Pangutana sa Nozzle Ablation sa high voltage sf6 circuit breaker

Pagsusi ug Paghimo sa Mantenansya sa Nozzles sa High-Voltage SF6 Circuit Breaker

1. Background ug Tradisyonal nga mga Pamaagi sa Pagsusi

Gilaas na gamiton ang high-voltage SF6 circuit breakers aron protektahan ang mga sirkwito gikan sa short circuits ug overloads. Aron masigurado ang ilang reliability ug safety, gikinahanglan ngadto sa manufacturers ang regular nga pagdisassemble ug visual inspection sa main contacts, arc contacts, ug gas nozzles. Ang mga pagsusi niini naglakip sa assessment sa wear condition sa mga komponente ug pagdetermine kung kinahanglan nga isubstitute.

Historically, ang mga pagsusi niini gisundan sa daghang criteria:

• Time Interval: Tumong, gitungha nga mopalihog ang pagsusi sa contacts human sa 12 ka tuig sa paggamit para sa single-pressure SF6 dead-tank circuit breakers.

• Electrical Operations: Tumong, gitungha nga mopalihog ang pagsusi human sa 2000 electrical operations.

• Fault Operations: Tumong, gitungha nga mopalihog ang pagsusi human sa 10 rated short-circuit breaker operations.

• Combined Criteria: Kadaghanan, gigamit ang combination sa uban pang factors aron mas comprehensive ang assessment.

Gayob, ang mga time-based ug operation-count-based nga pamaagi sa pagsusi adunay nabalaka nga mga limitation. Bisag maoy tabangan kini sa pagensure sa equipment safety, dili gyud kini lalim nga mosugyot sa actual wear condition sa contacts ug nozzles. Ania, ang mga pagsusi niini mahimong costly, inconsistent, ug mogamtang og potential risks during on-site internal inspections, nga mahimong magresulta sa damage sa equipment.

2. Epekto sa Arcing sa Parameters sa Circuit Breaker

Ang arcing usa ka complex nga thermal ug electrical process nga makabag-o sa performance sa circuit breaker. Sa panahon sa interruption sa short-circuit currents, ang arcing makabag-o sa breaker's parameters pinaagi sa nozzle ablation. Ang nozzle ablation nagpasabot sa erosion sa material sa nozzle gikan sa mataas nga temperatura sa arc. Kini nga proseso adunay dual effect sa breaker's interrupting capability:

• Increase Chamber Pressure: Kon ang nozzle mobati, ang cross-sectional area sa nozzle throat madako, resulta niana ang taas nga pressure sa loob sa breaker chamber. Kini nga taas nga pressure makatabang sa pag-accelerate sa arc extinction pinaagi sa pag-suppress sa re-ignition.

• Increase Nozzle Throat Cross-Sectional Area: Ang pagdako sa nozzle throat makapahimo sa mas dako nga flow sa gas sa arc region, nagcarry away sa mas dako nga heat ug nagreduce sa arc temperature. Apan, kini usab mogamit sa arc energy, mahimong mapuslan ang self-blast capability sa breaker.

Bisan pa, ang nozzle ablation process adunay positive ug negative effects sa interrupting capability sa self-blast circuit breaker. Kon ang breaker moginterupt sa short-circuit current, ang nozzle ablation mogremove sa part sa energy sa arc column, magincrease sa mass sa gas sa nozzle space, ug magraise sa gas density sa palibot sa arc contacts, resulta niana ang pagbawas sa likelihood sa re-ignition.

3. Estimation sa Intensity sa Nozzle Ablation ug Iyang Importansiya

Konsernado ang significant impact sa nozzle ablation sa breaker performance, ang estimation sa ablation intensity (i.e., ang increase sa diameter sa nozzle throat) ug calculation sa ablated mass usa ka crucial task. Ang accurate estimation sa nozzle ablation makatabang sa maintenance personnel sa pagbetter understand sa health sa breaker ug pagmake informed decisions alang sa future maintenance.

