Nadzor vibracij in diagnostika napak za visokonapetostne shunt reaktorje

1 Tehnologija nadzora vibracij in diagnostike napak za visokonapetostne shunt reaktorje
1.1 Strategija razporeditve meritvenih točk

Vibracijski karakteristični parametri (frekvenca, moč, energija) visokonapetostnih shunt reaktorjev so v celoti zabeleženi v operativnih dnevnikih. Za analizo vibracij se osredotoči na reševanje zapletenosti porazdelitve električnega polja na koncih viti. Količinsko oceni porazdelitev moči polja pod delovno/napetostno previsljivostjo in karakteristike gradienta napetosti longitudinalne izolacije pri previsoki napetosti. Razporeditev meritvenih točk mora ustrezati zahtevam za autentičnost, varnost in strokovno razumno razporeditev vibracij. Zaradi tla visokonapetostnega tla senzorji najboljše postavimo okoli stene rezervoarja. Tla rezervoarja razdelimo na pravokotne enote, geometrijske središče določimo kot standardne točke z sistematično številčenjem, tako da je razdalja med točkami ≤ 50 cm, hkrati pa se uravnava prostor za namestitev in pokritje ključnih območij. Shema razporeditve mora biti dinamično optimizirana glede na strukturo opreme, tehnične specifikacije in varnostne standarde, kar omogoča sledljivost podatkov in upravljanje tveganj.

1.2 Metoda izluščevanja značilnic vibracijskih signalov

Nadzor vibracij visokonapetostnih shunt reaktorjev zbirata značilnice vibracij preko merilnega sistema. Poskusi uporabljajo dva stanja: 75% nominalnega opterečenja in odstranitev mehanskega omejevanja. Vibracije opreme povzročita dva mehanizma: magnetostrikcijski učinek železnega jedra, ki povzroča periodično deformacijo v poprečni in dolžinsko smeri; in nihanje z karakteristično frekvenco 95 Hz na mejnem povihrastu železnega jedra. Občutljivost na vibracije izvira iz elektromagnetno-mehanskega kopliranja. Roztrgana jedra ali deformirane vite povzročajo nepravilne spekter amplitud (95 Hz/150 Hz), časovne valovne oblike in glavne komponente koeficientov. Ustvarimo večdimenzionalni sistem značilnic amplitud, skevne in kurtoze. Raziskave se osredotočajo na nizkonapetostne komponente pod 1 kHz, gradnjo modela karakteristik vibracij z kvantificiranjem časovno-frekvenčnih zakonitosti za podporo diagnostiki napak.

Razdeljen diskretni močni spekter zgoraj predstavlja močni spekter signala, kot je prikazano v enačbi (1).

V enačbi: $N$ pomeni število merilnih vzorcev; $f$ pomeni hitrost vzorčenja; $o(k)$ pomeni vsoto kvadratov amplitud vseh frekvenčnih komponent med -80 Hz in 100 Hz. Zaradi zapletene strukture visokonapetostnih shunt reaktorjev se notranjostni pojavlja več nelinearnih dejavnikov, kot so odboji in lom. Amplituda vsake harmonske komponente se spreminja v različnih pogojih.

1.3 Diagnoza notranjih napak 750 kV visokonapetostnih shunt reaktorjev

Kot ključna naprava za kompenzacijo reaktivne moči v električnih sistemih je operativna zanesljivost visokonapetostnih shunt reaktorjev neposredno povezana z stabilnostjo sistema. Ti kontrolovni reaktorji imajo posebno strukturo in zaplete napak, ki lahko povzročijo tveganje za previsoko tok in previsoko napetost. Vzemimo za primer naprave 750 kV. Velika kapaciteta navidezne napake v kontrolni vitici povzroči neravnovesje števila navidez. Njegove harmonske komponente, poleg DC in sodih redov, imajo superponirane lihe harmonske komponente. Poleg tega, ker se inducirani elektromotorne sile v levi in desni železni stolpički defektne kontrolne vite razlikujejo, se v defektnej fazi kontrolne vite generira neravnotežna inducirana elektromotorna sila $\Δe$, kot je prikazano v enačbi (2).

V enačbi: w je razmerje kratkih zavojnic reaktorja; χ je nominalna napetost kontrolne vite. Amplituda, komponentni koeficient, srednja kvadratna odstopanja v vibracijskem signalu in neravnotežna inducirana elektromotorna sila Δe v enačbi (2) skupaj sestavljajo notranje značilnosti napak reaktorja. Njegova diagnostika napak je prikazana v enačbi (3).

Raziskave kažejo, da je povezanost med značilnicami vibracij in mehanskim stanjem reaktorja močnejša kot z napetostjo, kar lahko učinkovito zmanjša motnje zaradi fluktuacij omrežja. Za normalno delovanje reaktorja 750 kV se generira ravnovesje sodih harmonskih komponent preko njegove tri-fazne strukture. Enofazna napaka bo prekinila ravnovesje harmonskih komponent, in zaradi nizke upornosti kontrolne vite bo nastal tok, ki je petkrat večji od nominalnega prekomernega toka. Ta nepravilen tok bo povzročil, da bo tok stranskega omrežja narastel do petkrat večjega kot normalno, prerazen z harmonskimi spremembami, ki ogrožajo varnost električnega omrežja.

