Pemantauan Getaran dan Diagnosa Kerusakan untuk Reaktor Seri Tegangan Tinggi

1 Teknologi Pemantauan Getaran dan Diagnosa Kegagalan untuk Reaktor Seri Tegangan Tinggi
1.1 Strategi Tata Letak Titik Pengukuran

Parameter karakteristik getaran (frekuensi, daya, energi) dari reaktor seri tegangan tinggi dicatat secara lengkap dalam log operasi. Untuk analisis getaran, fokus pada penyelesaian kompleksitas distribusi medan listrik di ujung lilitan. Evaluasi kuantitatif distribusi kekuatan medan di bawah tegangan operasi/overvoltage petir dan karakteristik gradien tegangan isolasi longitudinal pada over-rated voltage. Tata letak titik pengukuran harus memenuhi persyaratan keaslian getaran, keselamatan, dan rasionalitas teknik. Karena risiko tegangan tinggi di bagian atas tangki, sensor sebaiknya ditempatkan di sekitar dinding tangki. Bagilah permukaan luar tangki menjadi unit persegi panjang, tetapkan pusat geometris sebagai titik standar dengan penomoran sistematis, memastikan jarak titik ≤ 50 cm, menyeimbangkan ruang pemasangan dan cakupan area kunci. Skema tata letak harus dioptimalkan secara dinamis berdasarkan struktur peralatan, spesifikasi teknis, dan standar keselamatan, memungkinkan pelacakan data dan kontrol risiko.

1.2 Metode Ekstraksi Fitur Sinyal Getaran

Pemantauan getaran pada reaktor seri tegangan tinggi mengumpulkan fitur getaran melalui sistem sensor. Eksperimen menggunakan dua kondisi: beban 75% kapasitas dan penghapusan kendala mekanis. Getaran peralatan didorong oleh dua mekanisme: efek magnetostrictif inti besi yang menyebabkan deformasi periodik lateral/longitudinal; gaya elektromagnetik bolak-balik yang menginduksi getaran karakteristik 95 Hz di antarmuka celah inti besi. Sensitivitas getaran berasal dari keterkaitan elektromekanis. Inti yang longgar atau lilitan yang bengkok menyebabkan spektrum amplitudo abnormal (95 Hz/150 Hz), bentuk gelombang domain waktu, dan koefisien komponen utama. Bangunlah sistem fitur multidimensi dari amplitudo, skewness, dan kurtosis. Penelitian fokus pada komponen frekuensi rendah di bawah 1 kHz, membangun model karakteristik getaran dengan mengkuantifikasi hukum waktu-frekuensi untuk mendukung diagnosa kegagalan.

Spektrum daya diskrit tersegmentasi di atas mewakili spektrum daya sinyal, seperti dalam Rumus (1).

Dalam rumus: $N$ adalah jumlah titik sampel pengukuran; $f$ adalah laju sampling; $o(k)$ adalah jumlah kuadrat amplitudo semua komponen frekuensi antara -80 Hz dan 100 Hz. Karena struktur reaktor seri tegangan tinggi yang kompleks, beberapa faktor nonlinier seperti refleksi dan refraksi terjadi di dalam. Amplitudo setiap komponen harmonis bervariasi di bawah kondisi yang berbeda.

1.3 Mendiagnosis Kegagalan Internal pada Reaktor Seri Tegangan Tinggi 750 kV

Sebagai perangkat kompensasi reaktif inti dalam sistem tenaga, keandalan operasional reaktor seri tegangan tinggi secara langsung terkait dengan stabilitas sistem. Reaktor-reaktor terkontrol ini memiliki struktur khusus dan mekanisme kegagalan yang kompleks, dan kegagalan dapat menyebabkan risiko over-current/over-voltage. Ambillah perangkat 750 kV sebagai contoh. Kegagalan lilitan putaran besar kapasitas pada lilitan kontrol menyebabkan ketidakseimbangan jumlah putaran. Komponen harmonisnya, selain DC dan orde genap, memiliki superposisi harmonis orde ganjil. Selain itu, karena gaya elektromotif yang diinduksi pada kolom inti kiri dan kanan lilitan kontrol yang rusak berbeda, terbentuk gaya elektromotif tidak seimbang $\Δe$ pada lilitan kontrol fase yang rusak, seperti ditunjukkan dalam Rumus (2).

Dalam rumus: w adalah rasio putaran pendek sirkuit reaktor; χ adalah tegangan nominal lilitan kontrol. Amplitudo, koefisien komponen, deviasi kuadrat rata-rata dalam sinyal getaran, dan gaya elektromotif tidak seimbang Δe dalam Rumus (2) bersama-sama membentuk karakteristik kegagalan internal reaktor. Diagnosanya ditunjukkan dalam Rumus (3).

Penelitian menunjukkan bahwa korelasi antara karakteristik getaran dan keadaan mekanis reaktor lebih kuat daripada dengan tegangan, yang dapat secara efektif menekan gangguan fluktuasi jaringan listrik. Untuk reaktor 750 kV dalam operasi normal, ia menghasilkan harmonis orde genap yang seimbang melalui struktur tiga fasanya. Kegagalan satu fase akan mengganggu keseimbangan harmonis, dan karena sifat rendah resistansi lilitan kontrol, arus lima kali over-current rated akan dihasilkan. Arus abnormal ini menyebabkan arus sisi jaringan melonjak hingga lima kali level normal, disertai distorsi harmonis, mengancam keamanan jaringan listrik.

