Karakteristieke van Prestasievermindering en Lewensduurvoorspelling van Kragkondensators onder Hoogtemperatuurtoestande

Karakteristieke van Prestasievermindering en Lewensduurvoorspelling van Kragkondensators onder Hoogtemperatuurvoorwaardes

Met die voortdurende uitbreiding van kragstelsels en toenemende ladingvrae het die bedryfsomgewing vir elektriese toerusting steeds meer kompleks geword. Die stygende omgewingstemperatuur het as 'n sleutelfaktor wat die betroubare bedryf van kragkondensators beïnvloed, na vore gekom. As kritiese komponente in kragverspreidings- en -verdelingstelsels het die prestasievermindering van kragkondensators direk 'n impak op netveiligheid en -stabiliteit. Onder hoogtemperatuurvoorwaardes verouder die dielektriese materiaal binne kondensators vinniger, wat tot 'n beduidende vermindering in elektriese prestasie, verkorte lewensduur en potensiële stelselmislukkings lei.

1. Studie oor Karakteristieke van Prestasievermindering
1.1 Eksperimentele Opset

Parallelle kragkondensators met 'n gestelde spanning van 10 kV en 'n kapasiteit van 100 kvar is as proefmonsters gekies, wat aan die vereistes van GB/T 11024.1—2019, Shunt capacitors for a.c. power systems with a rated voltage above 1000 V – Part 1: General, voldoen. Die proefstelsel het 'n OMICRON CP TD1 kapasitietoetsapparaat en 'n ME632 dielektriese verliesanaliseerder ingesluit, met temperatuur beheer deur 'n KSP-015 hoogtemperatuurverouderingskas. Drie temperatuurniveaus—70 °C, 85 °C, en 100 °C—is ingestel, met vyf monsters getoets by elke vlak. Die toetsskedule het IEC 60871-2 gevolg, met 'n gestelde spanning gedurende die veroudering toegepas om werklike bedryfsomstandighede te simuleer.

1.2 Verouderingsgedrag van Dielektriese Verlies

Onder hoë temperature het dielektriese verlies (tanδ) 'n beduidende temperatuurafhanklikheid vertoon. By 70 °C het tan&δ; stadig oor tyd vermeerder, bly binne operasionele limiete, wat 'n stabiele isolasieprestasie aandui. By 85 °C het die verhoogtempo versnel, met die helling van die kurwe steiler geword; sommige monsters het standaardlimiete oorskry in die laaste stadiums. By 100 °C het tan&δ; skerp verhoog met 'n steile kurwe, wat tipiese kenmerke van termiese veroudering wys.

1.3 Kapasiteitsvariasiekenmerke

Temperatuurstyg het 'n beduidende impak op kapasiteitsstabiliteit gehad, met duidelike stadiumafhanklike gedrag. By lae temperature is die kapasiteitsafwyking binne toelaatbare toleransies bly, wat goeie stabiliteit aandui. In die middeltemperatuurreeks het die kapasiteit begin sienbaar afneem, met afwyking nader aan operasionele limiete. Onder hoë temperature het die kapasiteit vinnig verminder, oor toelaatbare afwyking, wat 'n versnelde veroudering aandui.

2. Ontwikkeling van 'n Lewensduurvoorspellingsmodel
2.1 Analise van Prestasieverminderingdata

Deur die vergelyking van verminderrates oor verskillende temperatuurniveaus, is die verhouding tussen temperatuur en die versnellingfaktor geanaliseer. 'n Omvattende mislukkingskriterium is opgestel op basis van sleutelparameters soos dielektriese verlies, kapasiteitsafwyking, en isolasieweerstand. Die resultate het aangedui dat prestasievermindering beduidend versnel het onder hoë temperature, met die versnellingfaktor 'n eksponensiële verhouding met temperatuur vertoon. Datafitting het 'n hoë korrelasiekoeffisiënt opgelewer, wat sterk statistiese betekenis bevestig. Die Arrhenius-vergelyking is gebruik om die versnellingfaktor te bereken, met eksperimenteel afgelei aktiveringenergie en Boltzmann se konstante, dus 'n kwantitatiewe temperatuur-versnellingverhouding opgestel.

2.2 Toepassing van die Arrhenius-model

Soos in Figuur 1 getoon, is eksperimentele data in 'n log-lewentyd vs. inverse temperatuur (1/T) koördinaatsisteem gefit, wat 'n sterk lineêre korrelasie opgelewer het. Die helling van die gefitte lyn stem ooreen met die aktiveringenergie EaEa (in kJ/mol), wat die energiebarrière van die verouderingsproses voorstel, en sluit goed aan by teoretiese verwagtings. 'n Hoë korrelasiekoeffisiënt bevestig uitstekende ooreenstemming tussen die eksperimentele data en die Arrhenius-model. 95% betroubaarheidsintervalanalise dui statisties betroubare voorspellings aan. Eksperimentele resultate wys dat, binne die getoetsde temperatuurbereik, die tempo van prestasievermindering beduidend eksponensiële verhouding met temperatuur het. Gebaseer op lewensdata by verskillende temperatuurpunte, is 'n wiskundige model wat temperatuur en lewensduur verbind, opgestel.

