Trillingen Monitoring en Foutdiagnose voor Hoogspanningsparallelreactoren

1 Trillingenmonitoring en foutdiagnose technologie voor hoge-spanningsparalelreactoren
1.1 Strategie voor de indeling van meetpunten

Trillingskenmerkparameters (frequentie, vermogen, energie) van hoge-spanningsparalelreactoren worden volledig in bedrijfslogboeken vastgelegd. Voor trillingsanalyse is de focus gericht op het oplossen van de complexiteit van het elektrisch veldverdeling aan de windingeinden. Kwantitatief evalueren van het veldsterkteverdeling onder bedrijfs- en bliksemoverspanning en de spanninggradientkenmerken van de longitudinale isolatie bij overbelasting. De indeling van meetpunten moet voldoen aan de eisen van trillingsauthenticiteit, veiligheid en ingenieurslogica. Vanwege het hoge-spanningsrisico bovenop de tank, worden sensoren liever rond de tankwand geplaatst. Verdeel de buitenkant van de tank in rechthoekige eenheden, stel de geometrische centra in als standaardpunten met systematische nummering, zodat de puntenafstand ≤ 50 cm is, waarmee de installatieruimte en de dekkingsgraad van belangrijke gebieden in balans zijn. Het plaatsingsplan moet dynamisch worden geoptimaliseerd op basis van de apparatuurstructuur, technische specificaties en veiligheidsnormen, om gegevensnaspeurbaarheid en risicobeheersing te mogelijk maken.

1.2 Methode voor het extraheren van trillingsignaalkenmerken

De trillingsmonitoring van hoge-spanningsparalelreactoren verzamelt trillingskenmerken via een sensor-systeem. Experimenten gebruiken twee omstandigheden: 75% nominale belasting en verwijdering van mechanische beperkingen. De trillingen van de apparatuur worden veroorzaakt door twee mechanismen: de magnetostriktieve werking van de ijzerkern die periodieke laterale/longitudinale vervormingen veroorzaakt; en de wisselende elektromagnetische kracht die kenmerkende trillingen van 95 Hz op de grens tussen de ijzerkern en de luchtgap veroorzaakt. De trillingsgevoeligheid komt voort uit de elektromechanische koppeling. Losse kernen of vervormde windingen veroorzaken abnormale amplitudespectra (95 Hz/150 Hz), tijdsdomein-golfformen en hoofdcomponentcoëfficiënten. Bouw een multidimensioneel kenmerksysteem van amplitude, scheefheid en kurtosis. Onderzoek richt zich op laagfrequente componenten onder 1 kHz, waarbij een trillingskenmerkmodel wordt opgebouwd door tijd-frequentie-wetten te quantificeren ter ondersteuning van foutdiagnose.

Het gesegmenteerde discrete vermogensspectrum hierboven vertegenwoordigt een signaalvermogensspectrum, zoals in Formule (1).

In de formule: $N$ is het aantal meetmonsterpunten; $f$ is de monsterfrequentie; $o(k)$ is de som van de kwadraten van de amplituden van alle frequentiecomponenten tussen -80 Hz en 100 Hz. Vanwege de complexe structuur van hoge-spanningsparalelreactoren, komen er binnen meerdere niet-lineaire factoren voor, zoals reflectie en refractie. De amplitude van elke harmonische component varieert onder verschillende omstandigheden.

1.3 Diagnose van interne fouten van 750 kV hoge-spanningsparalelreactoren

Als een kernreactieve vermogenscompensatieapparaat in elektriciteitsnetwerken, is de operationele betrouwbaarheid van hoge-spanningsparalelreactoren direct gerelateerd aan de systeemstabiliteit. Deze bestuurlijke reactoren hebben een speciale structuur en complexe foutechanismen, en fouten kunnen overstroom- en overspanningsrisico's veroorzaken. Neem 750 kV-apparaten als voorbeeld. Een grote capaciteit lus-naar-lusfout in de controlewinding veroorzaakt een onbalans in het aantal windingen. Zijn harmonische componenten, naast DC en even orde, hebben gestapelde oneven orde harmonischen. Bovendien, omdat de geïnduceerde elektromotiviteiten in de linker- en rechterkernkolommen van de defecte controlewinding verschillen, ontstaat er een onbalans in de geïnduceerde elektromotiviteit $\Δe$ in de defecte fase-controlewinding, zoals weergegeven in Formule (2).

In de formule: w is de kortsluitinglusverhouding van de reactor; χ is de nominale spanning van de controlewinding. De amplitude, componentcoëfficiënt, gemiddelde kwadratische afwijking in het trillingsignaal, en de onbalans in de geïnduceerde elektromotiviteit Δe in Formule (2) vormen samen de interne foutkenmerken van de reactor. De foutdiagnose wordt weergegeven in Formule (3).

Studies tonen aan dat de correlatie tussen trillingskenmerken en de mechanische staat van de reactor sterker is dan die met spanning, wat effectief kan helpen om storingen in het elektriciteitsnetwerk te onderdrukken. Voor een 750 kV-reactor in normale bedrijfsomstandigheden genereert deze even orde harmonischen door zijn driefase-structuur. Een enkelvoudige foute zal de harmonische balans verstoren, en door de laagohms karakteristiek van de controlewinding zal een stroom van vijf keer de nominale overstroom worden geproduceerd. Deze abnormale stroom zorgt ervoor dat de netzijdestroom toeneemt tot vijf keer het normale niveau, vergezeld van harmonische vervorming, wat de veiligheid van het elektriciteitsnetwerk bedreigt.

