Жоғары температура шарттарындағы энергия конденсаторларының жұмыс істейіштіктерінің төмендейтін қасиеттері мен олардың өмір мезгілін болжау

Жоғары температуралы шарттардағы энергия конденсаторларының жұмыс істейіштік құбылысының төмендетілуінің мүшелері мен өмір сүру уақытының болжануы

Энергия системаларының үнемі қалыптасуы мен жүк талаптарының артуымен электр техникалық құрылғылардың жұмыс істеу мейірімділігі өзара қиындалып келеді. Айналыс температураның өсуі энергия конденсаторларының иесіздігіне тәуелді ететін негізгі фактор ретінде пайда болған. Энергия өту және тарату системаларының маңызды компоненттері ретінде, энергия конденсаторларының жұмыс істейіштік құбылысының төмендетілуі түзуімен тарлау қауіпсіздігі мен стабилдігіне тәуелді. Жоғары температуралы шарттарда, конденсаторлардың диэлектрикалық материалдары тез жастайды, бұдан электр құбылысындағы маңызды төмендетілу, қысқартылған қызмет ету уақыты және мүмкіндікті системалық жұмыс істемеулері шығады.

1. Жұмыс істейіштік құбылысының төмендетілуінің мүшелерін зерттеу
1.1 Эксперименттік орнату

GB/T 11024.1-2019 стандартына сәйкес, параллель энергия конденсаторлары 10 кВ деңгейлі және 100 квар қабатымен тест сипаттамалары ретінде таңдалды, AC энергия системалары үшін 1000 В-нан жоғары деңгейдегі параллель конденсаторлар - Бөлім 1: Жалпы. Тест система OMICRON CP TD1 конденсатор тестері мен ME632 диэлектрикалық жою анализаторын, KSP-015 жоғары температуралы жастау камерасы арқылы температура қадағалауымен қамтиды. 70 °C, 85 °C және 100 °C үш температура деңгейі қойылды, әр деңгейде бес сипаттама тестілді. Тест процесі IEC 60871-2-ге ықтимал, нақты жұмыс істеу шарттарын бейнелейтін жолмен, жеке деңгейде жалғасқан напряжение қолданылды.

1.2 Диэлектрикалық жою құбылысының төмендетілуі

Жоғары температураларда, диэлектрикалық жою (tanδ) маңызды температуралық тәуелділіктерін көрсетті. 70 °C-та, tanδ уақытша жаңадан өсті, бірақ жұмыс істеу шектерінен шығып кетмеді, бұл тұрақты изоляция құбылысын көрсетеді. 85 °C-та, өсу жылдамдығы өсті, кестенің көлбеуінің бұрышы тереңдейді; біраз сипаттамалар соңғы этапта стандартты шектерден астында болды. 100 °C-та, tanδ терең көлбеуімен жоғары өсті, термалық жастау қасиеттерін көрсетеді.

1.3 Капацыттың өзгеру құбылысы

Температура өсуі капацыттың тұрақтылығына маңызды тәсіл етеді, оның ішінде айырмашылықтың белгілі қадамдары. Төмен температураларда, капацыттың айырмашылығы қабылданатын шектерден ішкі болды, жақсы тұрақтылықты көрсетеді. Орта температуралы аралықта, капацыт терең өсті, айырмашылық жұмыс істеу шектеріне жетеді. Жоғары температураларда, капацыт тез өсті, қабылданатын айырмашылықтан астында болды, бұл тез өсуін көрсетеді.

2. Өмір сүру уақытының болжану модельін қалыптастыру
2.1 Жұмыс істейіштік құбылысының төмендетілуінің деректерін талдау

Аралық температура деңгейлерінде төмендету жылдамдығын салыстыру арқылы температура мен жылдамдау факторының арасындағы байланыс талданды. Диэлектрикалық жою, капацыттың айырмашылығы және изоляция қарым-қатынасы сызықты параметрлеріне негізделген толық жоғалу критерийі қалыптастырылды. Нәтижелер жоғары температураларда жұмыс істейіштік құбылысының төмендетуінің маңызды өсуін, температура мен жылдамдау факторының экспоненциалдық байланысын көрсетеді. Деректердің сәйкес келуінің коэффициенті жоғары, статистикалық маңыздылықты дәлелдейді. Аррениус теңдеуі жылдамдау факторын есептеу үшін қолданылды, эксперименттік өту энергиясы мен Больцман тұрақтысы инкорпорацияланған, сондықтан температура-жылдамдау сәйкес келуінің сандық байланысы қалыптастырылды.

2.2 Аррениус модельді қолдану

Сурет 1-де көрсетілгенінде, эксперименттік деректер логарифмдік өмір сүру уақыты vs. кері температура (1/T) координаталық жүйеде сәйкес келген, өте жоғары сызықты байланыс берді. Сәйкес келген сызықтың бұрышы активация энергиясы EaEa (кДж/моль), жастау процесінің энергиялық құбылысын білдіреді, теориялық күтулерге сәйкес келеді. Жоғары сәйкес келу коэффициенті эксперименттік деректер мен Аррениус модельдің арасындағы өте жақсы сәйкес келуін дәлелдейді. 95% сенімділік интервалының талдауы статистикалық тиімді болжануларын көрсетеді. Эксперименттік нәтижелер тестіленген температура аралығында, жұмыс істейіштік құбылысының төмендету жылдамдығы температураға өте экспоненциалдық байланысты болғанын көрсетеді. Жеке температура нүктелеріндегі өмір сүру деректеріне негізделген температура мен өмір сүру уақытының математикалық модельі қалыптастырылды.