2.3 Implementering van Lewensduurvoorspelling
Die lewensduurvoorspelling is gebaseer op die kumulatiewe skade-teorie, wat skade-effekte onder verskillende temperatuurvoorwaardes superponeer. Die voorspellingsmetode oorweeg omvattend faktore soos materiaalverouderingstempo, omgewingstemperatuurfluktuasies, en belastingvariasies. Die bedryfssiklus word verdeel in n tydintervalle, met die skade in elke interval bepaal deur die bedryfstemperatuur en duur. Temperatuurgegevens word deur 'n aanlyn-monitoringstelsel met 'n monsternemingintervalle van 1 u verkry om datakontinuïteit en akkuraatheid te verseker. Die gemeet temperatuure word in die Arrhenius-vergelyking ingevoer om die ekwivalente bedryfstyd vir elke interval te bereken. Die akkumuleerde skade oor alle intervales lewer die voorspelde oorblywende lewensduur [4]. Die voorspellingsakkuraatheid word met behulp van versnelde verouderingstoetsresultate gevalideer, met die gemiddelde afwyking tussen modelberekeninge en eksperimentele data binne ±8% gehou.

3. Toepassing en Verifikasie
3.1 Analise van Voorspellingsakkuraatheid

Die voorspellingsmodel word gevalideer deur 'n gekombineerde benadering van versnelde verouderingstoetse en werklike bedryfsdata. Verskeie partye kragkondensators met verskillende diensduurs word gekies vir prestasietoetse, en die resultate word met modelvoorspellings vergelyk. Soos in Tabel 1 getoon, vir die 5-jarige bedryfgroep, is die gemeet gemiddelde lewensduur 4.8 jaar en die voorspelde waarde 5.2 jaar, wat 'n relatiewe fout van 7.7% oplewer; vir die 8-jarige groep, is die gemeet waarde 7.6 jaar en die voorspelde waarde 8.3 jaar, met 'n relatiewe fout van 8.4%; vir die 10-jarige groep, is die gemeet waarde 9.5 jaar en die voorspelde waarde 10.2 jaar, wat 'n relatiewe fout van 6.9% oplewer. Foutbronanalise wys dat omgewingstemperatuurfluktuasies die primêre faktor is wat voorspellingsakkuraatheid beïnvloed. Wanneer die daaglikse temperatuurvariasie 20 °C oorskry, neem die modelvoorspellingsfout toe tot 12%. Daarbenewens dra temperatuurfluktuasies veroorsaak deur belastingsvariasies by tot 'n toename in voorspellingsfout van 4.2%.

3.2 Ingenieurswese Toepassingsaanbevelings

Soos in Tabel 2 getoon, wanneer die omgewingstemperatuur onder 75 °C gehou word, neem die tempo van toerustinglewensvermindering met 58% af. Vir elke 5 °C vermindering in die installasieplektemperatuur, neem die verwagte lewensduur met 18.5% toe. Deur ventilasie te verbeter, is die omgewingstemperatuur by die toetsplek met gemiddeld 7.2 °C verlaag, wat 'n 32% verbetering in die stabiliteit van kondensatorprestasieparameters teweeggebring het. Temperatuurgegevens van die aanlyn-monitoringstelsel wys dat nadat intelligente ventilasie geïmplementeer is, die maksimum temperatuur rondom die toerusting met 11.3 °C en die gemiddelde temperatuur met 8.7 °C verlaag is. Die lewensduurvoorspellingsmodel is vir een jaar in 'n 500 kV onderspanningsstasie geïmplementeer, en het suksesvol vroee waarskuwings vir ses potensiële mishaalings uitgereik, wat die doeltreffendheid van preventiewe instandhouding met 43% verhoog het. Instandhoudingsdata-analise wys dat instandhoudings- en vervangingsbesluite gebaseer op modelvoorspellings 'n akkuraatheid van 87% bereik het, wat 'n 35% verbetering oor tradisionele tydsgebaseerde instandhouding verteenwoordig. Die model-gestuurde toerustingbestuurstategie het instandhoudingskoste met 27% verlaag en toerustingbeskikbaarheid met 15% verhoog.

4. Gevolgtrekking

Deur sistematiese versnelde verouderingstoetse en data-analise, onthul hierdie studie die invloed van hoëtemperatuuromgewings op die prestasievermindering van kragkondensators en stel 'n lewensduurvoorspellingsmodel op gebaseer op die Arrhenius-vergelyking. Eksperimentele resultate wys dat omgewingstemperatuur 'n sleutelfaktor is wat kondensatorlewensduur beïnvloed: vir elke 10 °C verhoging in temperatuur, neem die lewensduur met 42.5% ± 2.5% af. Kritiese prestasieparameters soos dielektriese verlies, kapasiteit, en isolasieweerstand vertoon beduidende verminderingstendense met stygende temperatuur. Die ontwikkelde lewensduurvoorspellingsmodel bereik 'n voorspellingsakkuraatheid van meer as 90%, wat 'n wetenskaplike grondslag bied vir instandhoudings- en vervangingsbesluite van kragkondensators.