2 Testverificatie en resultatevaluatie
2.1 Opbouw van testplatform

Een simulatieomgeving wordt opgezet op basis van een tweedimensionaal axiaalsymmetrisch elektrisch veldmodel, waarbij numerieke methoden worden gebruikt om elektrische veldkenmerken te bestuderen. Het test systeem transformeert reactorlijnen en isolatiecomponenten naar een driedimensionaal massief model. Via de grafische interface kan dit parametergebaseerde instellingen van geleideroppervlaktebelading, identificatie van lijnfloating potential, en dynamische visualisatie van elektrisch veld mogelijk maken.

Voor de analyse van longitudinale isolatie worden vier gemengde golfformen gebruikt: volgolf/chopped-wave excitatie aan het einde van de winding, volgolf-belasting aan het lijneinde, en chopped-wave-belasting aan het neutrale punt, simulerend de spoel potentiaalgradiëntverdeling onder verschillende werkcondities. In de evaluatie van de hoofdisolatie wordt een elektromechanisch gekoppelde model opgebouwd voor elektrisch veldconcentratiegebieden, waarmee berekening van trillingskenmerken en extractie van foutkenmerken mogelijk wordt. Het geteste model heeft een nominale spanning van 45 kV, een nominale stroom van 630 A, en een nominale reactance van 1005 Ω.

2.2 Testresultaten en -analyse

Trillingsfouttests worden uitgevoerd met behulp van de methode beschreven in dit artikel en twee andere methoden. De testresultaten van de drie methoden worden vergeleken, zoals weergegeven in Tabel 1.

Zoals uit de gegevens in Tabel 2 blijkt, is de maximale fout van de 750 kV hoge-spanningsparalelreactor trillingstestmethode ontworpen in dit artikel slechts 3 μm, vergeleken met Methode 1 (maximale fout van 56 μm) en Methode 2 (maximale fout van 77 μm). In Test 6 is de gedetecteerde waarde van 30 μm volledig consistent met de ingestelde waarde. De maximale fout van de methode in dit artikel is meer dan 50 μm gereduceerd ten opzichte van traditionele methoden, en de gedetecteerde waarde is het dichtst bij de werkelijke waarde, wat de effectiviteit van de methode bevestigt.

De test voerde spectrumanalyse uit op meetpunt nummer 3, en analyseerde vervolgens de oorzaak van de fout. Het geteste spectrumdiagram van meetpunt nummer 3 van de reactor is weergegeven in Figuur 1.

Wanneer de hoofdmagnetische circuit door ijzerkoeken en luchtgappen gaat, vormt zich een Maxwellkrachtveld, met een intensiteit die twee keer zo groot is als de stroom, wat leidt tot een verminderde magnetische veldenergie. Spectrumanalyse toont aan dat de trillingsfrequentie van elk meetpunt ~100 Hz is, en het spectrum komt overeen met de tijdsdomeintrillingwaarden, wat aangeeft dat de trillingen afkomstig zijn van de magnetostriktieve werking van de hoofdmagnetische circuitisolator.

Dit onderzoek gebruikt de nauwkeurigheid van de foutdiagnose als kernindicatie, vergelijkend traditionele Methode 1, Methode 2, en de algoritme in dit artikel. Op basis van een 1000-cases testset: hebben alle drie de methoden benchmarknauwkeurigheden >97%. De trillingstest- en foutanalysemethode in dit artikel presteert uitstekend, met een stabiele nauwkeurigheid >99,5% en een piek van 99,8% in full-sample tests. De piek/dal nauwkeurigheid van Methode 1 is 98,88%/98,50%, en de nauwkeurigheidsbereik van Methode 2 is 97,50% - 97,83%. Vergelijkend met de optimale Methode 1, verbetert deze methode de nauwkeurigheid met 0,92 procentpunten, naderend de theoretische limiet van 100,00%, wat de nauwkeurigheidsvoordeel bevestigt voor 750 kV paralelreactor trillingstests en foutanalyse.

Om de prestaties te evalueren, gebruikt een experiment de foutherkenningnauwkeurigheid als kernindicatie. Tests tonen aan dat de detectienauwkeurigheid stabiliseert op 99,50% - 99,80%, wat de dubbele functie effectiviteit bevestigt: nauwkeurig meten van 750 kV reactor trillingskenmerken en betrouwbare foutdiagnose.

3 Conclusie

Onderzoek toont aan dat wanneer de ijzerkern van een hoge-spanningsparalelreactor los is, de tijd-frequentiekenmerken van het trillingsignaal regelmatig veranderen. Door parameters zoals amplitudefluctuaties, variantie, en de energieverhouding van 200 Hz te analyseren, kan de staat worden geëvalueerd. Kenmerkfrequentiën zoals 200 Hz, 300 Hz, en 500 Hz zijn gerelateerd aan werkomstandigheden. Het diagnosemodel heeft een goede foutidentificatiecapaciteit. Online trillingmonitoring kan ijzerkernlosheid en windingvervorming identificeren, en de tests bevestigen de effectiviteit van de methode.