2 Preverjanje poskusa in ocena rezultatov
2.1 Gradnja testne platforme

Simulacijsko okolje je zgrajeno na podlagi dvodimenzionalnega modela simetričnega električnega polja, z numeričnimi metodami za študijo značilnosti električnega polja. Testni sistem pretvori žice in izolacijske komponente reaktorja v tridimenzionalni trdinski model. Skozi grafični vmesnik omogoča parametrizirano nastavitev površinskega naboja vodiča, identifikacijo plavajoče potencialne žice in dinamično vizualizacijo električnega polja.

Za analizo longitudinalne izolacije se uporabi štiri mešane valne oblike: polni val/chopani val na koncu vite, polno valno opterečenje na koncu črte in chopano valno opterečenje na neutralni točki, simulirajo potencialni gradient bobin v različnih delovnih pogojih. V oceni glavne izolacije se zgradi elektromehanski model za koncentracijo električnega polja, s tem se doseže izračun značilnic vibracij in izluščevanje značilnic napak. Model, uporabljen za testiranje, ima nominalno napetost 45 kV, nominalni tok 630 A in nominalno reaktivno upornost 1005 Ω.

2.2 Rezultati testov in analiza

Na tem metodo in dve drugi metodi so izvedeni testi nadzora napak vibracij. Rezultati treh metod so primerjani, kot je prikazano v tabeli 1.

Kot je videti iz podatkov v tabeli 2, se primerja s metodo 1 (največja napaka 56 μm) in metodo 2 (največja napaka 77 μm), največja napaka metode 750 kV visokonapetostnega shunt reaktorja, zasnovana v tem članku, znaša samo 3 μm. V testu 6 je njegov izmerjeni vrednost 30 μm popolnoma enak nastavljeni vrednosti. Največja napaka te metode je zmanjšana za več kot 50 μm v primerjavi s tradicionalnimi metodami, izmerjeni vrednosti so najbližje dejanski vrednosti, kar potrjuje učinkovitost metode.

Test je izvedel spektralno analizo točke merjenja št. 3, nato pa analiziral vzrok za napako. Spektralni diagram točke merjenja št. 3 reaktorja je prikazan na Sliki 1.

Ko glavni magnetni tok prehaja skozi železne ploščice in zračne vrzeli, se oblikuje Maxwellovo silno polje, katerega intenziteta je dvojna kot tok, kar zmanjša energijo magnetnega polja. Spektralna analiza kaže, da je frekvenca vibracij vsake točke merjenja približno 100 Hz, in spekter se ujema s časovnim domenskim vrednostmi vibracij, kar kaže, da vibracije izvirajo iz magnetostrikcijskega učinka glavnega magnetnega cirkuita izolatorja.

Ta raziskava uporablja točnost diagnoze napak kot ključni kazalec, primerja tradicionalno metodo 1, metodo 2 in algoritma tega članka. Na podlagi testnega nabora 1000 primerov: vse tri metode imajo referenčne točnosti >97%. Metoda testiranja in analize napak vibracij tega članka dosega odlične rezultate, s točnostjo stabilno >99,5% in vrhunsko točnostjo 99,8% v celotnem testnem vzorku. Točnost metode 1 dosega vrhunsko/doline 98,88%/98,50%, točnost metode 2 pa je v obsegu 97,50% - 97,83%. V primerjavi z optimalno metodo 1 ta metoda izboljša točnost za 0,92 percentage točk, blizu 100,00% teoretične meje, kar potrjuje prednost točnosti pri testiranju in analizi napak 750 kV shunt reaktorja.

Za oceno učinkovitosti se uporabi točnost prepoznavanja napak kot ključni kazalec. Testi kažejo, da se točnost prepoznavanja stabilizira na 99,50% - 99,80%, kar potrjuje učinkovitost dveh funkcij: točno merjenje značilnic vibracij 750 kV reaktorja in zanesljiva diagnostika napak.

3 Zaključek

Raziskave kažejo, da se časovno-frekvenčne značilnice vibracijskih signalov visokonapetostnega shunt reaktorja, ko je železno jedro prosto, pravilno spreminjajo. Analiza parametrov, kot so amplitudne oscilacije, varianca in energetska delež 200 Hz, lahko oceni stanje. Karakteristični frekvenčni pasovi, kot so 200 Hz, 300 Hz in 500 Hz, so povezani z delovnimi pogoji. Diagnostični model ima dobro sposobnost prepoznavanja napak. Online nadzor vibracij lahko prepozna prosto železno jedro in deformacijo vite, testi pa potrjujejo učinkovitost metode.