Ang mga Katangian ng Pagbaba ng Performance at Ang Paghula ng Buhay ng Mga Power Capacitor sa ilalim ng mga Kondisyon ng Mataas na Temperatura
Mga Karunungan sa Pagkasira ng Performance at Pagsusuri ng Buhay ng Power Capacitors sa mga Kondisyon ng Mataas na Temperatura
Sa patuloy na paglaki ng mga sistema ng kuryente at ang pagtaas ng mga demanda ng load, naging mas komplikado ang kapaligiran ng operasyon para sa mga kagamitan ng kuryente. Ang pagtaas ng temperatura ng kapaligiran ay lumitaw bilang isang pangunahing factor na nakakaapekto sa maaswang operasyon ng mga power capacitors. Bilang mga mahalagang komponente sa mga sistema ng transmisyon at distribusyon ng kuryente, ang pagkasira ng performance ng mga power capacitors ay direktang nakakaapekto sa kaligtasan at estabilidad ng grid. Sa ilalim ng kondisyong mataas na temperatura, ang mga dielectric materials sa loob ng capacitors ay nagbibigay ng mas mabilis na pagtanda, na nagdudulot ng malaking pagkasira sa electrical performance, maikling buhay ng serbisyo, at potensyal na pagkakasira ng sistema.
1. Pag-aaral sa Mga Karunungan sa Pagkasira ng Performance
1.1 Setup ng Experimento
Ang mga parallel power capacitors na may rated voltage ng 10 kV at capacity ng 100 kvar ay napili bilang mga sample ng test, na sumasaklaw sa mga requirement ng GB/T 11024.1—2019, Shunt capacitors for a.c. power systems with a rated voltage above 1000 V – Part 1: General. Ang test system ay kasama ang OMICRON CP TD1 capacitance tester at ME632 dielectric loss analyzer, na ang temperatura ay kontrolado ng KSP-015 high-temperature aging chamber. Tatlong antas ng temperatura—70 °C, 85 °C, at 100 °C—ay itinakda, na may limang sample na itinest sa bawat antas. Ang proseso ng test ay sumunod sa IEC 60871-2, na nag-apply ng rated voltage nang walang tigil sa panahon ng aging upang simulan ang tunay na kondisyon ng operasyon.
1.2 Pagkasira ng Behavior ng Dielectric Loss
Sa mataas na temperatura, ang dielectric loss (tanδ) ay ipinakita ang malaking dependencia sa temperatura. Sa 70 °C, ang tanδ ay naging mabagal na pagtaas sa paglipas ng oras, na nananatiling sa mga limitasyon ng operasyon, na nagpapakita ng matatag na performance ng insulation. Sa 85 °C, ang rate ng pagtaas ay naging mas mabilis, na ang slope ng curve ay naging mas matigas; ang ilang mga sample ay lumampas sa mga standard limits sa huling bahagi. Sa 100 °C, ang tanδ ay naging mabilis na pagtaas na may matigas na curve, na nagpapakita ng tipikal na katangian ng thermal aging.
1.3 Mga Karunungan sa Pagbabago ng Capacitance
Ang pagtaas ng temperatura ay naging malaking epekto sa stability ng capacitance, na may malinaw na behavior na depende sa stage. Sa mababang temperatura, ang deviation ng capacitance ay nananatiling sa mga tolerable na limits, na nagpapakita ng magandang stability. Sa medium-temperature range, ang capacitance ay nagsimulang bumaba nang malinaw, na ang deviation ay lumapit sa mga limitasyon ng operasyon. Sa mataas na temperatura, ang capacitance ay naging mabilis na pagbaba, na lumampas sa allowable deviation, na nagpapakita ng mabilis na pagkasira.
2. Pagbuo ng Modelo ng Pagsusuri ng Buhay
2.1 Analisis ng Data ng Pagkasira ng Performance
Sa pamamagitan ng paghahambing ng mga rate ng pagkasira sa iba't ibang antas ng temperatura, ang relasyon sa pagitan ng temperatura at acceleration factor ay inanalisa. Isang comprehensive failure criterion ay itinayo batay sa mga key parameters tulad ng dielectric loss, deviation ng capacitance, at insulation resistance. Ang resulta ay nagpapakita na ang pagkasira ng performance ay naging mabilis na pagtaas sa ilalim ng mataas na temperatura, na ang acceleration factor ay nagpapakita ng exponential relationship sa temperatura. Ang data fitting ay nagbigay ng mataas na correlation coefficient, na nagpapatibay ng malakas na statistical significance. Ang Arrhenius equation ay ginamit upang kalkulahin ang acceleration factor, na kinokonsidera ang experimentally derived activation energy at Boltzmann’s constant, na nagtatagpo ng isang quantitative temperature-acceleration relationship.
2.2 Paggamit ng Modelo ng Arrhenius
Tulad ng ipinakita sa Figure 1, ang experimental data ay in-fit sa log-lifetime vs. inverse temperature (1/T) coordinate system, na nagresulta sa malakas na linear correlation. Ang slope ng fitted line ay tumutugon sa activation energy Ea (sa kJ/mol), na kumakatawan sa energy barrier ng proseso ng pagtanda, at naka-align nang mabuti sa mga teoretikal na inaasahan. Ang mataas na correlation coefficient ay nagpapatibay ng excellent agreement sa pagitan ng experimental data at modelo ng Arrhenius. Ang 95% confidence interval analysis ay nagpapakita ng estadistikal na reliable predictions. Ang mga resulta ng eksperimento ay nagpapakita na, sa pinagsubok na sakop ng temperatura, ang rate ng pagkasira ng performance ay naging malaking exponentially related sa temperatura. Batay sa life data sa iba't ibang puntos ng temperatura, itinayo ang mathematical model na nag-uugnay sa temperatura at buhay ng serbisyo.
