Ytterdøsningsegenskaper og livsforutsigelse for strømkondensatorer under høytemperaturforhold

Ytelsesnedgangs kjennetegn og levetidsprognose for strømkondensatorer under høytemperaturforhold

Med den kontinuerlige utvidelsen av strømsystemer og økende belastningsbehov, har driftsmiljøet for elektrisk utstyr blitt stadig mer kompleks. Stigende omgivelses temperatur har vist seg å være en nøkkelfaktor som påvirker den pålitelige drift av strømkondensatorer. Som kritiske komponenter i strømoverførings- og distribusjonssystemer, påvirker ytelsesnedgangen til strømkondensatorer direkte nettets sikkerhet og stabilitет. Under høytemperaturforhold aldrer dielektriske materialer i kondensatorene raskere, noe som fører til betydelig nedbryting av elektrisk ytelse, forkortet levetid og potensielt systemfeil.

1. Studie av ytelsesnedgangs kjennetegn
1.1 Eksperimentell oppsett

Parallellstrømkondensatorer med en spenningsklasse på 10 kV og en kapasitet på 100 kvar ble valgt som prøveeksempler, i samsvar med kravene i GB/T 11024.1—2019, Shunt kapasitorer for vekselstrømssystemer med en spenningsklasse over 1000 V – Del 1: Generelt. Prøvesystemet inkluderte en OMICRON CP TD1 kapasitansprøver og en ME632 dielektrisk tapanalyzer, med temperaturkontrollert av en KSP-015 høytemperaturalderingsskuff. Tre temperaturnivåer—70 °C, 85 °C, og 100 °C—ble satt, med fem eksempler testet på hvert nivå. Prøveprosedyren fulgte IEC 60871-2, med kontinuerlig spenningsanvendelse under aldering for å simulere sanne driftsforhold.

1.2 Dialektrisk tapnedbrytnings atferd

Under høy temperatur viser dialektrisk tap (tanδ) en betydelig temperaturavhengighet. Ved 70 °C økte tanδ sakte over tid, og forble innen driftsgrenser, noe som indikerte stabil isolasjonsytelse. Ved 85 °C akselererte økningen, med en steilere kurve; noen eksempler overskred standardgrenser i senere faser. Ved 100 °C økte tan&δ; skarpt med en bratt kurve, som viser typiske kjennetegn for termisk aldering.

1.3 Kapasitansvariasjons kjennetegn

Temperaturøkning påvirket signifikant kapasitansstabiliteten, med klart stadiumbasert atferd. Ved lave temperaturer forble kapasitansavvik innen tillatte toleranser, noe som demonstrerte god stabilitет. I mediumtemperaturområdet begynte kapasitansen å nedbryte merkt, med avvik nærme driftsgrenser. Under høy temperatur sank kapasitansen raskt, overskred tillatt avvik, noe som indikerte akselerert nedbryting.

2. Utvikling av levetidsprognosemodell
2.1 Analyse av ytelsesnedbrytningsdata

Ved å sammenligne nedbrytningsrater på ulike temperaturnivåer, analyserte man forholdet mellom temperatur og akselerasjonsfaktor. En omfattende feilkriterie ble etablert basert på nøkkelparametre som dialektrisk tap, kapasitansavvik og isolasjonsmotstand. Resultatene indikerte at ytelsesnedbryting akselererte signifikant under høy temperatur, med akselerasjonsfaktoren som viste en eksponensiell relasjon med temperatur. Datatilpasning ga en høy korrelasjonskoeffisient, som bekreftet sterk statistisk signifikans. Arrhenius ligningen ble brukt til å beregne akselerasjonsfaktoren, inkludert eksperimentelt derivert aktiveringsenergi og Boltzmanns konstant, og etablerte dermed en kvantitativ temperatur-akselerasjonsrelasjon.

2.2 Anvendelse av Arrhenius-modellen

Som vist i figur 1, ble eksperimentelle data tilpasset i et log-livslengde mot invers temperatur (1/T) koordinatsystem, noe som ga en sterk lineær korrelasjon. Helningen til den tilpassede linjen svarer til aktiveringsenergien EaEa (i kJ/mol), som representerer energibarrieren for alderingsprosessen, og stemmer godt overens med teoretiske forventninger. En høy korrelasjonskoeffisient bekrefter excellent overensstemmelse mellom eksperimentelle data og Arrhenius-modellen. 95% konfidensintervallanalyse indikerer statistisk pålitelige prognoser. Eksperimentelle resultater viser at, innen det testede temperaturrommet, er raten for ytelsesnedbryting signifikant eksponensielt relatert til temperatur. Basert på livslengdedata ved ulike temperaturpunkter, ble en matematisk modell knyttet til temperatur og tjenestelivet etablert.

