Vibrationsovervakning och fel diagnos för högspännings parallellreaktorer

1 Vibration Monitoring and Fault Diagnosis Technology for High - Voltage Shunt Reactors
1.1 Mätplatslayoutstrategi

Vibrationsegenskaper (frekvens, effekt, energi) för högspänningsparallellreaktorer dokumenteras fullständigt i driftloggar. För vibrationsanalys fokuserar man på att lösa komplexiteten i elektriska fältfördelningen vid spärrningsändar. Man utvärderar kvantitativt fältstyrkefördelning under drift/ljusningsöverspänning och spänningsgradientsegenskaper för longitudinell isolering vid överbelastning. Mätplatslayouten måste uppfylla kraven på vibrationsautenticitet, säkerhet och ingenjörsmässig rationellhet. På grund av högspänningsrisk vid tanktoppen placeras sensorerna föredraget runt tankväggarna. Dela upp ytterytan av tanken i rektangulära enheter, sätt geometriska centrum som standardpunkter med systematisk numrering, vilket garanterar punktavstånd ≤ 50 cm, balanserar installationsutrymme och täckning av viktiga områden. Layoutschemat bör dynamiskt optimeras baserat på utrustningsstruktur, tekniska specifikationer och säkerhetsstandarder, vilket möjliggör dataspårbarhet och riskkontroll.

1.2 Extraktionsmetod för vibrationsignalskaraktäristika

Vibrationsovervakning av högspänningsparallellreaktorer samlar in vibrationskaraktäristika via ett sensorsystem. Experiment utförs under två förhållanden: 75% av nominalbelastning och borttagning av mekaniska begränsningar. Utrustningsvibration drivs av två mekanismer: järnkärnens magnetostriktiveffekt som orsakar periodiska deformationer i sidled/längdled; alternerande elektromagnetisk kraft som inducerar karakteristisk vibration på 95 Hz vid gränssnittet mellan järnkärna och luftgap. Vibrationskänslighet härstammar från elektromekanisk koppling. Löst järn eller deformerede vindningar orsakar ovanliga amplitudspektra (95 Hz/150 Hz), tidsdomänsvågor och huvudkomponentkoefficienter. Bygger en flerdimensionell karaktäristiksystem av amplitud, skevhet och kurts. Forskningen fokuserar på lågfrekventa komponenter under 1 kHz, bygger en vibrationskaraktäristikmodell genom kvantisering av tid-frekvenslagar för att stödja felidentifiering.

Det segmenterade diskreta effektspektrum som visas ovan representerar ett signal effektspektrum, som i Formel (1).

I formeln: $N$ är antalet mätpunkter; $f$ är provtagningsfrekvensen; $o(k)$ är summan av kvadraterna av amplituderna för alla frekvenskomponenter mellan -80 Hz och 100 Hz. På grund av den komplexa strukturen hos högspänningsparallellreaktorer inträffar flera icke-linjära faktorer som reflektion och brytning inuti. Amplituden för varje harmonisk komponent varierar under olika förhållanden.

1.3 Diagnos av interna fel i 750 kV högspänningsparallellreaktorer

Som en central reaktiv effektkompensationsenhet i elsystem är driftsäkerheten för högspänningsparallellreaktorer direkt relaterad till systemets stabilitet. Dessa kontrollerbara reaktorer har en speciell struktur och komplexa felmekanismer, och fel kan orsaka överströmning/överspänningsrisker. Ta 750 kV-enheter som exempel. En stor kapacitetsvindningsfel i kontrollvindningen orsakar en vindningsbalans. Dess harmoniska komponenter, förutom DC- och jämnordningsharmoniker, har superponerade udda ordningsharmoniker. Dessutom eftersom de inducerade elektromotoriska krafterna i den vänstra och högra kärnstolpen av den defekta kontrollvindningen skiljer sig åt, genereras en obalanserad inducerad elektromotorisk kraft $\Δe$ i den defekta fasens kontrollvindning, som visas i Formel (2).

I formeln: w är kortslutningsvindningsförhållandet för reaktorn; χ är den nominella spänningen för kontrollvindningen. Amplituden, komponentkoefficienten, medelkvadratavvikelsen i vibrationsignalen och den obalanserade inducerade elektromotoriska kraften Δe i Formel (2) tillsammans utgör de interna felkaraktäristikerna för reaktorn. Dess felidentifiering visas i Formel (3).

