การตรวจสอบสั่นสะเทือนและการวินิจฉัยข้อผิดพลาดสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้าแรงดันสูงแบบเชื่อมขนาน

1 เทคโนโลยีการตรวจสอบแรงสั่นสะเทือนและการวินิจฉัยข้อผิดพลาดสำหรับตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง
1.1 กลยุทธ์การวางตำแหน่งจุดวัด

พารามิเตอร์ลักษณะของแรงสั่นสะเทือน (ความถี่, พลังงาน, กำลัง) ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงถูกบันทึกอย่างครบถ้วนในบันทึกการทำงาน การวิเคราะห์แรงสั่นสะเทือนมุ่งเน้นในการแก้ไขความซับซ้อนของการกระจายสนามไฟฟ้าที่ปลายขดลวด ประเมินเชิงปริมาณการกระจายความเข้มของสนามภายใต้แรงดันไฟฟ้าจากการทำงาน/ฟ้าผ่าและลักษณะความลาดชันแรงดันของฉนวนยาวเมื่อใช้แรงดันเกิน การวางตำแหน่งจุดวัดต้องตอบสนองต่อความต้องการของความแท้จริงของการสั่นสะเทือน ความปลอดภัย และเหตุผลทางวิศวกรรม เนื่องจากความเสี่ยงของแรงดันสูงบนฝาถัง ควรติดตั้งเซ็นเซอร์บริเวณรอบขอบถัง แบ่งพื้นผิวด้านนอกของถังออกเป็นหน่วยสี่เหลี่ยม กำหนดศูนย์เรขาคณิตเป็นจุดมาตรฐานพร้อมการหมายเลขระบบ ให้แน่ใจว่าระยะระหว่างจุดไม่เกิน 50 ซม. สมดุลระหว่างพื้นที่ติดตั้งและความครอบคลุมพื้นที่สำคัญ แผนการวางตำแหน่งควรได้รับการปรับปรุงแบบไดนามิกตามโครงสร้างอุปกรณ์ ข้อกำหนดทางเทคนิค และมาตรฐานความปลอดภัย เพื่อให้สามารถติดตามข้อมูลและควบคุมความเสี่ยงได้

1.2 วิธีการสกัดลักษณะสัญญาณแรงสั่นสะเทือน

การตรวจสอบแรงสั่นสะเทือนของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงรวบรวมลักษณะแรงสั่นสะเทือนผ่านระบบตรวจจับ การทดลองใช้สองสภาพ: โหลด 75% ของอัตราส่วนที่กำหนดและการลบข้อจำกัดทางกลไก การสั่นสะเทือนของอุปกรณ์เกิดขึ้นโดยสองกลไก: ผลกระทบแม่เหล็กของแกนเหล็กทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างตามแนวขวาง/ตามยาวอย่างเป็นวงจร; แรงแม่เหล็กไฟฟ้าสลับทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนที่มีลักษณะ 95 Hz ที่บริเวณรอยต่อระหว่างแกนเหล็ก-ช่องว่าง ความไวต่อแรงสั่นสะเทือนมาจากความเชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กและกลไก แกนเหล็กหลวมหรือขดลวดที่ผิดรูปทำให้เกิดสเปกตรัมแอมปลิจูดที่ผิดปกติ (95 Hz/150 Hz) รูปแบบคลื่นเวลา และสัมประสิทธิ์องค์ประกอบหลัก สร้างระบบลักษณะหลายมิติของแอมปลิจูด ความเบ้ และความโด่ง วิจัยมุ่งเน้นไปที่ส่วนประกอบความถี่ต่ำต่ำกว่า 1 kHz สร้างโมเดลลักษณะแรงสั่นสะเทือนโดยการหาค่าเวลา-ความถี่เพื่อสนับสนุนการวินิจฉัยข้อผิดพลาด

สเปกตรัมพลังงานแบบแยกส่วนด้านบนแสดงสเปกตรัมพลังงานของสัญญาณ เช่น ในสูตร (1)

ในสูตร: $N$ คือจำนวนจุดการวัด; $f$ คืออัตราการสุ่มตัวอย่าง; $o(k)$ คือผลรวมของกำลังสองของแอมปลิจูดของส่วนประกอบความถี่ทั้งหมดระหว่าง -80 Hz และ 100 Hz เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง มีปัจจัยไม่เชิงเส้นหลายอย่างเกิดขึ้นภายใน เช่น การสะท้อนและการหักเห ขนาดของแต่ละส่วนประกอบฮาร์โมนิกจะแตกต่างกันภายใต้สภาพต่างๆ

1.3 การวินิจฉัยข้อผิดพลาดภายในของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง 750 kV

