Контактна насочувачка абляција во високонапонски прекинувач со sf6
Инспекција и одржуване на дюзите на високонапонски SF6 прекинувачи
1. Позадина и традиционални методи за инспекција
Високонапонските SF6 прекинувачи се широко користат во електричните системи за заштита на колана од кратки спојувања и прекомерни напони. За да се осигура нивната надежност и безопасност, производителите обично бараат периодична демонтажа и визуелна инспекција на главните контакти, контактите на дугата и гасните дюзи. Овие инспекции имаат за цел да проценат состојбата на износот на овие компоненти и да се одреди дали е потребно замена.
Историски, овие инспекции биле основани на неколку критериуми:
Временски интервал: На пример, препорачливо е да се инспектираат контактите по 12 години употреба за прекинувачи со едноставен притисак SF6.
Електрични операции: На пример, препорачливо е да се инспектираат после 2000 електрични операции.
Операции при повреди: На пример, препорачливо е да се инспектираат после 10 операции на прекинувач при повреди.
Комбинирани критериуми: Понекогаш се користи комбинација од горепоменатите фактори за поопшта проценка.
Меѓутоа, со текот на времето, овие временски и операцијски методи на инспекција откриле некои ограничувања. Иако овие проверки помагаат да се осигура безбедноста на опремата, не секогаш точно рефлектираат фактичкиот износ на контактите и дюзите. Додека, овие инспекции можат да бидат скапи, несогласни и да предизвикаат потенцијални ризици при внатрешни инспекции на местото, што може да доведе до повреда на опремата.
2. Утврдување на арката врз параметрите на прекинувачот
Арката е комплексен термален и електричен процес кој значително влијае на перформансите на прекинувачот. Во моментот на прекин на кратки спојувања, арката може да влијае на параметрите на прекинувачот преку аблатија на дюзите. Аблатијата на дюзите се однесува на ерозијата на материјалот на дюзите поради високата температура на арката. Овој процес има двостран ефект врз капацитетот на прекинувачот за прекинување:
Повишениот притисок во камерата: Со аблатијата на дюзите, пречникот на гурлото на дюзата се зголемува, што доведува до подигнување на притискот во камерата на прекинувачот. Овој зголемен притисок помага да се забрза прекинувањето на арката со потиснување на повторното ја запалување.
Зголемен пречник на гурлото на дюзата: Зголемувањето на гурлото на дюзата дозволува повеќе гас да протече во областа на арката, што го отстранува повеќе топлина и намалува температурата на арката. Меѓутоа, ова исто така диспергира енергијата на арката, што потенцијално може да ослаби само-експлозивната способност на прекинувачот.
Така, процесот на аблатија на дюзите има како позитивни, така и негативни ефекти врз капацитетот на прекинувачот за прекинување. Кога прекинувачот прекинува кратко спојување, аблатијата на дюзите го отстранува дел од енергијата на ступниот дуг, го зголемува масата на гасот во просторот на дюзата и го зголемува густината на гасот околу контактите на арката, што намалува веројатноста за повторно ја запалување.
3. Преценка на интензитетот на аблатијата на дюзите и неговоа важност
Забелешувајќи го значајниот утврдување на аблатијата на дюзите врз перформансите на прекинувачот, проценка на интензитетот на аблатијата (т.е. зголемувањето на пречникот на гурлото на дюзата) и пресметување на аблатираната маса е важна задача. Точната проценка на аблатијата на дюзите помага техничкимото персонал да подобро разбере состојбата на прекинувачот и да прави информирани одлуки за бидуващото одржување.
Интензитетот на аблатијата може да се процени преку следните методи:
Визуелна инспекција: Со демонтажа на прекинувачот и директно набљудување на износот на дюзата. Иако овој метод е едноставен, тој е скап и носи внатрешни ризици, како што беше споменато рано.
