Yüksek Gerilimli Paralel Reaktörler için Titreşim İzleme ve Arıza Teşhisi

1 Yüksek Gerilimli Paralel Reaktörler İçin Titreşim İzleme ve Arıza Tanı Teşhis Teknolojisi
1.1 Ölçüm Noktası Yerleşim Stratejisi

Yüksek gerilimli paralel reaktörlerin titreşim karakteristik parametreleri (frekans, güç, enerji) işletim kayıtlarında tam olarak belgelenir. Titreşim analizi için sarım uçlarındaki elektrik alan dağılımının karmaşıklığını çözmeye odaklanılır. İşletim/yanık aşırı gerilim altında alan-güç dağılımını ve aşırı nominal gerilimde uzunlamasına yalıtımın gerilim gradyan özelliklerini nicel olarak değerlendirin. Ölçüm noktası yerleşimi, titreşimin gerçekliğine, güvenliğine ve mühendislik mantığına uygun olmalıdır. Tank tepe noktasındaki yüksek gerilim riski nedeniyle sensörler tank duvarı etrafına yerleştirilmelidir. Tankın dış yüzeyini dikdörtgen birimlere bölün, geometrik merkezleri sistemli numaralandırma ile standart noktalar olarak ayarlayın, nokta aralığı ≤ 50 cm olacak şekilde, montaj alanı ve kritik bölge kapsama dengesini sağlayın. Yerleşim şeması, ekipman yapısı, teknik özellikler ve güvenlik standartlarına dayanarak dinamik olarak optimize edilmeli, veri izlenebilirliğini ve risk kontrolünü sağlaymalıdır.

1.2 Titreşim Sinyali Özellik Çıkarma Yöntemi

Yüksek gerilimli paralel reaktörlerin titreşim izlemesi, algılama sistemi aracılığıyla titreşim özellikleri toplar. Deneyler, %75 nominal yük ve mekanik kısıtlamanın kaldırılması koşullarında gerçekleştirilir. Ekipmanın titreşimi, demir çekirdeğin manyetorestraksiyon etkisi nedeniyle lateral/uzunlamasına periyodik deformasyon ve değişen elektromanyetik kuvvetin demir çekirdeği-boşluk arayüzünde 95 Hz karakteristik titreşime neden olması yoluyla sağlanır. Titreşim hassasiyeti, elektromanyetik-mekanik eşleştirmenin sonucudur. gevşek çekirdekler veya deforme sarımlar, anormal genlik spektrumu (95 Hz/150 Hz), zaman-domeni dalga formları ve ana bileşen katsayıları nedeniyledir. Genlik, çarpıklık ve basıklık gibi çok boyutlu özellik sistemi oluşturun. Araştırma, 1 kHz altındaki düşük frekanslı bileşenlere odaklanır, zaman-frekans kurallarını nicelleştirerek bir titreşim karakteristik modeli oluşturarak arıza tanıya destek sağlar.

Üstteki kesikli ayrık güç spektrumu, Formül (1)'de olduğu gibi bir sinyal güç spektrumunu temsil eder.

Formülde: $N$ ölçüm örnekleme noktalarının sayısı; $f$ örnekleme hızıdır; $o(k)$ -80 Hz ile 100 Hz arasındaki tüm frekans bileşenlerinin genlik karelerinin toplamıdır. Yüksek gerilimli paralel reaktörlerin karmaşık yapısı nedeniyle, içlerinde yansıma ve kırılma gibi birden fazla doğrusal olmayan faktörler ortaya çıkar. Her bir harmonik bileşenin genliği, farklı koşullarda değişir.

1.3 750 kV Yüksek Gerilimli Paralel Reaktörlerin İç Arızalarının Tanısalı

Elektrik sistemlerinde temel reaktif güç kompensasyon cihazı olan yüksek gerilimli paralel reaktörlerin işlem güvenilirliği, sistem istikrarıyla doğrudan ilişkilidir. Bu kontrollü reaktörler özel bir yapıya ve karmaşık arıza mekanizmalarına sahiptir ve arızalar aşırı akım/aşırı gerilim risklerine neden olabilir. 750 kV cihazları örneğinde, kontrol sarımındaki büyük kapasiteli turdan-tura arası arıza, tura sayısındaki dengesizliğe neden olur. Harmonik bileşenleri, DC ve çift sıralı bileşenlerin yanı sıra, tek sıralı harmoniklerin üstüne eklenir. Ayrıca, hatalı kontrol sarımının sol ve sağ çekirdek sütunlarındaki indüklenmiş elektromotiv kuvvetlerin farkı nedeniyle, hatalı faz kontrol sarımında bir dengesiz indüklenmiş elektromotiv kuvvet $\Δe$ oluşturulur, bu da Formül (2)’de gösterilmiştir.

Formülde: w reaktörün kısa devre tur oranı; χ kontrol sarımının nominal gerilimidir. Titreşim sinyalinin genliği, bileşen katsayısı, ortalama kare sapması ve Formül (2)’deki dengesiz indüklenmiş elektromotiv kuvvet Δe, reaktörün iç arıza karakteristiklerini birlikte oluşturur. Arıza tanısı, Formül (3)’te gösterilmiştir.

Araştırmalar, titreşim karakteristiklerinin reaktörün mekanik durumu ile olan bağlantısının voltaj ile olan bağlantısından daha güçlü olduğunu göstermektedir, bu da elektrik şebekesi dalgalanma gürültüsünü etkili bir şekilde bastırır. Normal işleyişteki 750 kV reaktörü, üç fazlı yapısıyla dengeli çift sıralı harmonikler oluşturur. Tek fazlı bir arıza, harmonik dengesini bozar ve kontrol sarımının düşük direnç özelliği nedeniyle, beş katı nominal akımı üreten bir anormal akım oluşur. Bu anormal akım, şebekeye akımı normal seviyenin beş katına çıkaran ve harmonik distorsiyonu eşliğinde, elektrik şebekesinin güvenliğini tehdit eder.