ในฐานะอุปกรณ์ชดเชยพลังงานปฏิกิริยาหลักในระบบไฟฟ้า ความน่าเชื่อถือในการทำงานของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับความมั่นคงของระบบ อุปกรณ์ควบคุมเหล่านี้มีโครงสร้างพิเศษและกลไกข้อผิดพลาดที่ซับซ้อน และข้อผิดพลาดอาจทำให้เกิดความเสี่ยงจากกระแสไฟฟ้า/แรงดันไฟฟ้าเกิน ยกตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ 750 kV การเกิดข้อผิดพลาดในวงจรควบคุมที่มีความจุมากทำให้เกิดความไม่สมดุลของจำนวนวงจร คอมโพเนนต์ฮาร์โมนิกนอกจาก DC และลำดับคู่แล้ว ยังมีฮาร์โมนิกลำดับคี่ที่ซ้อนทับ นอกจากนี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในเสาแกนซ้ายและขวาของวงจรควบคุมที่ผิดพลาดแตกต่างกัน จะเกิดแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ไม่สมดุล $\Δe$ ในวงจรควบคุมเฟสที่ผิดพลาด ดังแสดงในสูตร (2)

ในสูตร: w คืออัตราส่วนวงจรลัดวงจรของตัวเก็บประจุไฟฟ้า; χ คือแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดของวงจรควบคุม ขนาด สัมประสิทธิ์ส่วนประกอบ และค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยกำลังสองในสัญญาณแรงสั่นสะเทือน และแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่ไม่สมดุล Δe ในสูตร (2) ร่วมกันสร้างลักษณะข้อผิดพลาดภายในของตัวเก็บประจุไฟฟ้า วิธีการวินิจฉัยข้อผิดพลาดแสดงในสูตร (3)

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างลักษณะแรงสั่นสะเทือนและสภาพกลไกของตัวเก็บประจุไฟฟ้ามีความแข็งแกร่งกว่าความสัมพันธ์กับแรงดัน ซึ่งสามารถลดผลกระทบจากการผันผวนของระบบไฟฟ้าได้ สำหรับตัวเก็บประจุไฟฟ้า 750 kV ที่ทำงานอย่างปกติ จะสร้างฮาร์โมนิกลำดับคู่ที่สมดุลผ่านโครงสร้างสามเฟส ข้อผิดพลาดในเฟสเดียวจะทำให้ความสมดุลของฮาร์โมนิกถูกทำลาย และเนื่องจากลักษณะความต้านทานต่ำของวงจรควบคุม จะเกิดกระแสไฟฟ้าเกิน 5 เท่าของกระแสไฟฟ้าที่กำหนด กระแสไฟฟ้าที่ผิดปกตินี้ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ด้านสายไฟฟ้าพุ่งขึ้นเป็น 5 เท่าของระดับปกติ พร้อมกับการบิดเบือนของฮาร์โมนิก ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อความปลอดภัยของระบบไฟฟ้า

2 การทดสอบและการประเมินผล
2.1 การสร้างแพลตฟอร์มทดสอบ

สร้างสภาพแวดล้อมจำลองบนพื้นฐานของโมเดลสนามไฟฟ้าสองมิติที่สมมาตรตามแกน ใช้วิธีการเชิงตัวเลขเพื่อศึกษาลักษณะสนามไฟฟ้า ระบบทดสอบเปลี่ยนสายและส่วนประกอบฉนวนของตัวเก็บประจุไฟฟ้าเป็นโมเดลสามมิติ ผ่านทางอินเทอร์เฟซกราฟิก ทำให้สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์ของประจุบนผิวคอนดักเตอร์ ระบุศักยภาพลอยของสาย และสร้างภาพเสมือนของสนามไฟฟ้าแบบไดนามิก

ในการวิเคราะห์ฉนวนยาว ใช้โหมดสัญญาณผสมสี่แบบ: การกระตุ้นแบบเต็มคลื่น/แบบตัดคลื่นที่ปลายขดลวด การโหลดแบบเต็มคลื่นที่ปลายสาย และการโหลดแบบตัดคลื่นที่จุดกลาง จำลองการกระจายความลาดชันแรงดันของขดลวดภายใต้สภาพการทำงานต่างๆ ในการประเมินฉนวนหลัก สร้างโมเดลการเชื่อมโยงระหว่างแม่เหล็กและกลไกสำหรับพื้นที่ที่สนามไฟฟ้ามีความเข้มสูง ทำให้สามารถคำนวณลักษณะแรงสั่นสะเทือนและการสกัดลักษณะข้อผิดพลาด โมเดลที่ใช้ในการทดสอบมีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด 45 kV กระแสไฟฟ้าที่กำหนด 630 A และอิมพิแดนซ์ที่กำหนด 1005 Ω

