Контактна насадка за абляция в високонапреговен SF6 прекъсвач

Инспекция и поддръжка на високонапрегнати SF6 прериватели с насадки

1. Фон и традиционни методи за инспекция

Високонапрегнатите SF6 прериватели се използват широко в електроенергийните системи за защита на веригите от краткосрочни замыкания и прекомерни натоварвания. За да се гарантира технията надеждност и безопасност, производителите обикновено изискват периодично разсамобързане и визуална инспекция на главните контакти, контактите за дуга и газовите насадки. Тези инспекции имат за цел да оценят състоянието на износване на тези компоненти и да определят дали е необходима замяна.

Исторически, тези инспекции са основани на няколко критерия:

• Времеви интервал: Например, препоръчително е да се инспектират контактите след 12 години употреба за единопресингови SF6 прериватели с мъртва камера.

• Електрически операции: Например, препоръчително е да се направи инспекция след 2000 електрически операции.

• Операции при повреди: Например, препоръчително е да се направи инспекция след 10 операции при повреди с краткосрочно замыкание.

• Комбинирани критерии: Понякога се използва комбинация от горепосочените фактори за по-комплексна оценка.

Макар и тези проверки, основани на време и брой операции, да помагат за гарантиране на безопасността на оборудването, те не винаги точно отразяват реалното състояние на износване на контактите и насадките. Освен това, тези инспекции могат да бъдат скъпи, несъобразими и да представляват потенциални рискове при вътрешни инспекции на място, които може да доведат до повреди на оборудването.

2. Влияние на дугата върху параметрите на преривателя

Дугата е сложен термален и електрически процес, който значително влияе на работата на преривателя. По време на прекъсване на краткосрочни замыкания, дугата може да влияе на параметрите на преривателя чрез абляция на насадката. Абляцията на насадката се отнася до ерозията на материала на насадката, причинена от високата температура на дугата. Този процес има двойно влияние върху способността на преривателя за прекъсване:

• Повишаване на налягането в камерата: Когато насадката се аблятира, поперечното сечение на гърлото на насадката се увеличава, водейки до по-високо налягане в камерата на преривателя. Това повишено налягане помага за ускоряване на изгасването на дугата, като подтиска повторното запалване.

• Увеличаване на поперечното сечение на гърлото на насадката: Увеличаването на гърлото на насадката позволява повече газ да протича в областта на дугата, отвеждайки повече топлина и намалявайки температурата на дугата. Обаче, това също разпространява енергията на дугата, потенциално ослабявайки самоексплозивната способност на преривателя.

Така, процесът на абляция на насадката има както положителни, така и отрицателни ефекти върху способността за прекъсване на самоексплозивния преривател. Когато преривателят прекъсва краткосрочно замыкание, абляцията на насадката премахва част от енергията на колоната на дугата, увеличава масата на газа в пространството на насадката и повишава плътността на газа около контактите на дугата, с което намалява вероятността за повторно запалване.

3. Оценка на интензитета на абляцията на насадката и нейното значение

С оглед значителното влияние на абляцията на насадката върху работата на преривателя, оценката на интензитета на абляцията (т.е., увеличението на диаметъра на гърлото на насадката) и изчисляването на аблатираната маса са важни задачи. Точната оценка на абляцията на насадката помага на персонала за поддръжка да разбере по-добре здравословното състояние на преривателя и да вземе информирани решения за бъдещата поддръжка.

Интензитетът на абляцията може да бъде оценен чрез следните методи:

• Визуална инспекция: Чрез разсамобързане на преривателя и директно наблюдение на износването на насадката. Въпреки че този метод е прост, той е скъп и носи вградени рискове, както беше споменато по-горе.

• Невторични методи за детекция: Напредналите невторични технологии за детекция, като инфрачервената термография и ултразвуковото тестирование, все по-често се използват за поддръжка на преривателите. Тези техники позволяват оценка на абляцията на насадката и други потенциални проблеми без разсамобързане на оборудването.

• Анализ на данни и предиктивни модели: Чрез анализ на историческите операционни данни на преривателя и комбинирането им с модела на физиката на дугата, предиктивните модели могат да оценят интензитета на абляцията на насадката. Този подход намалява ненужните разсамобързани инспекции и подобрява ефективността на поддръжката.

4. Бъдещи насоки за развитие

За да се подобри ефективността и надеждността на поддръжката на високонапрегнатите SF6 прериватели, бъдещите стратегии за поддръжка може да зависят повече от мониторинг на състоянието и интелигентни диагностични технологии. Реално време мониторинг на операционните параметри на преривателя (като ток, напрежение и температура), комбиниран с напреднали алгоритми за анализ на данни, може да предостави по-точни прогнози за абляцията на насадката и общото здравословно състояние на ключовите компоненти. Този подход може да намали ненужните инспекции и ремонти, да продължи живота на оборудването и да намали разходите за поддръжка.

Освен това, напредъкът в науката за материалите ще се фокусира върху разработването на по-термостойки и абляция-устойчиви материали за насадки. Приложението на нови материали може да подобри надеждността и способността за прекъсване на преривателя, намалявайки отрицателните ефекти от абляцията на насадката.

Метод за измерване на абляцията на насадката в високонапрегнатите прериватели

1. Принципи на измерването на абляцията на насадката

1.1 Връзка между сигнали за налягане и абляцията на насадката

Изследванията са показали, че абляцията на насадката, която увеличава диаметъра на гърлото на насадката, изменя характеристиките на газовия поток в преривателя. Това изменение влияе на разпределението на налягането, водейки до вариации в сигнали за налягане, които могат да бъдат регистрирани от сензори за налягане. Конкретно, абляцията на насадката води до два основни ефекта:

• Промени в формата на вълната на налягането: Увеличаването на диаметъра на насадката изменя съпротивлението на газовия поток, изменяйки формата на вълната на налягането.

