Nadzor vibracije i dijagnoza grešaka visokonaponskih šunt reaktora

1 Tehnologija nadzora vibracija i dijagnostike grešaka za visokonaponske paralelne reaktore
1.1 Strategija rasporeda tačaka merenja

Karakteristični parametri vibracija (frekvencija, snaga, energija) visokonaponskih paralelnih reaktora su potpuno zabeleženi u operativnim evidencijama. Za analizu vibracija, fokus se stavlja na rešavanje kompleksnosti raspodele električnog polja na krajevima navoja. Kvantitativno procenjuje se raspodela jakosti polja pod radnim/strujnim prenaprezanjem i karakteristike gradijenta napona pri prekomernom napajanju duž longitudinalne izolacije. Raspored tačaka merenja mora ispunjavati zahteve autentičnosti vibracija, bezbednosti i inženjerske racionalnosti. Zbog rizika od visokog napona na vrhu rezervoara, senzori se preferirano postavljaju oko strane rezervoara. Spoljna površina rezervoara se deli na pravougaone jedinice, geometrijska središta se postavljaju kao standardne tačke sa sistematskim numerisanjem, obezbeđujući da je rastojanje tačaka ≤ 50 cm, balansirajući prostor za montažu i pokrivenje ključnih oblasti. Shema rasporeda treba da se dinamički optimizuje na osnovu strukture opreme, tehničkih specifikacija i standarda bezbednosti, omogućavajući sledljivost podataka i kontrolu rizika.

1.2 Metod ekstrakcije karakteristika signala vibracija

Nadzor vibracija visokonaponskih paralelnih reaktora prikuplja karakteristike vibracija kroz sistem senzora. Eksperimenti koriste dva uslova: 75% nominalnog opterećenja i uklanjanje mehaničkih ograničenja. Vibracija opreme je pokretna dva mehanizma: magnetostriktivni efekat željeznog jezgra koji dovodi do periodične deformacije bočno i dužinsko; alternativne elektromagnetne sile koje indukuju karakterističnu vibraciju od 95 Hz na granici među željeznim jezgrom i raskorakom. Osetljivost na vibraciju proizilazi iz elektromehaničkog spajanja. Loše utačene jezgre ili deformedi navoji dovode do abnormalnih amplitudnih spektara (95 Hz/150 Hz), vremenskih talasa i koeficijenata glavnih komponenti. Konstruiše se višedimenzioni sistem karakteristika amplituda, asimetrije i kurtoze. Istraživanje se fokusira na niskofrekventne komponente ispod 1 kHz, građenjem modela karakteristika vibracija kvantifikacijom zakona vremenske-frekventne domene kako bi se podržala dijagnostika grešaka.

Segmentovani diskretni spektar snage iznad predstavlja spektar snage signala, kao u Formuli (1).

U formuli: $N$ jeste broj tačaka uzorkovanja merenja; $f$ jeste stopa uzorkovanja; $o(k)$ jeste zbir kvadrata amplituda svih frekvencijskih komponenti između -80 Hz i 100 Hz. Zbog kompleksne strukture visokonaponskih paralelnih reaktora, unutrašnjost sadrži mnogo nelinearnih faktora poput refleksije i refrakcije. Amplituda svake harmonijske komponente varira pod različitim uslovima.

1.3 Dijagnoza internih grešaka 750 kV visokonaponskih paralelnih reaktora

Kao ključni uređaj za kompenzaciju reaktivne snage u sistemu, operativna pouzdanost visokonaponskih paralelnih reaktora direktno se odnosi na stabilnost sistema. Ovi kontrolisani reaktori imaju posebnu strukturu i složene mehanizme grešaka, a greške mogu dovesti do prekomernih struja i prekomernih napona. Uzmimo za primer 750 kV uređaje. Veliki kapacitet greške navoja kontrolnog navoja dovodi do neravnoteže broja navoja. Njegove harmonijske komponente, pored DC i četvororednih, imaju superponirane neparne harmonijske. Takođe, budući da se indukovane elektromotornice u levoj i desnoj stubici greškog kontrolnog navoja razlikuju, generiše se neravnoteža indukovane elektromotornice $\Δe$ u greškom faznom kontrolnom navoju, kao što je prikazano u Formuli (2).

U formuli: w jeste odnos prekidnog navoja reaktora; χ jeste nominalni napon kontrolnog navoja. Amplituda, koeficijent komponenti, srednja kvadratna devijacija u signalu vibracije i neravnoteža indukovane elektromotornice Δe u Formuli (2) zajedno čine interne karakteristike grešaka reaktora. Dijagnoza grešaka prikazana je u Formuli (3).

Istraživanja pokazuju da je veza između karakteristika vibracija i mehaničkog stanja reaktora jača nego sa naponom, što može efektivno smanjiti smetnje fluktuacije mreže. Za 750 kV reaktor u normalnoj operaciji, generiše se ravnoteža četvororednih harmonijskih kroz njegovu trofaznu strukturu. Jednofazna greška će rušiti harmonijsku ravnotežu, a zbog niske otpornosti kontrolnog navoja, generiše se struja pet puta veća od nominalne. Ova anormalna struja dovodi do porasta struje na strani mreže na pet puta veće od normalne, uz harmonijsku distorziju, što ugrožava bezbednost mreže.