Неинвазивни техники за детекција: Напредните неинвазивни техники за детекција, како инфрачервената термографија и ултразвучното тестирање, все повеќе се користат за одржување на прекинувачите. Овие техники дозволуваат проценка на аблатијата на дюзите и други потенцијални проблеми без демонтажа на опремата.
Анализа на податоци и предвидлив модел: Анализирајќи историски оперативни податоци за прекинувачот и комбинирајќи ги со модели на физиката на дугата, предвидливите модели можат да проценат интензитетот на аблатијата на дюзите. Овој пристап намалува непотребните демонтажни инспекции и подобрува ефикасноста на одржувањето.
4. Будущи насоки за развој
За да се подобри ефикасноста и надежноста на одржувањето на високонапонските SF6 прекинувачи, будуштите стратегии за одржување можеби ќе зависат повеќе од мониторинг на состојба и интелигентни дијагностички технологии. Реално време мониторинг на оперативните параметри на прекинувачот (како што се ток, напон и температура), комбиниран со напредни алгоритми за анализа на податоци, може да даде точна предвидба за аблатијата на дюзите и општа состојба на клучните компоненти. Овој пристап може да намали непотребните инспекции и поправки, да прошири жизнената длабочина на опремата и да намали трошоците на одржување.
Додека, напредокот во науката за материјалите ќе се фокусира на развој на материјали кои се повеќе отпорни на топлина и аблатија. Примената на нови материјали може да подобри надежноста и капацитетот за прекинување на прекинувачот, намалувајќи негативните ефекти на аблатијата на дюзите.
Метод за мерење на аблатијата на дюзите во високонапонските прекинувачи
1. Принципи на мерење на аблатијата на дюзите
1.1 Однос меѓу сигналите на притисок и аблатијата на дюзите
Истражувањата покажаа дека аблатијата на дюзите, која зголемува пречникот на гурлото на дюзата, менува карактеристиките на протокот на гас во прекинувачот. Оваа промена влијае на распределбата на притисок, доведувајќи до варијации во сигналите на притисок кои можат да се засечат со сензори за притисок. Конкретно, аблатијата на дюзите има два главни ефекти:
Промени во формата на сигнала на притисок: Зголемувањето на пречникот на дюзата го менува отпорот на протокот на гас, што го менува обликот на формата на сигнала на притисок.
Промени во спектралните карактеристики: Аблатијата на дюзите исто така влијае на спектралните карактеристики на сигналите на притисок, особено во високочестотниот опсег.
Анализирајќи овие карактеристики на сигналите на притисок, е можно индиректно да се изведе степенот на аблатијата на дюзите.
1.2 Инсталација и мерење на сензорите за притисок
За да се добијат точни сигнали на притисок, сензорите за притисок може да се инсталираат на различни точки во зависност од структурата на прекинувачот и барањата за мерење:
Мерење на еден пол: Секој пол има вентил на дното, кој може да се користи за поврзување со сензорите за притисок. Оваа конфигурација дозволува мерење на таласите на притисок од еден пол, избегнувајќи интерференција од суперпозиција на многуполни сигнали.
Мерење на три пола: Во стандардна работа, трите пола се поврзани со медени цеви, со главен вентил за наполнување во основата на прекинувачот, поврзувајќи сите три пола. Ако главниот вентил за наполнување се користи како точка за поврзување со сензорот за притисок, мерените сигналите ќе бидат суперпозиција на три индивидуални сигнали на притисок.
За да се осигура точност на мерењата, се користат сензори за притисок со висока чувствителност со соодветни заредни усилувачи. Податоците за притисок се записани од почетокот на операцијата за превклучување до крајот на шестото таласче. Равнинскиот сигнал на притисок може да се обработи со или без филтрирање, во зависност од барањата за анализа.
Нефильтриран сигнал: Брзата Фуриева трансформација (FFT) се применува директно на нефильтрираниот сигнал за анализа на неговите карактеристики во честотен домен.
Фильтриран сигнал: Користи се нискочестотен филтер од 100 Hz за да се отстрани високочестотниот шум, задржувајќи само нискочестотните компоненти.
