog opterećenja i uklanjanje mehaničkih ograničenja. Vibracije opreme pokreće dva mehanizma: magnetostrukcijski efekt željeznog jezgra koji uzrokuje periodičnu deformaciju bočno i poprečno; alternirajuća elektromagnetska sila induciraju 95 Hz karakterističnu vibraciju na sučelju presjeka željeznog jezgra. Osjetljivost na vibracije proizlazi iz elektromehaničke kovezanosti. Raskočeno jezgro ili deformirani vijaci uzrokuju neobične amplitudne spektre (95 Hz/150 Hz), talasne forme u vremenskom domenu i koeficijente glavnih komponenti. Konstruirajte višedimenzionalni sustav značajki amplituda, asimetrije i spuštenosti. Istraživanje se fokusira na niskofrekventne komponente ispod 1 kHz, građenjem modela karakteristika vibracija kvantificiranjem zakona vremensko-frekventnog domena kako bi se podržala dijagnostika grešaka.

Segmentirani diskretni spektar snage gore predstavlja spektar snage signala, kao u Formuli (1).

U formuli: $N$ jest broj mjernih uzoraka; $f$ jest stopa uzorkovanja; $o(k)$ jest zbroj kvadrata amplituda svih frekvencijskih komponenata između -80 Hz i 100 Hz. Zbog složene strukture visokonaponskih paralelnih reaktora, unutar njih se javljaju mnogi nelinearni faktori poput odbijanja i loma. Amplituda svake harmonijske komponente varira pod različitim uvjetima.

1.3 Dijagnoza unutarnjih grešaka 750 kV visokonaponskih paralelnih reaktora

Kao ključni uređaj za kompenzaciju reaktivne snage u elektroenergetskim sustavima, operativna pouzdanost visokonaponskih paralelnih reaktora direktno je povezana s stabilnošću sustava. Ovi upravljivi reaktori imaju posebnu strukturu i složene mehanizme grešaka, a greške mogu uzrokovati rizik od previsokog struja/previsokog napona. Uzmimo 750 kV uređaje kao primjer. Velika kapacitetna greška od zavojnice do zavojnice u upravnom vijaku uzrokuje neravnotežu broja zavoja. Njegove harmonijske komponente, osim DC i čakih redova, imaju superponirane neparne harmonijske. Također, budući da inducirane elektromotornice u lijevoj i desnoj stubici jezgra otkazanog upravnog vijaka razlikuju, generira se neravnoteža inducirane elektromotornice $\Δe$ u otkazanoj fazi upravnog vijaka, kao što je prikazano u Formuli (2).

U formuli: w jest omjer kratkog spoja zavoja reaktora; χ jest nominalni napon upravnog vijaka. Amplituda, koeficijent komponenti, srednja kvadratna devijacija u signalu vibracije, te neravnoteža inducirane elektromotornice Δe u Formuli (2) zajedno čine karakteristike unutarnjih grešaka reaktora. Dijagnoza grešaka prikazana je u Formuli (3).

Istraživanja pokazuju da je korelacija između karakteristika vibracija i mehaničkog stanja reaktora jača nego sa naponom, što može učinkovito supresirati smetnje fluktuacija mreže. Za 750 kV reaktor u normalnoj operaciji, generira se ravnoteža čakih harmonijskih kroz njegovu trofaznu strukturu. Jednofazna greška će narusiti harmonijsku ravnotežu, a zbog niske otpornosti upravnog vijaka, generirat će se struja pet puta veća od nominalne. Ova anormalna struja uzrokovat će struju na strani mreže da se poveća pet puta u odnosu na normalnu, uz praćenje harmonijskog iskrivljenja, pri čemu se prijeti sigurnosti mreže.

2 Testiranje i procjena rezultata
2.1 Izgradnja testne platforme

Simulacijsko okruženje je izgrađeno temeljem dvodimenzionalnog modela osnosimetričnog električnog polja, s numeričkim metodama za studiju karakteristika električnog polja. Testni sustav pretvara žice i izolacijske komponente reaktora u 3D solidni model. Preko grafičkog sučelja omogućuje parametarsko postavljanje površinskog naboja vodilja, identifikaciju plivajućeg potencijala žica i vizualizaciju dinamičkog električnog polja.