2 Testiranje i procena rezultata
2.1 Izgradnja test platforme

Simulacioni okruženje se gradi na osnovu dvodimenzionalnog modela simetričnog električnog polja, sa numeričkim metodama za studiju karakteristika električnog polja. Test sistem transformiše žice i izolacione komponente reaktora u 3D solidni model. Preko grafičkog interfejsa omogućava parametarsko podešavanje površinskog naboja vodilja, identifikaciju plivajućeg potencijala žica i vizualizaciju dinamičkog električnog polja.

Za analizu longitudinalne izolacije, koriste se četiri modusa mešovitih talasa: puni talas/isključeni talas na kraju navoja, puni talas na kraju linije i isključeni talas na neutralnoj tački, simulirajući raspodelu potencijalnog gradijenta navoja pod različitim radnim uslovima. U oceni glavne izolacije, gradi se elektromehanički model za koncentrisane oblasti električnog polja, ostvarujući izračunavanje karakteristika vibracije i ekstrakciju karakteristika grešaka. Koristi se model sa nominalnim naponom od 45 kV, nominalnom strujom od 630 A i nominalnom reaktancijom od 1005 Ω.

2.2 Rezultati i analiza testiranja

Testovi grešaka vibracija su izvršeni na metodu predstavljenu u ovom radu i na dve druge metode. Rezultati tri metode su upoređeni, kao što je prikazano u Tabeli 1.

Kao što se može videti iz podataka u Tabeli 2, u poređenju sa Metodom 1 (maksimalna greška od 56 μm) i Metodom 2 (maksimalna greška od 77 μm), maksimalna greška metode testiranja vibracija 750 kV visokonaponskog paralelnog reaktora dizajnirane u ovom radu iznosi samo 3 μm. U Testu 6, detektovana vrednost od 30 μm je potpuno u skladu sa postavljenom vrednošću. Maksimalna greška metode u ovom radu je smanjena za preko 50 μm u odnosu na tradicionalne metode, a detektovana vrednost je najbliža stvarnoj vrednosti, verificirajući efikasnost metode.

Test je izvršio spektralnu analizu na tački merenja broj 3, a zatim analizirao uzrok greške. Spektralni dijagram tačke merenja broj 3 reaktora prikazan je na Slici 1.

Kada glavna magnetna kruna prođe kroz željezne keke i vazdušne raskorake, formira se Maxwellovo silno polje, sa intenzitetom dva puta većim od struje, smanjujući energiju magnetskog polja. Spektralna analiza pokazuje da je frekvencija vibracija svake tačke merenja ~100 Hz, a spektar se poklapa sa vrednostima vibracija u vremenskoj domeni, ukazujući da vibracije proizilaze iz magnetostriktivnog efekta glavnog izolatora magnetske krune.

Ovo istraživanje koristi tačnost dijagnoze grešaka kao ključni indikator, upoređujući tradicionalnu Metodu 1, Metodu 2 i algoritam predstavljen u ovom radu. Na osnovu test skupa od 1000 slučajeva: sve tri metode imaju referentnu tačnost >97%. Metoda testiranja i analize grešaka vibracija predstavljena u ovom radu izrazito se izdvaja, sa tačnošću stabilno >99.5% i vrhuncem od 99.8% u testovima na celom uzorku. Vrhunac/valjak tačnosti Metode 1 iznosi 98.88%/98.50%, a raspon tačnosti Metode 2 iznosi 97.50% - 97.83%. U poređenju sa najboljom Metodom 1, ova metoda poboljšava tačnost za 0.92 procentualnih poena, približavajući se teorijskom limesu od 100.00%, verificirajući prednost tačnosti za testiranje i analizu grešaka vibracija 750 kV paralelnih reaktora.

Da bi se procenila performansa, eksperiment koristi tačnost prepoznavanja grešaka kao ključni indikator. Testovi pokazuju da se tačnost detekcije stabilizuje na 99.50% - 99.80%, potvrđujući dualnu funkcionalnost: tačno merenje karakteristika vibracija 750 kV reaktora i pouzdanu dijagnozu grešaka.

3 Zaključak

Istraživanja pokazuju da se kada je željezno jezgro visokonaponskog paralelnog reaktora slabo, vremensko-frekventne karakteristike signala vibracija menjaju regularno. Analizirajući parametre poput fluktuacije amplituda, varijanse i proporcije energije na 200 Hz, može se proceniti stanje. Karakteristični frekvencijski pojasi poput 200 Hz, 300 Hz i 500 Hz su povezani sa radnim uslovima. Model dijagnoze ima dobru sposobnost identifikacije grešaka. Online nadzor vibracija može identifikovati slabo željezno jezgro i deformaciju navoja, a testovi verificiraju efikasnost metode.