2.2 ผลการทดสอบและการวิเคราะห์

ทำการทดสอบข้อผิดพลาดแรงสั่นสะเทือนโดยใช้วิธีการในบทความนี้และวิธีการอื่นๆ อีกสองวิธี ผลการทดสอบของวิธีการทั้งสามเปรียบเทียบกัน ดังแสดงในตาราง 1

จากข้อมูลในตาราง 2 เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการที่ 1 (ความผิดพลาดสูงสุด 56 μm) และวิธีการที่ 2 (ความผิดพลาดสูงสุด 77 μm) ความผิดพลาดสูงสุดของวิธีการทดสอบแรงสั่นสะเทือนของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง 750 kV ที่ออกแบบในบทความนี้เพียง 3 μm ในการทดสอบที่ 6 ค่าที่ตรวจพบ 30 μm ตรงกับค่าที่กำหนด ความผิดพลาดสูงสุดของวิธีการในบทความนี้ลดลงมากกว่า 50 μm เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม และค่าที่ตรวจพบใกล้เคียงกับค่าจริงมากที่สุด ยืนยันประสิทธิภาพของวิธีการ

การทดสอบดำเนินการวิเคราะห์สเปกตรัมที่จุดวัดหมายเลข 3 จากนั้นวิเคราะห์สาเหตุของข้อผิดพลาด สเปกตรัมที่ทดสอบของจุดวัดหมายเลข 3 ของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแสดงในรูปที่ 1

เมื่อวงจรแม่เหล็กหลักผ่านแผ่นเหล็กและช่องว่าง จะเกิดสนามแม็กซ์เวลล์ ซึ่งมีความเข้มเป็นสองเท่าของกระแส ลดพลังงานสนามแม่เหล็ก วิเคราะห์สเปกตรัมแสดงว่าความถี่แรงสั่นสะเทือนของแต่ละจุดวัดประมาณ 100 Hz และสเปกตรัมสอดคล้องกับค่าแรงสั่นสะเทือนในโดเมนเวลา แสดงว่าแรงสั่นสะเทือนมาจากผลกระทบแม่เหล็กของฉนวนหลัก

การศึกษานี้ใช้ความแม่นยำในการวินิจฉัยข้อผิดพลาดเป็นตัวชี้วัดหลัก ทำการเปรียบเทียบวิธีการแบบดั้งเดิมที่ 1 วิธีการที่ 2 และวิธีการในบทความนี้ บนชุดทดสอบ 1000 กรณี: ทั้งสามวิธีมีความแม่นยำมาตรฐาน >97% วิธีการทดสอบแรงสั่นสะเทือนและการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดในบทความนี้มีประสิทธิภาพยอดเยี่ยม ความแม่นยำคงที่ >99.5% และสูงสุดที่ 99.8% ในการทดสอบทั้งหมด ความแม่นยำสูงสุด/ต่ำสุดของวิธีการที่ 1 คือ 98.88%/98.50% และช่วงความแม่นยำของวิธีการที่ 2 คือ 97.50%-97.83% เมื่อเทียบกับวิธีการที่ 1 ที่ดีที่สุด วิธีการนี้เพิ่มความแม่นยำขึ้น 0.92 เปอร์เซ็นต์ ใกล้เคียงกับขีดจำกัดทฤษฎี 100.00% ยืนยันความได้เปรียบในความแม่นยำในการทดสอบแรงสั่นสะเทือนและการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูง 750 kV

ในการประเมินประสิทธิภาพ การทดลองใช้ความแม่นยำในการระบุข้อผิดพลาดเป็นตัวชี้วัดหลัก ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าความแม่นยำในการตรวจจับคงที่ที่ 99.50%-99.80% ยืนยันประสิทธิภาพสองด้าน: วัดลักษณะแรงสั่นสะเทือนของตัวเก็บประจุไฟฟ้า 750 kV ได้อย่างแม่นยำ และวินิจฉัยข้อผิดพลาดได้อย่างเชื่อถือได้

3 สรุป

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อกลางเหล็กของตัวเก็บประจุไฟฟ้าแรงสูงหลวม ลักษณะเวลา-ความถี่ของสัญญาณแรงสั่นสะเทือนเปลี่ยนแปลงอย่างมีรูปแบบ วิเคราะห์พารามิเตอร์เช่น การเปลี่ยนแปลงของแอมปลิจูด ความแปรปรวน และสัดส่วนพลังงานที่ 200 Hz สามารถประเมินสถานะได้ แถบความถี่ลักษณะเช่น 200 Hz 300 Hz และ 500 Hz มีความเกี่ยวข้องกับสภาพการทำงาน โมเดลวินิจฉัยมีความสามารถในการระบุข้อผิดพลาดที่ดี การตรวจสอบออนไลน์แรงสั่นสะเทือนสามารถระบุการหลวมของแกนเหล็กและการเปลี่ยนรูปของขดลวด และการทดสอบยืนยันประสิทธิภาพของวิธีการ