Za analizu poprečne izolacije, koriste se četiri modusa mješovitih valnih oblika: punovalno/ispunjeno valno uzbuđenje na početku vijaka, punovalno opterećenje na kraju linije, i ispunjeno valno opterećenje na neutralnoj točki, simulirajući distribuciju gradijenta potencijala zavojnice pod različitim radnim uvjetima. U glavnoj procjeni izolacije, izgrađen je elektromehanički kovezani model za područja koncentracije električnog polja, ostvarujući izračunavanje karakteristika vibracija i ekstrakciju značajki grešaka. Model korišten za test ima nominalni napon od 45 kV, nominalni struj od 630 A i nominalni reaktanc od 1005 Ω.

2.2 Rezultati i analiza testa

Testiranja grešaka vibracija provedena su na metodu opisanu u ovom radu i na dvije druge metode. Rezultati tri metode uspoređeni su, kao što je prikazano u Tablici 1.

Kao što se može vidjeti iz podataka u Tablici 2, usporedo s Metodom 1 (maksimalna greška od 56 μm) i Metodom 2 (maksimalna greška od 77 μm), maksimalna greška metode testiranja vibracija 750 kV visokonaponskih paralelnih reaktora dizajnirane u ovom radu iznosi samo 3 μm. U Testu 6, njegova otkrivena vrijednost od 30 μm potpuno je u skladu s postavljenom vrijednošću. Maksimalna greška metode u ovom radu smanjena je za više od 50 μm u usporedbi s tradicionalnim metodama, a otkrivena vrijednost najbliža je stvarnoj vrijednosti, što potvrđuje učinkovitost metode.

Test je provedio spektralnu analizu na mjernoj točki br. 3, a zatim analizirao uzrok greške. Testirani spektralni dijagram mjernog točke br. 3 reaktora prikazan je na Slici 1.

Kada glavni magnetni krug prolazi kroz željezne kolačiće i zračne razmake, formira se Maxwellovo silno polje, s intenzitetom dva puta većim od struje, smanjujući energiju magnetskog polja. Spektralna analiza pokazuje da je frekvencija vibracija svake mjernog točke ~100 Hz, a spektar se podudara s vrijednostima vibracija u vremenskom domenu, što ukazuje da vibracije proizlaze iz magnetostrukcijskog efekta glavnog magnetskog kruga izolatora.

Ovo istraživanje koristi točnost dijagnoze grešaka kao ključni pokazatelj, uspoređujući tradicionalne Metode 1, Metode 2 i algoritam opisan u ovom radu. Na temelju skupa od 1000 slučajeva: sve tri metode imaju referentne točnosti >97%. Metoda testiranja vibracija i analize grešaka opisana u ovom radu izrazito se izdvaja, s točnošću stabilno >99,5% i vrhom od 99,8% u testovima na punom uzorku. Točnost vrha/dna Metode 1 iznosi 98,88%/98,50%, a raspon točnosti Metode 2 iznosi 97,50% - 97,83%. U usporedbi s najboljom Metodom 1, ova metoda poboljšava točnost za 0,92 postotna boda, približavajući se teorijskom granicnom od 100,00%, potvrđujući prednost točnosti za testiranje vibracija i analizu grešaka 750 kV paralelnih reaktora.

Za procjenu performansi, eksperiment koristi točnost prepoznavanja grešaka kao ključni pokazatelj. Testovi pokazuju da se točnost detekcije stabilizira na 99,50% - 99,80%, potvrđujući dualnu funkcionalnost: točno mjerenje karakteristika vibracija 750 kV reaktora i pouzdano dijagnosticiranje grešaka.

3 Zaključak

Istraživanja pokazuju da se kada je željezno jezgro visokonaponskog paralelnog reaktora raskočeno, vremensko-frekventne karakteristike signala vibracija mijenjaju regularno. Analizirajući parametre poput fluktuacije amplituda, varijance i proporcije energije od 200 Hz, može se procijeniti stanje. Karakteristični frekventni pojasi poput 200 Hz, 300 Hz i 500 Hz su povezani s radnim uvjetima. Model dijagnoze ima dobru sposobnost prepoznavanja grešaka. Online nadzor vibracija može prepoznati raskočeno željezno jezgro i deformirane vijake, a testovi potvrđuju učinkovitost metode.