Studier visar att korrelationen mellan vibrationskaraktäristik och den mekaniska tillståndet för reaktorn är starkare än den med spänning, vilket effektivt kan dämpa nätfluktuationer. För en 750 kV-reaktor under normal drift genererar dess trefasstruktur balanserade jämna ordningsharmoniker. Ett ensidigt fel kommer att störa harmonisk balans, och på grund av den låga motståndskaraktären av kontrollvindningen, produceras en ström fem gånger den nominella överströmningen. Denna ovanliga ström orsakar att nätströmmen ökar till fem gånger det normala nivån, följt av harmonisk distorsion, vilket hotar nätets säkerhet.

2 Testverifiering och resultatutvärdering
2.1 Byggnad av testplattform

En simuleringsmiljö byggs baserat på en tvådimensionell axialsymmetrisk elektrisk fältmodell, där numeriska metoder används för att studera elektriska fältsegenskaper. Testsystemet omvandlar reaktorledningar och isoleringskomponenter till en 3D-solide modell. Genom grafiska gränssnitt möjliggörs parametrisk inställning av ledarspänningsladdning, identifiering av ledars flytpotential och dynamisk visualisering av elektriska fält.

För analys av longitudinell isolering används fyra blandade vågmodes: fullvåg/choppad våg excitation vid vindningshuvud, fullvåg belastning vid linjeänden, och choppad våg belastning vid neutralpunkt, simulera spänningsgradientfördelning i spole under olika arbetsförhållanden. I huvudisoleringsevaluering byggs en elektromekanisk kopplingsmodell för områden med koncentrerade elektriska fält, realiserar vibrationskaraktäristikkalkylering och felkaraktäristikekstraktion. Den testade modellen har en nominell spänning på 45 kV, nominell ström på 630 A och nominell reaktans på 1005 Ω.

2.2 Testresultat och analys

Vibrationsfeltester utförs på denna metods och två andra metoders. Resultaten av de tre metoderna jämförs, som visas i Tabell 1.

Som syns i data i Tabell 2, jämfört med Metod 1 (maximal fel 56 μm) och Metod 2 (maximal fel 77 μm), är maximal felet för 750 kV högspänningsparallellreaktor vibrationsprovningmetoden som utformats i denna artikel endast 3 μm. I Test 6, dess uppmätt värde på 30 μm är helt samma som inställt värde. Maximal felet för metoden i denna artikel minskas mer än 50 μm jämfört med traditionella metoder, och det uppmätta värdet är närmast det verkliga värdet, verifierar effektiviteten av metoden.

Testet utför spektrumanalys på mätplats nummer 3, och analyserar sedan orsaken till felet. Det testade spektrumdiagrammet för mätplats nummer 3 av reaktorn visas i Figur 1.

När huvudmagnetkretsen passerar genom järnkakor och luftgap bildas en Maxwell-kraftfält, vars intensitet är två gånger strömmen, vilket minskar magnetfältenergi. Spektrumanalys visar att vibrationsfrekvensen för varje mätplats är ~100 Hz, och spektrumet överensstämmer med tidsdomänens vibrationsvärden, vilket indikerar att vibrationen härrör från magnetostrictiveffekten av huvudmagnetkretsens isolator.

Denna studie använder felidentifieringsprecision som kärnindikator, jämför traditionella Metod 1, Metod 2 och denna artikels algoritm. Baserat på ett 1000-falltestset: alla tre metoder har benchmarkprecision >97%. Denna artikel's vibrationsprovning och felanalysmetod presterar utmärkt, med precision stabil >99.5% och en topp på 99.8% i fullprovs-test. Metod 1's precisions-top/valley är 98.88%/98.50%, och Metod 2's precisionsspann är 97.50% - 97.83%. Jämfört med den optimala Metod 1, förbättras precisionen med 0.92 procentenheter, närmar sig den teoretiska gränsen på 100.00%, verifierar precisionfördelen för 750 kV parallellreaktor vibrationsprovning och felanalys.

För att utvärdera prestanda, använder ett experiment feligenkänningens precision som kärnindikator. Tester visar att detekteringens precision stabiliserar sig på 99.50% - 99.80%, bekräftar dual funktionseffektivitet: noggrann mätning av 750 kV-reaktors vibrationskaraktäristik och tillförlitlig felidentifiering.

3 Slutsats

Forskning visar att när järnkärnan i en högspänningsparallellreaktor är lös, ändras vibrationsignalens tid-frekvenskaraktäristik regelbundet. Genom att analysera parametrar som amplitudfluktuation, varians och energiförhållande på 200 Hz kan tillståndet utvärderas. Karaktäristiska frekvensband som 200 Hz, 300 Hz och 500 Hz är relaterade till arbetsförhållanden. Diagnosmodellen har god felidentifieringsförmåga. Online-vibrationsovervakning kan identifiera järnkärnloshet och vindningsdeformation, och testerna verifierar effektiviteten av metoden.