2 Test Doğrulaması ve Sonuç Değerlendirmesi
2.1 Test Platformu İnşası

İki boyutlu eksen simetriye dayalı bir elektrik alan modeli üzerine bir simülasyon ortamı oluşturulmuştur, sayısal yöntemler kullanılarak elektrik alan karakteristikleri incelenmiştir. Test sistemi, reaktör tel ve yalıtım bileşenlerini 3D katı bir modele dönüştürür. Grafiksel arayüz aracılığıyla, iletken yüzey yükünün parametreleştirilmiş ayarlanmasını, telin yüzeysel potansiyelinin belirlenmesini ve dinamik elektrik alan görselleştirilmesini sağlar.

Uzunlamasına yalıtım analizi için, sarım baş ucundaki tam dalga/kırpılmış dalga uyarımı, hat ucundaki tam dalga yükleme ve nötr noktadaki kırpılmış dalga yükleme dahil dört karışık dalga modu kullanılmıştır, farklı çalışma koşullarında bobin potansiyel gradyan dağılımını simüle eder. Ana yalıtım değerlendirme amacıyla, elektrik alan yoğunlaşma bölgeleri için bir elektro-mekanik eşleme modeli oluşturulmuş, titreşim karakteristik hesaplaması ve arıza özelliği çıkarması gerçekleştirilmiştir. Testte kullanılan modelin nominal gerilimi 45 kV, nominal akımı 630 A ve nominal reaktansı 1005 Ω’dir.

2.2 Test Sonuçları ve Analiz

Bu makalenin yöntemi ve diğer iki yöntem üzerinde titreşim arıza testleri gerçekleştirilmiştir. Üç yöntemin test sonuçları karşılaştırılmıştır, bu sonuçlar Tablo 1'de gösterilmiştir.

Tablo 2’deki verilere göre, Metot 1 (maksimum hata 56 μm) ve Metot 2 (maksimum hata 77 μm) ile karşılaştırıldığında, bu makalede tasarlanan 750 kV yüksek gerilimli paralel reaktör titreşim test yönteminin maksimum hatası sadece 3 μm’dir. Test 6’da, 30 μm değerinin tamamen belirlenen değere uyuştuğu görülmektedir. Bu makalenin yönteminin maksimum hatası, geleneksel yöntemlere göre 50 μm’den fazla azalmıştır ve tespit edilen değer gerçek değere en yakın olup, yöntemin etkinliğini doğrular.

Test, No. 3 ölçüm noktasında spektrum analizi yaptı ve ardından arıza nedenini analiz etti. Reaktörün No. 3 ölçüm noktasının test edilen spektrum diyagramı Şekil 1’de gösterilmiştir.

Ana manyetik devrenin demir kekler ve havuz boşluklarını geçtiği zaman, yoğunluğu akımın iki katı olan bir Maxwell kuvvet alanı oluşur, bu da manyetik alan enerjisini azaltır. Spektrum analizi, her ölçüm noktasının titreşim frekansının yaklaşık 100 Hz olduğunu gösterir ve spektrum, zaman-domensel titreşim değerleriyle uyumludur, bu da titreşimin ana manyetik devre yalıtıcısının manyetorestraksiyon etkisinden kaynaklandığını gösterir.

Bu çalışma, arıza tanı doğruluğunu temel gösterge olarak kullanarak, geleneksel Metot 1, Metot 2 ve bu makalenin algoritmasını karşılaştırır. 1000 örnek test seti üzerinden: tüm üç yöntemin referans doğruluğu %97'den büyüktür. Bu makalenin titreşim test ve arıza analiz yöntemi, doğruluğunun %99.5'ten fazla ve tam örnek testlerde %99.8'lik zirvesi ile olağanüstü performans gösterir. Metot 1'in doğruluğunun zirve/derinliği %98.88/%98.50 ve Metot 2'nin doğruluk aralığı %97.50 - %97.83'tür. En iyi Metot 1 ile karşılaştırıldığında, bu yöntem doğruluğu 0.92 puanlık bir artış sağlar, 100.00% teorik limitine yaklaşır, 750 kV paralel reaktör titreşim test ve arıza analizinde doğruluk avantajını doğrular.

Performans değerlendirmesi için, bir deney arıza tanı doğruluğunu temel gösterge olarak kullanmıştır. Testler, tespit doğruluğunun %99.50 - %99.80 arasında stabilize olduğunu göstermiştir, bu da iki işlevin etkinliğini doğrular: 750 kV reaktör titreşim özelliklerini doğru ölçmeyi ve arızaları güvenilir bir şekilde tanımayı.

3 Sonuç

Araştırmalar, yüksek gerilimli paralel reaktörlerin demir çekirdeği gevşek olduğunda, titreşim sinyalinin zaman-frekans karakteristiği düzenli olarak değiştiğini göstermiştir. Genlik dalgalanması, varyans ve 200 Hz'ın enerji oranının gibi parametrelerin analiz edilmesi, durumu değerlendirebilir. 200 Hz, 300 Hz ve 500 Hz gibi karakteristik frekans bantları, çalışma koşulları ile ilgilidir. Tanı modeli, arıza tanıma yeteneğine sahiptir. Titreşim çevrimiçi izleme, demir çekirdeğin gevşemesini ve sarımın deformasyonunu tespit edebilir ve testler, yöntemin etkinliğini doğrular.