2.3 Implementasyon ng Pagsusuri ng Buhay
Ang pagsusuri ng buhay ay batay sa cumulative damage theory, na nag-ooverlay ng mga epekto ng pagkasira sa iba't ibang kondisyon ng temperatura. Ang paraan ng pagsusuri ay komprehensibong kinokonsidera ang mga factor tulad ng rate ng pagtanda ng material, mga pagbabago sa temperatura ng kapaligiran, at mga pagbabago sa load. Ang cycle ng operasyon ay hinati sa n time intervals, na ang damage sa bawat interval ay natukoy sa pamamagitan ng operating temperature at duration. Ang data ng temperatura ay nakolekta sa pamamagitan ng online monitoring system na may sampling interval ng 1 h upang siguraduhin ang continuity at accuracy ng data. Ang naimatalang temperatura ay in-input sa Arrhenius equation upang kalkulahin ang equivalent operating time para sa bawat interval. Ang accumulated damage sa lahat ng intervals ay nagbibigay ng predicted remaining service life [4]. Ang prediction accuracy ay na-validate gamit ang resulta ng accelerated aging test, na ang average deviation sa pagitan ng model calculations at experimental data ay nai-maintain sa ±8%.
3. Aplikasyon at Veripikasyon
3.1 Analisis ng Accuracy ng Pagsusuri
Ang modelo ng pagsusuri ay na-verify gamit ang combined approach ng accelerated aging tests at actual operational data. Maraming batch ng power capacitors na may iba't ibang tagal ng serbisyo ay napili para sa performance testing, at ang mga resulta ay inihambing sa mga pagsusuri ng modelo. Tulad ng ipinakita sa Table 1, para sa 5-year operating group, ang measured average life ay 4.8 taon at ang predicted value ay 5.2 taon, na nagbibigay ng relative error na 7.7%; para sa 8-year group, ang measured value ay 7.6 taon at ang predicted value ay 8.3 taon, na may relative error na 8.4%; para sa 10-year group, ang measured value ay 9.5 taon at ang predicted value ay 10.2 taon, na nagbibigay ng relative error na 6.9%. Ang analisis ng source ng error ay nagpapakita na ang mga pagbabago sa temperatura ng kapaligiran ay ang pangunahing factor na nakakaapekto sa accuracy ng pagsusuri. Kapag ang daily temperature variation ay lumampas sa 20 °C, ang model prediction error ay naging 12%. Bukod dito, ang mga pagbabago sa temperatura dahil sa mga pagbabago sa load ay nag-ambag sa pagtaas ng prediction error ng 4.2%.
3.2 Mga Rekomendasyon para sa Aplikasyon sa Engineering
Tulad ng ipinakita sa Table 2, kapag ang temperatura ng kapaligiran ay nai-maintain sa ibaba ng 75 °C, ang rate ng pagkasira ng buhay ng equipment ay bumaba ng 58%. Para sa bawat 5 °C reduction sa temperatura ng installation location, ang inaasahang buhay ng serbisyo ay tumataas ng 18.5%. Sa pamamagitan ng pag-improve ng ventilation, ang temperatura ng kapaligiran sa lugar ng test ay naging mababa ng average ng 7.2 °C, na nagresulta sa 32% improvement sa stability ng mga parameter ng performance ng capacitor. Ang data ng temperatura mula sa online monitoring system ay nagpapakita na, pagkatapos ng implementation ng intelligent ventilation, ang maximum temperature sa paligid ng equipment ay bumaba ng 11.3 °C at ang average temperature ay bumaba ng 8.7 °C. Ang modelo ng pagsusuri ng buhay ay na-apply sa isang 500 kV substation para sa isang taon, na nagtagumpay sa pag-issue ng early warnings para sa anim na potensyal na pagkakasira, na nag-increase ng efficiency ng preventive maintenance ng 43%. Ang analisis ng data ng maintenance ay nagpapakita na ang mga desisyon sa maintenance at replacement batay sa mga pagsusuri ng modelo ay nag-achieve ng accuracy na 87%, na nagrepresenta ng 35% improvement sa traditional time-based maintenance. Ang strategy ng management ng equipment na guided ng modelo ay naging sanhi ng 27% reduction sa cost ng maintenance at 15% increase sa availability ng equipment.
4. Kasunodan
Sa pamamagitan ng sistemang accelerated aging tests at data analysis, ang pag-aaral na ito ay nagpapakita ng impluwensiya ng mga kondisyon ng mataas na temperatura sa pagkasira ng performance ng mga power capacitors at itinayo ang modelo ng pagsusuri ng buhay batay sa Arrhenius equation. Ang mga resulta ng eksperimento ay nagpapakita na ang temperatura ng kapaligiran ay isang pangunahing factor na nakakaapekto sa buhay ng capacitor: para sa bawat 10 °C increase sa temperatura, ang buhay ng serbisyo ay bumababa ng 42.5% ± 2.5%. Ang mga critical performance parameters tulad ng dielectric loss, capacitance, at insulation resistance ay ipinakita ang malaking trend ng pagkasira sa pagtaas ng temperatura. Ang nabuong modelo ng pagsusuri ng buhay ay nag-achieve ng prediction accuracy na higit sa 90%, na nagbibigay ng siyentipikong basehan para sa mga desisyon sa maintenance at replacement ng mga power capacitors.
