Kõrgtemperatuuride tingimustes energia kondensaatorite tööjõudu languse omadused ja eluea prognoosimine

Kõrgteemperatuuriliste tingimuste mõju võimsuse kondensaatorite jõudluse langusele ja eluajale

Nagu elektrisüsteemid jätkavad laienemist ja koormust nõudmisel kasvab, on elektriseadmete töökeskkond muutunud üha keerulisemaks. Ümberühingu temperatuuri tõus on saanud oluliseks teguriks, mis mõjutab võimsuse kondensaatorite usaldusväärset tööd. Kuna need on kriitilised komponendid võimsuse edastamise ja jaotamise süsteemides, siis võimsuse kondensaatorite jõudluse langus mõjutab otse võrgu ohutust ja stabiilsust. Kõrgteemperatuurilistes tingimustes vananevad kondensaatorites olevad dielektriilmaterjalid kiiremini, mis viib olulisele elektrilise jõudluse halvenemisele, lühendatud kasutusaegule ja võimalikult süsteemide väljakukkumistele.

1. Uuring jõudluse languse omaduste kohta
1.1 Eksperimentaalne seadistus

Paralleelsed võimsuse kondensaatorid, mille niminaalne pingetase on 10 kV ja vooluvõime 100 kvar, valiti testiproovideks, vastavalt GB/T 11024.1—2019, Kõrgepinge AC-võrgu paralleelkondensaatorid – Osa 1: Üldine. Testisüsteem hõlmab OMICRON CP TD1 kapasitansi testimist ja ME632 dielektriilmakaotuse analüüsi, kus temperatuuri kontrollitakse KSP-015 kõrgtemperatuurilise vananemiskambriga. Seadistati kolm temperatuuritaseme—70 °C, 85 °C ja 100 °C—iga tasandil testiti viit näidet. Testmenetlus järgis IEC 60871-2, rakendades niminaalset pinget pidevalt vananemise ajal, et simulida tegelikke töötingimusi.

1.2 Dielektriilmakaotuse halvenemise käitumine

Kõrgete temperatuuride korral näitas dielektriilmakaotus (tanδ) selget temperatuursõltuvust. 70 °C korral tõusis tan&δ; aja jooksul aeglalt, jäädes operatsioonilistesse piiridesse, mis näitab stabiilset isolatsiooni jõudlust. 85 °C korral kiirenes tõusu tempomäär, kõvera tõusmuutus muutus teravnemaks; mõned näidid ületasid standardpiiranguid hilisemates faasides. 100 °C korral tõusis tan&δ; teravalt, näitades soojenemise vananemise tavalisi omadusi.

1.3 Kapasitansi muutumise omadused

Temperatuuri tõus mõjutas oluliselt kapasitansi stabiilsust, näitades selge faasisõltuvust. Madalate temperatuuride korral jääb kapasitansi hälve lubatud tolerantsi piires, näitades hea stabiilsust. Keskmiste temperatuuride vahemikus hakkas kapasitanss silmnähtavalt vähenema, hälve lähenedes operatsioonilistele piirangutele. Kõrgete temperatuuride korral vähenes kapasitanss kiiresti, ületades lubatud hälvemäära, mis näitab kiiremat halvenemist.

2. Eluaja prognoosimismudeli arendamine
2.1 Jõudluse languse andmeanalüüs

Erinevate temperatuuritasandite kahelevõrdlemisel analüüsitakse temperatuuri ja kiirendusteguri vahelist seost. Töötatakse välja üldine katkeseade, mis põhineb olulistel parameetritel, nagu dielektriilmakaotus, kapasitansi hälve ja isolatsioonipinge. Tulemused näitavad, et kõrgete temperatuuride korral kiireneb jõudluse langus oluliselt, kiirendustegur näitab eksponentsiaalset seost temperatuuriga. Andmete sobitamisel saadakse kõrge korrelatsioonikordaja, kinnitades tugevat statistilist tähtsust. Arrheniusi võrrandit kasutatakse kiirendusteguri arvutamiseks, sisaldades eksperimentaalselt leitud aktiveerimisenergiat ja Boltzmanni konstanti, luues nii kvantitatiivse temperatuuri-kiirendusteguri seose.

2.2 Arrheniusi mudeli rakendamine

Juhul 1 näitab eksperimentaalseid andmeid logaritmilises eluea vs. inversne temperatuur (1/T) koordinaatsüsteemis, annab tugeva lineaarse korrelatsiooni. Sobituse joone kalduk vastab aktiveerimisenergiale EaEa (kJ/mol), mis esindab vananemisprotsessi energiabarjääri, ja vastab teoreetilistele ootustele. Kõrge korrelatsioonikordaja kinnitab suurepärast sobivust eksperimentaalsed andmed Arrheniusi mudeliga. 95% usaldusintervalli analüüsi näitab statistiliselt usaldusväärseid prognoose. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et testitud temperatuuride vahemikus on jõudluse languse kiirus oluliselt eksponentsiaalselt seotud temperatuuriga. Temperatuuri ja kasutusaega siduv matemaatiline mudel on loodud erinevate temperatuuripunktide elueandmetel.