• Промени в спектралните характеристики: Абляцията на насадката също влияе на спектралните характеристики на сигнали за налягане, особено в високочестотния диапазон.

Чрез анализ на тези характеристики на сигнали за налягане е възможно индиректно да се извлече степента на абляцията на насадката.

1.2 Инсталиране и измерване със сензори за налягане

За да се получат точни сигнали за налягане, сензорите за налягане могат да бъдат инсталирани в различни точки, в зависимост от структурата на преривателя и изискванията за измерване:

• Измерване на еднополюсни прериватели: Всеки полюс има клапа в долната си част, която може да се използва за свързване със сензори за налягане. Тази конфигурация позволява измерване на вълните на налягането от един полюс, избягвайки интерференцията от суперпозицията на многополюсни сигнали.

• Измерване на триполюсни прериватели: По време на стандартна работа, трите полюса са свързани чрез медни тръби, с главна клапа за зареждане, разположена в основата на преривателя, свързваща всички три полюса. Ако главната клапа за зареждане се използва като точка за свързване със сензор за налягане, измереният сигнал ще бъде суперпозицията на три индивидуални сигнала за налягане.

За да се осигури точността на измерванията, се използват високочувствителни пьезоелектрични сензори за налягане, оборудвани с подходящи усилители на заряд. Данные за налягане се записват от началото на операцията за преход до края на шестица. Съвместимите сигнали за налягане могат да бъдат обработени или без филтриране, в зависимост от изискванията за анализ.

• Нефильтриран сигнал: Бързо Фурие Преобразуване (FFT) се прилага директно към нефильтрирания сигнал за анализ на неговите честотни характеристики.

• Филтриран сигнал: Използва се филтър с ниски честоти (100 Hz) за премахване на високочестотни шумове, задържащи само нискочестотните компоненти.

Фигури 1 и 2 илюстрират историята на налягането и спектъра, предоставяйки визуално представяне на характеристиките на сигнала за налягане.

2. Класификация на състоянието на насадката чрез машинно обучение

За да се подобри точността на диагнозата, това изследване използва алгоритъм за машинно обучение, основан на метода на k-ближайши съседи (k-NN). Процесът включва следните стъпки:

• Извличане на характеристики: Ключови характеристики се извличат от сигнали за налягане, като пики и долни точки, честотни компоненти и т.н. Тези характеристики служат като входни параметри за алгоритъма за машинно обучение.

• Обучение на модела: Моделът k-NN се обучава с известни данни за състоянието на насадките и електродите. По време на обучението, алгоритъмът определя най-близките съседи на основа на разстоянията между характеристиките, за да извърши класификация.

• Класификация на нови данни: За нови, неизвестни измервания, обученият модел се използва за класификация на състоянието на насадките и електродите.

Този подход позволява оценка на абляцията на насадката и други ключови компоненти без отваряне на газовата камера, предоставяйки точни препоръки за поддръжка и удължавайки жизнения цикъл на преривателя.

Точка за свързване със сензор за налягане за абляция на насадката (фото от източник 1)

Съвместими данни за измерване на главната клапа за зареждане в изходно състояние (синьо), филтриран сигнал (червено) (фото от източник 1)

Честотен спектър на съвместимите данни в метода за налягане на високонапрегнатите прериватели (фото от източник 1)

Заключение на метода за преходно налягане за абляция на насадката на високонапрегнатите прериватели

1. Извличане на характеристики от филтрирани и нефильтрирани сигнали за налягане

Няколко характеристики могат да бъдат извлечени както от филтрирани, така и от нефильтрирани сигнали за налягане. Тези характеристики отразяват уникалните свойства на различните сигнали за измерване и са важни за идентифициране на състоянието на насадките. В резултат на широкото разпространение на тези характеристики, не е възможно директно да се съпоставят различните условия на абляция с отделни характеристики. За да се справи с този предизвикателство, се използва алгоритъм на k-ближайши съседи (k-NN) за оценка.

Алгоритъмът k-NN генерира n-мерен вектор за всяко измерване, където n представлява броя на характеристиките. Разстоянието между два вектора се изчислява с помощта на евклидово разстояние, с добавено тегло на вариацията, за да се отчете вариабилността на данните. Този подход осигурява, че алгоритъмът може ефективно да различава различните условия на абляция на основа на комбинираната информация от множество характеристики.

2. Преимущества и предизвикателства на метода за преходно налягане

Методът за преходно налягане е преимущество, защото може лесно да бъде приложен, използвайки съществуващите клапи за зареждане за свързване със сензори за налягане. Едно от основните предизвикателства обаче е лошото разпространение на индикаторите на състоянието (характеристики), което прави трудно точната диагностика на състоянието на насадката. За да се преодолее това ограничение, мащабите на характеристиките са оптимизирани чрез анализ на чувствителността. Въпреки че една единствена характеристика може да не предоставя достатъчна информация за всички случаи, комбинацията на всички седем характеристики с алгоритъма за класификация k-NN значително подобрява точността на диагнозата.

3. Оценка на алгоритми за класификация

Няколко алгоритъма за класификация са тествани, и резултатите показват, че алгоритъмът k-NN, използващ стандартно евклидово разстояние, е достигнал най-ниска грешка по-малка от 0.9% при кръстосана валидация. Тази комбинация от характеристики и алгоритъм k-NN са след това приложени за класификация на полеви измервания за различни типове прериватели. За разглежданите измервания на прериватели, този подход е бил в състояние да извърши класификацията без никакви грешки.