2.3 Өмір сүру уақытының болжануын қолдану
Өмір сүру уақытының болжануы ықтимал жоғалу теориясына негізделген, бұл әр түрлі температура шарттарындағы жоғалу әсерлерін жинақтайды. Болжану әдісі материалдың жастау жылдамдығы, айналыс температурасының өсуі және жүк өзгерістерін толық қарастырады. Жұмыс істеу циклі n уақыт аралығына бөлінеді, әрбір аралықтағы жоғалу операциялық температура және мерзіме арқылы анықталады. Онлайн бақылау жүйесі арқылы температура деректері 1 сағат өлшемдер аралығымен қол жетімділік және дәлдікпен өткізілетін. Өлшенген температура Аррениус теңдеуіне енгізіледі, әрбір аралықтағы эквивалентті жұмыс істеу мерзімі есептеледі. Барлық аралықтардағы жинақталған жоғалу қалған өмір сүру уақытын болжайды [4]. Болжану дәлдігі ықтимал жоғалу тестілерінің нәтижелері арқылы дәлелденеді, модельдік есептер мен эксперименттік деректердің орташа айырмашылығы ±8% аралығында сақталады.

3. Қолдану және тексеру
3.1 Болжану дәлдігін талдау

Болжану модельді ықтимал жоғалу тесттері мен нақты жұмыс істеу деректерінің комбинді әдісі арқылы тексереді. Әр түрлі қызмет ету мерзімдерінің көптеген тобын энергия конденсаторларының жұмыс істейіштік тесттері үшін таңдады, және нәтижелерді модельдік болжанулармен салыстырады. Как таблица 1-де көрсетілгенінде, 5 жылдық қызмет ету тобы үшін, өлшенген орташа өмір сүру уақыты 4.8 жыл, ал болжану мәні 5.2 жыл, бұл 7.7% өзара қате береді; 8 жылдық тобы үшін, өлшенген мән 7.6 жыл, ал болжану мәні 8.3 жыл, өзара қате 8.4%; 10 жылдық тобы үшін, өлшенген мән 9.5 жыл, ал болжану мәні 10.2 жыл, өзара қате 6.9%. Қате басқару талдауы айналыс температурасының өсуінің өмір сүру уақытының болжануына әсер етуін көрсетеді. Ескерту: күн сайын температура өсуі 20 °C-нан асқанда, модельдік болжану қатесі 12%-ке дейін артылады. Сонымен қатар, жүк өзгерістерінен туындайтын температура өсуі болжану қатесін 4.2%-ке дейін арттырады.

3.2 Инженерлерге ұсынылатын қолдану рекомендациялары

Как таблица 2-де көрсетілгенінде, айналыс температурасы 75 °C-нан төменде ұстағанда, құрылғылардың өмір сүру уақытының төмендетуі 58%-ке дейін азайады. Қосымша қуырдау нүктесіндегі температура әр 5 °C-нан төменде өмір сүру уақыты 18.5%-ке дейін артылады. Вентиляцияны жақсарту арқылы тест жеріндегі айналыс температурасы орташа 7.2 °C-ге дейін азайды, бұл конденсаторлардың жұмыс істейіштік параметрлерінің стабилдігін 32%-ке дейін жақсартады. Онлайн бақылау жүйесінің температура деректерінің қадамдық вентиляция қолдануынан кейін, құрылғының айналыс температурасы максимум 11.3 °C, орташа 8.7 °C-ге дейін төмендейді. Өмір сүру уақытының болжану модельі 500 кВ подстанциясында бір жыл қолданылды, алты потенциалды жоғалу үшін алғашқы ескертулерді және алдын-ала қызмет ету үшін 43%-ке дейін өнімділікті жақсартты. Қызмет ету және ауыстыру қарарларын модельдік болжануларға негізделген анализ қызмет ету қатынасын 87%-ке дейін, бұл уақыттық қызмет ету қатынасынан 35%-ке дейін жақсартады. Модельдік құрылғыларды басқару стратегиясы қызмет ету заттарын 27%-ке дейін азайтып, құрылғылардың қызмет ету қатынасын 15%-ке дейін арттырады.

4. Пікір

Системалық ықтимал жоғалу тесттері мен деректерді талдау арқылы, бұл зерттеу жоғары температуралы орташының энергия конденсаторларының жұмыс істейіштік құбылысының төмендетуіне әсерін көрсетеді және Аррениус теңдеуіне негізделген өмір сүру уақытының болжану модельін қалыптастырады. Эксперименттік нәтижелер айналыс температурасының конденсаторлардың өмір сүру уақытына әсер етуін көрсетеді: температура әр 10 °C-нан өстікенде, өмір сүру уақыты 42.5% ± 2.5%-ке дейін азайады. Диэлектрикалық жою, капацыт және изоляция қарым-қатынасы сияқты маңызды жұмыс істейіштік параметрлері температура өсуімен өте төмендетіледі. Өмір сүру уақытының болжану модельі 90%-дан жоғары болжану дәлдігін жетілдіреді, энергия конденсаторларын қызмет ету және ауыстыру қарарлары үшін ғылыми негіз қалыптастырады.