Magasfeszültségű párhuzamos reaktorok rezgésvizsgálata és hibadiagnosztikája

1 Resszoroló rezgési monitorozás és hibadiagnosztika technológia magasfeszültségű szélső reaktorok esetén
1.1 Mérési pontok elrendezési stratégiája

A magasfeszültségű szélső reaktorok rezgési jellemző paraméterei (frekvencia, teljesítmény, energia) teljes egészében naplózva vannak működési naplókban. A rezgésszempontból az elemzés fókuszát a tekercs végén lévő elektromos mezőeloszlás összetettségének megoldása képezi. Kvantitatívan értékeljük a működési/villámlási túlfeszültség alatti mezőerősség-eloszlást, valamint a túlzott-feszültség alatt a hosszirányú izoláció feszültség-gradiens jellemzőit. A mérési pontok elrendezése meg kell feleljen a rezgések igazságosságának, biztonságának és mérnöki racionálisnak a követelményeinek. A tégelytetejű magasfeszültség kockázat miatt a szenzorok előnyben részesített helyzete a tégely falának körülében van. Osszuk fel a tégely külső felületét téglalap alakú egységekre, állítsuk be a geometriai középpontokat szabványos pontokként rendszerezett számozással, amely biztosítja, hogy a pontok távolsága ≤ 50 cm, egyensúlyba hozva a telepítési területet és a kulcsfontosságú területek lefedettségét. Az elrendezési séma dinamikusan optimalizálható a berendezés szerkezetének, technikai specifikációinak és biztonsági normáinak megfelelően, lehetővé téve az adat nyomon követhetőségét és a kockázat kezelését.

1.2 Rezgési jel jellemvonásainak kivonási módszere

A magasfeszültségű szélső reaktorok rezgésmegfigyelése rezgési jellemzőket gyűjt egy érzékelőrendszerrel. A kísérletek két feltételt használnak: 75% os utóterhelést és mechanikai korlátozás eltávolítását. A berendezés rezgései két mechanizmus által irányítottak: a vasalj magnetostriktív hatása, ami oldalszintes/hosszirányú időszakos deformációt okoz; és az alternatív elektromos erő, ami 95 Hz jellegű rezgést okoz a vasalj-részhalmaz kapcsolatán. A rezgések érzékenysége elektromos-mechanikai kölcsönhatásból ered. Szabadon álló aljak vagy torzult tekercsek anomális amplitúdó spektrumot (95 Hz/150 Hz), időbeli hullámformát és főkomponens együtthatókat okoznak. Hozzunk létre többdimenziós jellemző rendszert amplitúdó, ferdeség és lapultság alapján. A kutatás a 1 kHz alatti alacsony frekvenciás komponensekre koncentrál, idő-frekvenciai törvények kvantitációjával építve fel rezgési jellemző modellt, amely a hibadiagnosztikát támogatja.

A fentebb bemutatott szakaszolt diszkrét teljesítményspektrum jellemzi a jel teljesítményspektumát, lásd a Formula (1).

A formulában: $N$ a méréseknél vett mintapontok száma; $f$ a mintavételezési arány; $o(k)$ az -80 Hz és 100 Hz közötti összes frekvencia komponens amplitúdó négyzetének összege. A magasfeszültségű szélső reaktorok összetett szerkezete miatt több nemlineáris tényező, mint például a tükrözés és a törés, fordul elő belülük. Minden harmonikus komponens amplitúdója eltérő feltételek mellett változik.

1.3 750 kV magasfeszültségű szélső reaktorok belső hibái diagnosztizálása

Mint a villamosenergia-hálózatokban reaktív teljesítmény kiegyensúlyozó berendezések, a magasfeszültségű szélső reaktorok működési megbízhatósága közvetlenül összefügg a rendszer stabilitásával. Ezek a vezérlhető reaktorok speciális szerkezettel és összetett hibaforrással bírnak, és a hibák túlmelegedési/túlfeszültségi kockázatokat okozhatnak. Vegyük példaként a 750 kV-es berendezéseket. A vezérlő tekercs nagy kapacitású kerék-kerék hiba esetén kerék-számegyenlőtlenséghez vezet. Ennek harmonikus komponensei, a DC és páros sorrendű komponensek mellett, páratlan sorrendű harmonikus komponenseket is tartalmaznak. Ezenkívül, mivel a hibás vezérlő tekercs bal és jobb aljában különböző a feleredményező erő, a hibás fázis vezérlő tekercsében egy nem egyensúlyú feleredményező erő $\Δe$ jelentkezik, ahogy a Formula (2) mutatja.

A formulában: w a reaktor rövidzárló kerékaránya; χ a vezérlő tekercs üzemanyagfeszültsége. A rezgési jel amplitúdója, komponensei, a négyzetes eltérés, valamint a Formula (2)-ben szereplő nem egyensúlyú feleredményező erő Δe együtt alkotják a reaktor belső hibajeleit. A hibadiagnosztika a Formula (3) szerint jelenik meg.