Ang ablation intensity mahimo nga i-estimate pinaagi sa sumala nga mga pamaagi:

• Visual Inspection: Pinaagi sa pagdisassemble sa breaker ug direct observation sa wear sa nozzle. Bisag simple ra kini nga pamaagi, costly ug risky kini, sama sa giingon sa wala pa.

• Non-Intrusive Detection Techniques: Ang advanced non-intrusive detection technologies, sama sa infrared thermography ug ultrasonic testing, kasagaran napagamit alang sa breaker maintenance. Kini nga mga teknik mahimo nga i-assess ang nozzle ablation ug uban pang potential issues walay pagdisassemble sa equipment.

• Data Analysis ug Predictive Modeling: Pinaagi sa pag-analyze sa historical operating data sa breaker ug pagcombine niini sa arc physics models, ang predictive models mahimo nga i-estimate ang nozzle ablation intensity. Kini nga pamaagi mogamit sa unnecessary disassembly inspections ug nag-improve sa efficiency sa mantenansya.

4. Mga Future Development Directions

Arong mas padayonon ang efficiency ug reliability sa high-voltage SF6 circuit breakers, ang future maintenance strategies mahimong magdepende sa condition monitoring ug intelligent diagnostic technologies. Ang real-time monitoring sa breaker's operating parameters (sama sa current, voltage, ug temperature), gicombine sa advanced data analysis algorithms, makatabang sa mas accurate prediction sa nozzle ablation ug overall health sa key components. Kini nga pamaagi mogamit sa unnecessary inspections ug repairs, extend sa lifespan sa equipment, ug lower sa maintenance costs.

Ania, ang advancements sa materials science magfocus sa pag-develop sa mas heat-resistant ug ablation-resistant nozzle materials. Ang application sa new materials makatabang sa pag-improve sa breaker's reliability ug interrupting capability, mitigating ang negative effects sa nozzle ablation.

Pamaagi sa Measurement sa Nozzle Ablation sa High-Voltage Circuit Breakers

1.Principles sa Nozzle Ablation Measurement

1.1 Relationship Between Pressure Signals ug Nozzle Ablation

Ang research naka-demonstrate nga ang nozzle ablation, nga nag-increase sa diameter sa nozzle throat, nagbag-o sa gas flow characteristics sa circuit breaker. Kini nga pagbag-o nag-efecto sa pressure distribution, nagresulta sa variations sa pressure signals nga makuha sa pressure sensors. Specifically, ang nozzle ablation nagresulta sa duha ka primary effects:

• Changes in Pressure Waveform: Ang pag-increase sa nozzle diameter nagmodify sa gas flow resistance, nagalter sa shape sa pressure waveform.

• Changes in Spectral Characteristics: Ang nozzle ablation usab naginfluence sa spectral characteristics sa pressure signals, lalo na sa high-frequency range.

Pinaagi sa pag-analyze sa mga pressure signal features, posible nga indirect infer ang extent sa nozzle ablation.

1.2 Installation ug Measurement sa Pressure Sensors

Arong makakuha og accurate pressure signals, ang pressure sensors mahimo nga i-install sa different points depende sa structure sa circuit breaker ug measurement requirements:

• Single-Pole Measurement: Ang bawat pole adunay valve sa ilahang bottom, nga mahimong gamiton aron i-connect ang pressure sensors. Kini nga setup makapagmeasure sa pressure waves gikan sa single pole, nagavoid sa interference gikan sa multi-pole signal superposition.

• Three-Pole Measurement: Sa standard operation, ang tatlo ka poles giconnect pinaagi sa copper tubes, may main filling valve sa base sa circuit breaker, connecting tanang tres poles. Kon ang main filling valve gamiton isip connection point sa pressure sensor, ang measured signal mao ang superposition sa tres individual pressure signals.

