หัวจ่ายสัมผัสจากการสึกกร่อนในวงจรตัดไฟแรงดันสูงประเภท sf6
การตรวจสอบและบำรุงรักษาหัวจ่ายแก๊สของวงจรตัดไฟแรงดันสูง SF6
1. พื้นหลังและวิธีการตรวจสอบแบบดั้งเดิม
วงจรตัดไฟแรงดันสูง SF6 ถูกใช้อย่างแพร่หลายในระบบไฟฟ้าเพื่อป้องกันวงจรจากการลัดวงจรและการโหลดเกิน ในการรับประกันความเชื่อถือได้และความปลอดภัย ผู้ผลิตมักจะกำหนดให้มีการถอดแยกและตรวจสอบทางสายตาของตัวต่อหลัก ตัวต่ออาร์ค และหัวจ่ายแก๊สเป็นระยะๆ การตรวจสอบเหล่านี้มุ่งหมายเพื่อประเมินสภาพการสึกหรอของชิ้นส่วนเหล่านี้และตัดสินใจว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนหรือไม่
ในอดีต การตรวจสอบเหล่านี้ขึ้นอยู่กับเกณฑ์หลายประการ:
ระยะเวลา: ตัวอย่างเช่น แนะนำให้ตรวจสอบตัวต่อหลังจากใช้งาน 12 ปีสำหรับวงจรตัดไฟแรงดันสูง SF6 ที่มีแรงดันเดียว
การทำงานทางไฟฟ้า: เช่น แนะนำให้ตรวจสอบหลังจากทำงานทางไฟฟ้า 2000 ครั้ง
การทำงานกรณีลัดวงจร: เช่น แนะนำให้ตรวจสอบหลังจากทำงานในกรณีลัดวงจรตามมาตรฐาน 10 ครั้ง
เกณฑ์รวม: บางครั้งใช้การรวมกันของปัจจัยข้างต้นเพื่อการประเมินที่ครอบคลุมมากขึ้น
อย่างไรก็ตาม ในระยะยาว วิธีการตรวจสอบตามเวลาและจำนวนการทำงานที่กำหนดไว้ได้แสดงให้เห็นถึงข้อจำกัดบางประการ แม้ว่าวิธีการตรวจสอบเหล่านี้จะช่วยรับประกันความปลอดภัยของอุปกรณ์ แต่ไม่สามารถสะท้อนสภาพการสึกหรอของตัวต่อและหัวจ่ายแก๊สได้อย่างถูกต้องเสมอไป นอกจากนี้ การตรวจสอบเหล่านี้อาจมีค่าใช้จ่ายสูง ไม่สม่ำเสมอ และมีความเสี่ยงในการตรวจสอบภายในสถานที่ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์เสียหาย
2. ผลกระทบของการอาร์คบนพารามิเตอร์ของวงจรตัดไฟ
การอาร์คเป็นกระบวนการความร้อนและไฟฟ้าที่ซับซ้อนซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพของวงจรตัดไฟอย่างมาก ในระหว่างการตัดกระแสลัดวงจร การอาร์คสามารถส่งผลต่อพารามิเตอร์ของวงจรตัดไฟผ่านการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊ส การสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สหมายถึงการสึกหรอของวัสดุหัวจ่ายแก๊สเนื่องจากอุณหภูมิสูงของอาร์ค กระบวนการนี้มีผลสองด้านต่อความสามารถในการตัดวงจรของวงจรตัดไฟ:
แรงดันภายในห้องวงจรตัดไฟเพิ่มขึ้น: เมื่อหัวจ่ายแก๊สสึกกร่อน พื้นที่หน้าตัดของปากหัวจ่ายแก๊สเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันภายในห้องวงจรตัดไฟเพิ่มขึ้น แรงดันที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยเร่งการดับอาร์คโดยยับยั้งการเผาไหม้ใหม่
พื้นที่หน้าตัดของปากหัวจ่ายแก๊สเพิ่มขึ้น: การขยายของปากหัวจ่ายแก๊สช่วยให้แก๊สมากขึ้นไหลเข้าสู่บริเวณอาร์ค นำพาความร้อนออกไปมากขึ้นและลดอุณหภูมิของอาร์ค อย่างไรก็ตาม นี่ยังทำให้พลังงานของอาร์คกระจายออก อาจทำให้ความสามารถในการระเบิดเองของวงจรตัดไฟลดลง
ดังนั้น กระบวนการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สมีทั้งผลบวกและลบต่อความสามารถในการตัดวงจรของวงจรตัดไฟที่ระเบิดเอง เมื่อวงจรตัดไฟตัดกระแสลัดวงจร การสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สจะกำจัดส่วนหนึ่งของพลังงานของอาร์ค เพิ่มน้ำหนักของแก๊สในพื้นที่หัวจ่ายแก๊ส และเพิ่มความหนาแน่นของแก๊สรอบตัวต่ออาร์ค ทำให้ลดโอกาสในการเผาไหม้ใหม่
3. การประมาณการความเข้มของการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สและความสำคัญ
เนื่องจากผลกระทบที่สำคัญของการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สต่อประสิทธิภาพของวงจรตัดไฟ การประมาณการความเข้มของการสึกกร่อน (กล่าวคือ การเพิ่มขนาดของปากหัวจ่ายแก๊ส) และการคำนวณมวลที่สึกกร่อนเป็นงานที่สำคัญ การประมาณการความสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สที่แม่นยำช่วยให้เจ้าหน้าที่บำรุงรักษาเข้าใจสภาพของวงจรตัดไฟได้ดีขึ้นและตัดสินใจในการบำรุงรักษาในอนาคตได้อย่างเหมาะสม