2 Verifikasi Uji dan Evaluasi Hasil
2.1 Pembangunan Platform Uji

Lingkungan simulasi dibangun berdasarkan model medan listrik dua dimensi sumbu simetri, dengan metode numerik digunakan untuk mempelajari karakteristik medan listrik. Sistem uji mentransformasikan kawat dan komponen isolasi reaktor menjadi model padat 3D. Melalui antarmuka grafis, memungkinkan pengaturan parameterisasi muatan permukaan konduktor, identifikasi potensial mengambang kawat, dan visualisasi medan listrik dinamis.

Untuk analisis isolasi longitudinal, empat mode gelombang campuran digunakan: eksitasi full-wave/chopped-wave di ujung lilitan, beban full-wave di ujung garis, dan beban chopped-wave di titik netral, mensimulasikan distribusi gradien potensial lilitan di bawah kondisi kerja yang berbeda. Dalam evaluasi isolasi utama, model keterkaitan elektromekanis dibangun untuk daerah konsentrasi medan listrik, mewujudkan perhitungan karakteristik getaran dan ekstraksi fitur kegagalan. Model yang digunakan dalam uji memiliki tegangan nominal 45 kV, arus nominal 630 A, dan reaktansi nominal 1005 Ω.

2.2 Hasil Uji dan Analisis

Uji kegagalan getaran dilakukan pada metode dalam makalah ini dan dua metode lainnya. Hasil uji ketiga metode dibandingkan, seperti ditunjukkan dalam Tabel 1.

Seperti yang dapat dilihat dari data dalam Tabel 2, dibandingkan dengan Metode 1 (kesalahan maksimum 56 μm) dan Metode 2 (kesalahan maksimum 77 μm), kesalahan maksimum metode pengujian getaran reaktor seri tegangan tinggi 750 kV yang dirancang dalam makalah ini hanya 3 μm. Dalam Uji 6, nilai deteksinya 30 μm sepenuhnya sesuai dengan nilai yang ditetapkan. Kesalahan maksimum metode dalam makalah ini dikurangi lebih dari 50 μm dibandingkan dengan metode tradisional, dan nilai deteksi paling dekat dengan nilai aktual, memverifikasi efektivitas metode.

Uji tersebut melakukan analisis spektrum pada titik pengukuran No. 3, dan kemudian menganalisis penyebab kegagalannya. Diagram spektrum hasil uji titik pengukuran No. 3 reaktor ditunjukkan dalam Gambar 1.

Ketika sirkuit magnet utama melewati kue besi dan celah udara, terbentuk lapangan gaya Maxwell, dengan intensitas dua kali arus, mengurangi energi medan magnet. Analisis spektrum menunjukkan frekuensi getaran setiap titik pengukuran sekitar 100 Hz, dan spektrum sesuai dengan nilai getaran domain waktu, menunjukkan getaran berasal dari efek magnetostrictif insulator sirkuit magnet utama.

Penelitian ini menggunakan akurasi diagnosa kegagalan sebagai indikator inti, membandingkan Metode Tradisional 1, Metode 2, dan algoritma dalam makalah ini. Berdasarkan set uji 1000 kasus: ketiga metode memiliki akurasi benchmark >97%. Metode pengujian getaran dan analisis kegagalan dalam makalah ini menunjukkan performa luar biasa, dengan akurasi stabil >99,5% dan puncak 99,8% dalam uji sampel penuh. Puncak/lembah akurasi Metode 1 adalah 98,88%/98,50%, dan rentang akurasi Metode 2 adalah 97,50% - 97,83%. Dibandingkan dengan Metode 1 optimal, metode ini meningkatkan akurasi sebesar 0,92 poin persentase, mendekati batas teoretis 100,00%, memverifikasi keunggulan akurasi untuk pengujian getaran dan analisis kegagalan reaktor seri 750 kV.

Untuk mengevaluasi kinerja, percobaan menggunakan akurasi pengenalan kegagalan sebagai indikator inti. Uji menunjukkan akurasi deteksi stabil pada 99,50% - 99,80%, mengkonfirmasi efektivitas fungsi ganda: mengukur karakteristik getaran reaktor 750 kV dengan akurat dan mendiagnosis kegagalan dengan andal.

3 Kesimpulan

Penelitian menunjukkan bahwa ketika inti besi reaktor seri tegangan tinggi longgar, karakteristik waktu-frekuensi sinyal getaran berubah secara teratur. Dengan menganalisis parameter seperti fluktuasi amplitudo, varians, dan proporsi energi 200 Hz, dapat dievaluasi keadaannya. Band frekuensi karakteristik seperti 200 Hz, 300 Hz, dan 500 Hz terkait dengan kondisi kerja. Model diagnosa memiliki kemampuan identifikasi kegagalan yang baik. Pemantauan online getaran dapat mengidentifikasi longgar inti besi dan deformasi lilitan, dan uji-uji memverifikasi efektivitas metode.