2.3 Eluaja prognoosimise rakendamine
Eluaja prognoosimine põhineb kumulatiivsel kahjustusteoorial, mis ühendab kahjustuste mõju erinevates temperatuuritingimustes. Prognoosimismeetod hõlmab mitmesuguseid tegureid, nagu materjali vananemiskiirus, keskkonna temperatuurifluktuatsioonid ja koormuse muutused. Töötsükkel jagatakse n ajaintervalideks, kus igas intervallis kahjustus määratakse töötemperatuuri ja kestuse alusel. Temperatuuriandmed kogutakse online jälgimissüsteemi abil 1 tunni sammuga, et tagada andmete järjepidevus ja täpsus. Mõõdetud temperatuurid sisestatakse Arrheniusi võrrandisse, et arvutada iga intervali ekvivalentne tööaeg. Kogu intervallide kahjustuse kumulatsioon annab prognoositud jäänud kasutusaega [4]. Prognoosi täpsust kinnitatakse kiirendatud vananemistestide tulemuste abil, säilitades modelleeringu ja eksperimentaalse andme vaheline keskmine hälve ±8% piirides.

3. Rakendus ja kontroll
3.1 Prognoosi täpsuse analüüs

Prognoosimismudel kontrollitakse kiirendatud vananemistestide ja tegelike tööandmete kombinatsiooni abil. Valitakse mitu erinevat tööaja gruppi võimsuse kondensaatoritest, mida testitakse jõudluse osas, ja tulemused võrreldakse mudeliprognosega. Näidatud tabelis 1 näitab 5-aastase töögrupi korral mõõdetud keskmine eluviis 4,8 aastat ja prognoositud väärtus 5,2 aastat, relatiivne viga on 7,7%; 8-aastase grupi korral mõõdetud väärtus on 7,6 aastat ja prognoositud väärtus 8,3 aastat, relatiivne viga on 8,4%; 10-aastase grupi korral mõõdetud väärtus on 9,5 aastat ja prognoositud väärtus 10,2 aastat, relatiivne viga on 6,9%. Viga allikate analüüs näitab, et keskkonna temperatuurifluktuatsioonid on peamine tegur, mis mõjutab prognoosi täpsust. Kui päevlik temperatuurivahemik ületab 20 °C, siis mudeli prognoosiviga tõuseb 12%. Lisaks lisab koormuse muutusedpoolne temperatuurifluktuatsioon prognoosivigale 4,2%.

3.2 Inseneriringimussoovitused

Näidatud tabelis 2 näitab, et kui ümberühingu temperatuur jääb alla 75 °C, siis varustuse eluaja languse kiirus väheneb 58%. Iga 5 °C langedes paigalduskohta temperatuuril, oodatakse, et kasutusaeg suureneb 18,5%. Ventilatsiooni parandamise tulemusena vähenes testikohtade ümberühingu temperatuur keskmiselt 7,2 °C, mis tõstis kondensaatorite jõudluseparameetrite stabiilsust 32%. Online jälgimissüsteemi andmete näitavad, et intelligentsse ventilatsiooni rakendamisel langes varustuse ümber olev maksimaalne temperatuur 11,3 °C ja keskmine temperatuur 8,7 °C. Eluaja prognoosimismudelit rakendati 500 kV alamvõrgus ühe aasta jooksul, edastades edukalt kuue potentsiaalse katkeseade hoiatust, tõstes ennetava hoolduse efektiivsust 43%. Hoolduse andmete analüüsi näitab, et mudeliprognoste põhjal tehtud hoolduse ja asendamise otsused saavutasid 87% täpsust, mis on 35% paranemine traditsioonilise aeg-põhise hooldusega võrreldes. Mudelijuhib eluajastustrateegia vähendas hoolduskulusid 27% ja suurendas varustuse saadavust 15%.

4. Järeldus

Selle uuringu kaudu sistemeerilisi kiirendatud vananemistestide ja andmeanalüüsi, avastatakse kõrgteemperatuuriliste keskkondade mõju võimsuse kondensaatorite jõudluse langusele ja luuakse eluaja prognoosimismudel, mis põhineb Arrheniusi võrrandil. Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et ümberühingu temperatuur on võtmerolli täitvat tegur, mis mõjutab kondensaatorite eluajat: iga 10 °C temperatuuri tõusuga väheneb kasutusaeg 42,5% ± 2,5%. Olulised jõudluseparameetrid, nagu dielektriilmakaotus, kapasitanss ja isolatsioonipinge, näitavad olulist halvenemistrendi temperatuuri tõusuga. Arendatud eluaja prognoosimismudel saavutab üle 90% prognoositäpsust, pakkudes teaduslikku alust võimsuse kondensaatorite hoolduse ja asendamise otsuste tegemiseks.