A tanulmányok azt mutatják, hogy a rezgések jellemvonásai és a reaktor mechanikai állapota közötti összefüggés erősebb, mint a feszültséggel, ami hatékonyan csillapítja a hálózati fluktuációk zavarait. Egy 750 kV-os reaktornormal működés esetén, a háromfázis szerkezete által kiegyensúlyozott páros sorrendű harmonikus komponenseket generál. Egy egyfázis hiba megszakítja a harmonikus egyensúlyt, és a vezérlő tekercs alacsony ellenállásának jellemzője miatt, ötszörös a nominális túlmelegedéshez vezet. Ez a hipermelegedés a hálózat-oldali áramot ötszörösre emeli, amit harmonikus torzítás kíséri, fenyegetve a hálózat biztonságát.

2 Teszt Ellenőrzés és Eredményértékelés
2.1 Tesztkörnyezet Építése

Két dimenziós tengelyszimmetrikus elektromos mező modell alapján építünk szimulációs környezetet, numerikus módszerekkel vizsgálva az elektromos mező jellemzőit. A tesztszerv a reaktor drótokat és izoláló komponenseket átalakít 3D szilárd test modellbe. Grafikus interfészen keresztül lehet paraméterezni a vezető felületi töltést, azonosítani a drót repülő potenciálját, és dinamikusan vizualizálni az elektromos mezőt.

A hosszirányú izoláció elemzéséhez négyszínű hullámforma módokat használunk: teljes hullám/chopped-wave excitáció a tekercs végén, teljes hullám betöltés a vezetéknél, és chopped-wave betöltés a neutrális pontban, szimulálva a tekercs potenciálgradiens eloszlását különböző munkafeltételek alatt. A fő izoláció kiértékelésében elektromos-mechanikai kölcsönhatási modellt építünk az elektromos mező koncentrációs területeire, valamint a rezgési jellemzők kiszámítását és a hiba jellemvonásának kivonását valósítjuk meg. A teszthez használt modell nominális feszültsége 45 kV, nominális árammal 630 A, és nominális reaktancia 1005 Ω.

2.2 Teszteredmények és Elemzés

Ebben a tanulmányban a rezgési hibatestsorokat a cikkben bemutatott módszer és két másik módszer segítségével végezték. A három módszer teszteredményeinek összehasonlítása látható a Táblázat 1-ben.

A Táblázat 2 adatai alapján, a Metódus 1 (maximális hiba 56 μm) és a Metódus 2 (maximális hiba 77 μm) szemben, a cikkben tervezett 750 kV magasfeszültségű szélső reaktor rezgési teszmódszer maximális hibája csak 3 μm. A 6. teszten a detektált érték, 30 μm, teljesen megegyezik a beállított értékkel. A cikkben bemutatott módszer maximális hibája több mint 50 μm-rel csökken a hagyományos módszerekhez képest, és a detektált érték a legközelebbi a tényleges értékhez, így ellenőrizve a módszer hatékonyságát.

A teszt spektrumanalízist végzett a 3. mérési pontra, majd elemolta a hiba okát. A reaktor 3. mérési pontjának tesztelési spektrum diagramja látható az 1. Ábrán.

Amikor a fő mágneses kör áthalad a vaslapokon és a levegő résein, egy Maxwell-erőmező formálódik, amely kétszerese a jelenlegi áramnak, csökkentve a mágneses mező energiáját. A spektrumanalízis minden mérési pont rezgési frekvenciáját ~100 Hz-re adja, és a spektrum egyezik az időbeli rezgési értékekkel, ami azt jelzi, hogy a rezgések a fő mágneses kör izolatorának magnetostriktív hatásából erednek.

Ez a tanulmány a hibadiagnosztika pontosságát használja alapindikátorként, összehasonlítva a hagyományos Metódus 1-et, a Metódus 2-t és a cikkben bemutatott algoritmust. Egy 1000-es teszteset alapján: mindhárom módszer alapvető pontossága >97%. A cikkben bemutatott rezgési tesztelési és hibaelemző módszer kiválóan teljesít, a pontosság stabilan >99.5%, és 99.8%-os csúcspontot ér el a teljes minta tesztjeiben. A Metódus 1 pontossági csúcspont/alsópontja 98.88%/98.50%, a Metódus 2 pontossági tartománya 97.50% - 97.83%. A legjobb Metódus 1-hez képest ez a módszer 0.92 %-ponttal javítja a pontosságot, közelítve a 100.00% elméleti határértékhez, így ellenőrizve a 750 kV szélső reaktor rezgési tesztelésének és hibaelemzésének pontossági előnyét.

A teljesítmény értékelésére a hiba felismerési pontosságot használták alapindikátorként. A tesztek azt mutatják, hogy a detektálás pontossága stabilizálódik 99.50% - 99.80% között, megerősítve a két funkció hatékonyságát: a 750 kV reaktor rezgési jellemzőinek pontos mérését és a megbízható hibadiagnosztikát.

3 Következtetés

A kutatások azt mutatják, hogy ha egy magasfeszültségű szélső reaktor vasalja lökdöng, a rezgési jel idő-frekvenciai jellemzői rendszeresen változnak. Paraméterek, mint például az amplitúdó ingadozás, a szórás, és a 200 Hz energia arányának elemzése segíthet a állapot kiértékelésében. A jellemző frekvencia sávok, mint például a 200 Hz, 300 Hz, és 500 Hz, a munkafeltételekkel vannak összefüggésben. A diagnosztikai modell jól sikerül a hibák azonosítása. A rezgések online monitorozása fel tudja ismerni a vasalj lökdöngését és a tekercs torzulását, és a tesztek ellenőrizték a módszer hatékonyságát.