Слики 1 и 2 илустрираат историјата на притисокот и спектрот, давајќи визуелна претстава за карактеристиките на сигналите на притисок.
Класификација на состојбата на дюзите со машинско учење
За да се подобри точноста на дијагнозата, ова истражување користи алгоритам за машинско учење базиран на методот k-Nearest Neighbors (k-NN). Процесот вклучува следните чекори:
Извлечување на карактеристики: Клучните карактеристики се извлекуваат од сигналите на притисок, како на пример врхови и долини, компоненти на честота итн. Овие карактеристики служат како входни параметри за алгоритамот за машинско учење.
Тренирање на моделот: Моделот k-NN се тренира со известни податоци за состојбата на дюзите и електродите. Во време на тренирање, алгоритамот определува најблиските соседи на основа на растојанието помеѓу карактеристиките за да изврши класификација.
Класификација на нови податоци: За нови, непознати меренја, тренираната модель се користи за класификација на состојбата на дюзите и електродите.
Овој пристап овозможува проценка на аблатијата на дюзите и други критични компоненти без отварање на гасната камера, давајќи точни препораки за одржување и проширувајќи жизнената длабочина на прекинувачот.
Точка за поврзување со сензор за притисок за аблатијата на дюзите (слика од изворот бр. 1)
Равнински податоци за мерење на главниот вентил за наполнување во оригинален состојба (синьо), фильтриран сигнал (црвено) (слика од изворот бр. 1)
Честотен спектар на равнинските податоци во методот за притисок на високонапонски прекинувач (слика од изворот бр. 1)
Заклучок на методот на преходен притисок за аблатијата на дюзите на високонапонски прекинувачи
1. Извлечување на карактеристики од фильтрирани и нефильтрирани сигнални притисоци
Неколку карактеристики можат да се извлечат од фильтрирани и нефильтрирани сигнални притисоци. Овие карактеристики ги зафаќаат единствените карактеристики на различните мерни сигнали и се есенцијални за идентификација на состојбата на дюзите. Забелешувајќи го широкото дизперсија на овие карактеристики, не е можно директно да се подесат различни услови на аблатија со индивидуални карактеристики. За да се надгради овој предизвик, се користи алгоритамот k-Nearest Neighbors (k-NN) за евалуација.
Алгоритамот k-NN генерира n-димензионален вектор за секое мерење, каде n претставува бројот на карактеристики. Растојанието помеѓу два вектори се пресметува користејќи Евклидовата растојание, со дополнително варијансно тежење за да се обезбеди варијацијата во податоците. Овој пристап гарантира дека алгоритамот може ефективно да ги разликува различните услови на аблатија на основа на комбинираната информација од повеќе карактеристики.
2. Преимущества и предизвици на методот на преходен притисок
Методот на преходен притисок е предностен затоа што лесно може да се имплементира со користење на постојчи вентили за наполнување за поврзување со сензорите за притисок. Меѓутоа, еден од главните предизвици е слабата дизперсија на индикаторите на состојба (карактеристики), што го прави тешко точната дијагноза на состојбата на дюзите. За да се надгради ова ограничување, скалите на карактеристиките беа оптимизирани преку анализа на осетливост. Иако една карактеристика сама по себе може да не донесе доволно информации за сите случаи, комбинацијата на сите седум карактеристики со алгоритамот за класификација k-NN значително го подобрува точниот диагноза.
3. Евалуација на алгоритми за класификација
Неколку алгоритми за класификација беа испробани, и резултатите покажаа дека алгоритамот k-NN, користејќи стандардна Евклидова растојание, постигна најниски процент на грешка под 0.9% во процесот на крос-валидација. Оваа комбинација на карактеристики и алгоритамот k-NN потоа беше применета за класификација на полеви меренја за различни типови на прекинувачи. За разгледаните меренја на прекинувачите, овој пристап успеа да изврши класификација без никакви грешки.
