Pemantauan Getaran dan Diagnosis Kerosakan untuk Reaktor Seri Tegangan Tinggi

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

Parameter ciri getaran (frekuensi, daya, tenaga) reaktor seri tegangan tinggi dicatat sepenuhnya dalam log operasi. Untuk analisis getaran, fokus pada penyelesaian kompleksitas pembagian medan elektrik di ujung gulungan. Evaluasi kuantitatif pembagian kekuatan medan di bawah overvoltage operasi/petir dan ciri gradien voltan isolasi longitudinal pada over-rated voltage. Tata letak titik pengukuran harus memenuhi keperluan otentisitas getaran, keselamatan, dan rasionaliti kejuruteraan. Kerana risiko tegangan tinggi di atas tangki, sensor sebaiknya diletakkan di sekitar dinding tangki. Bahagian luar tangki dibahagikan kepada unit segi empat, set pusat geometri sebagai titik standard dengan penomboran sistematik, memastikan jarak titik ≤ 50 cm, menyeimbangkan ruang pemasangan dan liputan kawasan penting. Skema tata letak harus dioptimalkan secara dinamik berdasarkan struktur peralatan, spesifikasi teknikal, dan piawaian keselamatan, membolehkan jejak data dan kawalan risiko.

1.2 Kaedah Pengekstrakan Ciri Sinyal Getaran

Pemantauan getaran reaktor seri tegangan tinggi mengumpul ciri getaran melalui sistem sensornya. Eksperimen menggunakan dua keadaan: beban 75% terpapar dan penghapusan kendalian mekanikal. Getaran peralatan dipacu oleh dua mekanisme: kesan magnetostrictive inti besi menyebabkan deformasi periodik lateral/longitudinal; daya elektromagnetik berganti-ganti menginduksi getaran ciri 95 Hz di antara muka inti besi-celah. Sensitiviti getaran berasal dari kawanan elektromekanikal. Inti yang longgar atau gulungan yang bengkok menyebabkan spektrum amplitudo abnormal (95 Hz/150 Hz), bentuk gelombang domain masa, dan pekali komponen utama. Bangunkan sistem ciri multi-dimensi amplitudo, skewness, dan kurtosis. Fokus penyelidikan pada komponen frekuensi rendah di bawah 1 kHz, membina model ciri getaran dengan mengkuantifikasi undang-undang masa-frekuensi untuk menyokong diagnosis kerosakan.

Spektrum kuasa diskret tersegmen di atas mewakili spektrum kuasa sinyal, seperti dalam Formula (1).

Dalam formula: $N$ adalah bilangan titik sampel pengukuran; $f$ adalah kadar sampel; $o(k)$ adalah jumlah kuasa dua amplitudo semua komponen frekuensi antara -80 Hz dan 100 Hz. Kerana struktur reaktor seri tegangan tinggi yang kompleks, beberapa faktor non-linear seperti pantulan dan biasan berlaku di dalam. Amplitudo setiap komponen harmonik berubah-ubah di bawah keadaan yang berbeza.

1.3 Mendiagnosis Kerosakan Dalaman Reaktor Seri Tegangan Tinggi 750 kV

Sebagai peranti kompensasi reaktif utama dalam sistem kuasa, kebolehpercayaan operasional reaktor seri tegangan tinggi berkait langsung dengan kestabilan sistem. Reaktor-reaktor yang boleh dikawal ini mempunyai struktur khas dan mekanisme kerosakan yang kompleks, dan kerosakan mungkin menyebabkan risiko over-arus/over-tegangan. Ambil contoh peranti 750 kV. Kerosakan putaran besar kapasiti antara putaran gulungan kawalan menyebabkan ketidakseimbangan bilangan putaran. Komponen harmoniknya, selain DC dan genap, mempunyai harmonik ganjil yang ditambah. Selain itu, kerana daya gerak listrik yang diinduksi di tiang inti kiri dan kanan gulungan kawalan yang rosak berbeza, daya gerak listrik tidak seimbang $\Δe$ dicipta di dalam gulungan kawalan fasa yang rosak, seperti ditunjukkan dalam Formula (2).

Dalam formula: w adalah nisbah putaran pendek sirkuit reaktor; χ adalah voltan terpapar gulungan kawalan. Amplitudo, pekali komponen, sisihan min kuasa dua dalam isyarat getaran, dan daya gerak listrik tidak seimbang Δe dalam Formula (2) bersama-sama membentuk ciri kerosakan dalaman reaktor. Diagnosis kerosakannya ditunjukkan dalam Formula (3).

Penyelidikan menunjukkan bahawa hubungan antara ciri getaran dan keadaan mekanikal reaktor lebih kuat daripada voltan, yang dapat menekan gangguan fluktuasi grid kuasa dengan efektif. Untuk reaktor 750 kV yang beroperasi normal, ia menghasilkan harmonik genap yang seimbang melalui strukturnya yang tiga fasa. Kerosakan fasa tunggal akan mengganggu keseimbangan harmonik, dan kerana ciri rendah rintangan gulungan kawalan, arus lima kali arus terpapar akan dihasilkan. Arus abnormal ini menyebabkan arus sisi grid melonjak hingga lima kali tahap normal, disertai dengan distorsi harmonik, mengancam keselamatan grid kuasa.