2.3 Implementering av levetidsprognose
Levetidsprognosen er basert på teorien om kumulativ skade, som叠加了不同温度条件下的损伤效应。预测方法综合考虑了材料老化速率、环境温度波动和负载变化等因素。运行周期被划分为 *n* 个时间间隔，每个间隔的损伤由运行温度和持续时间决定。温度数据通过在线监测系统获取，采样间隔为 1 小时，以确保数据的连续性和准确性。将测量的温度输入阿伦尼乌斯方程，计算每个间隔的等效运行时间。所有间隔累积的损伤得到预测的剩余使用寿命 [4]。使用加速老化测试结果验证预测精度，模型计算与实验数据之间的平均偏差保持在 ±8% 以内。 请注意，以上内容中包含了一些中文文本，这似乎是一个错误。以下是修正后的挪威语翻译：

2.3 Implementering av levetidsprognose
Levetidsprognosen er basert på kumulativ skadeteori, som summerer skadeeffekter under ulike temperaturforhold. Prognosemetoden tar hensyn til faktorer som materialeldring, miljøtemperaturfluktuasjoner og lastvariasjoner. Driftsperioden deles inn i *n* tidsintervaller, med skaden i hvert intervall bestemt av driftstemperaturen og varigheten. Temperaturdata hentes gjennom et online overvåkingssystem med et prøveintervall på 1 time for å sikre datakontinuitet og -nøyaktighet. De målte temperaturer settes inn i Arrhenius-ligningen for å beregne den ekvivalente driftstiden for hvert intervall. Den akkumulerte skaden over alle intervaller gir den forutsagte gjenstående levetiden [4]. Prognosepresisjonen verifiseres ved hjelp av akselererte alderingstester, med den gjennomsnittlige avviket mellom modellberegninger og eksperimentelle data holdt innen ±8%.

3. Anvendelse og verifisering
3.1 Analyse av prognosepresisjon

Prognosemodellen verifiseres ved hjelp av en kombinasjon av akselererte alderingstester og faktiske driftsdata. Flere partier strømkondensatorer med ulike driftstider velges for ytelsestesting, og resultatene sammenlignes med modellprognoser. Som vist i tabell 1, for 5-års driftsgruppen, er den målte gjennomsnittlige levetiden 4.8 år og den forutsagte verdien 5.2 år, med en relativ feil på 7.7%; for 8-års gruppen, er den målte verdien 7.6 år og den forutsagte verdien 8.3 år, med en relativ feil på 8.4%; for 10-års gruppen, er den målte verdien 9.5 år og den forutsagte verdien 10.2 år, med en relativ feil på 6.9%. Feilkildeanalyse viser at miljøtemperaturfluktuasjoner er den primære faktoren som påvirker prognosepresisjon. Når daglige temperaturvariasjoner overstiger 20 °C, øker modellprognosefeilen til 12%. I tillegg bidrar temperaturvariasjoner som følge av lastvariasjoner til en økning i prognosefeilen på 4.2%.

3.2 Ingeniørtilrettelegging anbefalinger

Som vist i tabell 2, når omgivelses temperaturen holdes under 75 °C, minker hastigheten for utstyrslevetidsnedbryting med 58%. For hver 5 °C reduksjon i installasjonsstedets temperatur, øker den forventede levetiden med 18.5%. Ved å forbedre ventilasjon, reduseres omgivelses temperaturen ved prøvestedet i gjennomsnitt med 7.2 °C, noe som resulterer i en 32% forbedring i stabiliseringen av kondensator ytelsesparametre. Temperaturdata fra online overvåkingssystemet indikerer at etter implementering av intelligent ventilasjon, sank maksimal temperaturen rundt utstyret med 11.3 °C og gjennomsnittstemperaturen med 8.7 °C. Levetidsprognosemodellen ble anvendt i et 500 kV transformasjonsstasjon i ett år, og lyktes med å gi tidlig varsling om seks potensielle feil, økte forebyggende vedlikeholds effektivitet med 43%. Vedlikeholdsdataanalyse viser at vedlikeholds- og byttebeslutninger basert på modellprognoser oppnådde en nøyaktighet på 87%, noe som representerer en 35% forbedring i forhold til tradisjonell tidbasert vedlikehold. Modellguidert utstyrshåndtering strategi reduserte vedlikeholdskostnader med 27% og økte utstyrstillgjengelighet med 15%.

4. Konklusjon

Gjennom systematiske akselererte alderingstester og dataanalyse, avdekker denne studien innflytelsen av høytemperaturmiljøer på ytelsesnedbrytingen av strømkondensatorer, og etablerer en levetidsprognosemodell basert på Arrhenius-ligningen. Eksperimentelle resultater viser at omgivelses temperaturen er en nøkkelfaktor som påvirker kondensatorlevealder: for hver 10 °C økning i temperatur, minker levealderen med 42.5% ± 2.5%. Kritiske ytelsesparametre som dialektrisk tap, kapasitans og isolasjonsmotstand viser betydelige nedbrytnings trender med stigende temperatur. Den utviklede levetidsprognosemodellen oppnår en prognosepresisjon på over 90%, og gir en vitenskapelig grunnlag for vedlikeholds- og byttebeslutninger for strømkondensatorer.