Arong ensure accurate measurements, gigamit ang high-sensitivity piezoelectric pressure sensors equipped with appropriate charge amplifiers. Ang pressure data recorded gikan sa start sa switching operation hangtod sa end sa sixth oscillation. Ang raw pressure signal mahimo nga i-process either with or without filtering, depende sa analysis requirements.

• Unfiltered Signal: Ang Fast Fourier Transform (FFT) directly applied sa unfiltered signal aron analyze ang frequency domain characteristics.

• Filtered Signal: Gigamit ang 100 Hz low-pass filter aron remove ang high-frequency noise, retaining only ang low-frequency components.

Ang Figures 1 ug 2 illustrate ang pressure history ug spectrum, providing visual representation sa pressure signal characteristics.

2. Nozzle Condition Classification Using Machine Learning

Arong enhance ang accuracy sa diagnosis, kini nga study nag-employ og machine learning algorithm based sa k-Nearest Neighbors (k-NN) method. Ang proseso naglakip sa sumala nga steps:

• Feature Extraction: Key features extracted gikan sa pressure signals, sama sa peak ug valley values, frequency components, etc. Kini nga features serve as input parameters sa machine learning algorithm.

• Model Training: Ang k-NN model trained using known data sa nozzle ug electrode conditions. Sa training, ang algorithm determine ang nearest neighbors based sa feature distances aron perform classification.

• Classification of New Data: Para sa new, unknown measurements, ang trained model used aron classify ang condition sa nozzles ug electrodes.

Kini nga approach enable ang assessment sa nozzle ablation ug other critical component conditions without opening sa gas chamber, providing accurate maintenance recommendations ug extending sa lifespan sa circuit breaker.

Connection point with pressure sensor for nozzle ablation(photo from the source no 1)

Raw data of measurement at the main filling valve in original condition (blue), filtered signal (red)(photo from the source no 1)

Frequency spectrum of raw data in high voltage circuit breaker pressure method(photo from the source no 1)

Conclusion sa Transient Pressure Method sa High-Voltage Circuit Breaker Nozzle Ablation

1. Feature Extraction gikan sa Filtered ug Unfiltered Pressure Signals

Daghan nga features mahimo nga derive gikan sa both filtered ug unfiltered pressure signals. Kini nga features capture ang unique characteristics sa different measurement signals ug essential aron identify ang condition sa nozzles. Tungod sa wide dispersion sa mga features, dili feasible ang direct match sa different ablation conditions sa individual features. Aron address kini nga challenge, ang k-Nearest Neighbors (k-NN) algorithm employed aron evaluation.

Ang k-NN algorithm generates an n-dimensional vector para sa bawat measurement, diin n represents ang number sa features. Ang distance sa duha ka vectors calculated using Euclidean distance, plus additional variance weighting aron account sa variability sa data. Kini nga approach ensures nga ang algorithm effectively distinguish sa different ablation conditions based sa combined information gikan sa multiple features.

2. Advantages ug Challenges sa Transient Pressure Method

Ang transient pressure method advantageous tungod kay easy implement using existing filling valves aron connect pressure sensors. Apan, ang main challenge mao ang poor dispersion sa state indicators (features), nga magpadifficult sa accurate diagnosis sa nozzle conditions. Aron overcome kini nga limitation, ang feature scales optimized through sensitivity analysis. Bisag single feature dili provide sufficient information sa tanang cases, combining all seven features sa k-NN classification algorithm significantly improve diagnostic accuracy.

3. Evaluation sa Classification Algorithms

Daghan nga classification algorithms tested, ug ang results showed nga ang k-NN algorithm, using standard Euclidean distance, achieved lowest error rate less than 0.9% during cross-validation. Kini nga combination sa features ug k-NN algorithm then applied aron classify field measurements sa different types sa circuit breakers. Para sa considered circuit breaker measurements, kini nga approach able perform classification without errors.