2 Pengesahan Ujian dan Penilaian Keputusan
2.1 Pembinaan Platform Ujian

Suasana simulasi dibina berdasarkan model medan elektrik dua dimensi simetri sumbu, dengan kaedah berangka digunakan untuk mengkaji ciri-ciri medan elektrik. Sistem ujian mentransformasikan wayar dan komponen isolasi reaktor menjadi model pepejal 3D. Melalui antara muka grafik, ia membolehkan penyetelan parameter muatan permukaan konduktor, pengenalpastian potensi mengambang wayar, dan visualisasi medan elektrik dinamik.

Untuk analisis isolasi longitudinal, empat mod pembezaan gelombang campuran digunakan: rangsangan gelombang penuh/gelombang dipotong di hujung gulungan, beban gelombang penuh di hujung garis, dan beban gelombang dipotong di titik neutral, mensimulasikan pembagian gradien potensi kumparan di bawah keadaan kerja yang berbeza. Dalam penilaian isolasi utama, model pengkawanan elektromekanikal dibina untuk kawasan konsentrasi medan elektrik, mewujudkan pengiraan ciri getaran dan pengekstrakan ciri kerosakan. Model yang digunakan dalam ujian mempunyai voltan terpapar 45 kV, arus terpapar 630 A, dan reaktansi terpapar 1005 Ω.

2.2 Keputusan Ujian dan Analisis

Ujian kerosakan getaran dijalankan pada kaedah dalam artikel ini dan dua kaedah lain. Keputusan ujian tiga kaedah tersebut dibandingkan, seperti ditunjukkan dalam Jadual 1.

Seperti yang dapat dilihat dari data dalam Jadual 2, berbanding dengan Kaedah 1 (kesalahan maksimum 56 μm) dan Kaedah 2 (kesalahan maksimum 77 μm), kesalahan maksimum kaedah ujian getaran reaktor seri tegangan tinggi 750 kV yang direka dalam artikel ini hanya 3 μm. Dalam Ujian 6, nilai yang dikesan 30 μm sepenuhnya sesuai dengan nilai yang ditetapkan. Kesalahan maksimum kaedah dalam artikel ini berkurang lebih dari 50 μm berbanding dengan kaedah tradisional, dan nilai yang dikesan paling dekat dengan nilai sebenar, mengesahkan keberkesanan kaedah tersebut.

Ujian yang dilakukan menganalisis spektrum pada titik pengukuran No. 3, dan kemudian menganalisis sebab kerosakan. Gambaran spektrum ujian titik pengukuran No. 3 reaktor ditunjukkan dalam Gambar 1.

Apabila litar magnet utama melalui kepingan besi dan jurang udara, medan daya Maxwell terbentuk, dengan intensiti dua kali arus, mengurangkan tenaga medan magnet. Analisis spektrum menunjukkan frekuensi getaran setiap titik pengukuran adalah ~100 Hz, dan spektrum sejajar dengan nilai getaran domain masa, menunjukkan getaran berasal dari kesan magnetostrictive insulator litar magnet utama.

Penyelidikan ini menggunakan ketepatan diagnosis kerosakan sebagai penunjuk utama, membandingkan Kaedah Tradisional 1, Kaedah 2, dan algoritma dalam artikel ini. Berdasarkan set ujian 1000 kes: ketiga-tiga kaedah mempunyai ketepatan benchmark >97%. Kaedah ujian getaran dan analisis kerosakan dalam artikel ini berprestasi luar biasa, dengan ketepatan stabil >99.5% dan puncak 99.8% dalam ujian sampel penuh. Puncak/lembah ketepatan Kaedah 1 adalah 98.88%/98.50%, dan julat ketepatan Kaedah 2 adalah 97.50% - 97.83%. Berbanding dengan Kaedah 1 terbaik, kaedah ini meningkatkan ketepatan sebanyak 0.92 persen, mendekati had teori 100.00%, mengesahkan kelebihan ketepatan untuk ujian getaran dan analisis kerosakan reaktor seri 750 kV.

Untuk menilai prestasi, eksperimen menggunakan ketepatan pengenalan kerosakan sebagai penunjuk utama. Ujian menunjukkan ketepatan pengesanan stabil pada 99.50% - 99.80%, mengesahkan keberkesanan dual-fungsi: mengukur ciri getaran reaktor 750 kV dengan tepat dan mendiagnosis kerosakan dengan andal.

3 Kesimpulan

Penyelidikan menunjukkan bahawa apabila inti besi reaktor seri tegangan tinggi longgar, ciri-ciri masa-frekuensi isyarat getaran berubah secara beraturan. Menganalisis parameter seperti fluktuasi amplitudo, varians, dan peratusan tenaga 200 Hz dapat menilai keadaan. Banda frekuensi ciri seperti 200 Hz, 300 Hz, dan 500 Hz berkaitan dengan keadaan kerja. Model diagnosis mempunyai keupayaan pengenalan kerosakan yang baik. Pemantauan online getaran dapat mengenal pasti longgaran inti besi dan deformasi gulungan, dan ujian mengesahkan keberkesanan kaedah tersebut.