ความเข้มของการสึกกร่อนสามารถประมาณการได้โดยวิธีต่อไปนี้:
การตรวจสอบทางสายตา: โดยการถอดแยกวงจรตัดไฟและสังเกตการสึกหรอของหัวจ่ายแก๊ส แม้ว่าวิธีนี้จะง่าย แต่มีค่าใช้จ่ายสูงและมีความเสี่ยงตามที่กล่าวมาแล้ว
เทคนิคการตรวจจับแบบไม่แทรกแซง: เทคนิคการตรวจจับแบบไม่แทรกแซงขั้นสูง เช่น การถ่ายภาพอินฟราเรดและการทดสอบด้วยคลื่นเสียง กำลังถูกนำมาใช้ในการบำรุงรักษาวงจรตัดไฟมากขึ้น เทคนิคเหล่านี้ช่วยให้สามารถประเมินการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สและปัญหาอื่น ๆ ได้โดยไม่ต้องถอดแยกอุปกรณ์
การวิเคราะห์ข้อมูลและการสร้างแบบจำลองการทำนาย: โดยการวิเคราะห์ข้อมูลการดำเนินงานในอดีตของวงจรตัดไฟและรวมกับแบบจำลองฟิสิกส์อาร์ค แบบจำลองการทำนายสามารถประมาณการความเข้มของการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สได้ วิธีการนี้ช่วยลดการตรวจสอบโดยการถอดแยกที่ไม่จำเป็นและเพิ่มประสิทธิภาพในการบำรุงรักษา
4. ทิศทางการพัฒนาในอนาคต
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการบำรุงรักษาและความเชื่อถือได้ของวงจรตัดไฟแรงดันสูง SF6 กลยุทธ์การบำรุงรักษาในอนาคตอาจพึ่งพาการตรวจสอบสภาพและการวินิจฉัยอัจฉริยะมากขึ้น การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ของพารามิเตอร์การดำเนินงานของวงจรตัดไฟ (เช่น กระแส แรงดัน และอุณหภูมิ) ร่วมกับอัลกอริทึมการวิเคราะห์ข้อมูลขั้นสูง สามารถให้การคาดการณ์ที่แม่นยำมากขึ้นของการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สและสภาพทั่วไปของชิ้นส่วนสำคัญ วิธีการนี้สามารถลดการตรวจสอบและการซ่อมแซมที่ไม่จำเป็น ยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ และลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา
นอกจากนี้ การพัฒนาทางวิทยาศาสตร์วัสดุจะมุ่งเน้นในการพัฒนาวัสดุหัวจ่ายแก๊สที่ทนทานต่อความร้อนและสึกกร่อนมากขึ้น การใช้วัสดุใหม่สามารถเพิ่มความเชื่อถือได้และความสามารถในการตัดวงจรของวงจรตัดไฟ ลดผลกระทบที่ไม่ดีจากการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊ส
วิธีการวัดการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สในวงจรตัดไฟแรงดันสูง
1. หลักการของการวัดการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊ส
1.1 ความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณแรงดันและการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊ส
การวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊ส ซึ่งทำให้ขนาดของปากหัวจ่ายแก๊สเพิ่มขึ้น ทำให้ลักษณะการไหลของแก๊สภายในวงจรตัดไฟเปลี่ยนแปลง ความเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลต่อการกระจายแรงดัน ทำให้สัญญาณแรงดันที่สามารถจับได้จากเซ็นเซอร์แรงดันเปลี่ยนแปลง เฉพาะเจาะจง การสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สมีผลสองประการหลัก:
การเปลี่ยนแปลงรูปแบบสัญญาณแรงดัน: การเพิ่มขนาดของปากหัวจ่ายแก๊สเปลี่ยนแปลงความต้านทานการไหลของแก๊ส ทำให้รูปร่างของสัญญาณแรงดันเปลี่ยนแปลง
การเปลี่ยนแปลงลักษณะสเปกตรัม: การสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สยังมีผลต่อลักษณะสเปกตรัมของสัญญาณแรงดัน โดยเฉพาะในช่วงความถี่สูง
โดยการวิเคราะห์ลักษณะของสัญญาณแรงดันเหล่านี้ เป็นไปได้ที่จะอนุมานการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สได้ทางอ้อม
1.2 การติดตั้งและการวัดเซ็นเซอร์แรงดัน
เพื่อให้ได้สัญญาณแรงดันที่แม่นยำ เซ็นเซอร์แรงดันสามารถติดตั้งที่จุดต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของวงจรตัดไฟและข้อกำหนดการวัด:
การวัดแบบเสาเดียว: แต่ละเสาจะมีวาล์วที่ฐาน ซึ่งสามารถใช้ในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์แรงดัน การตั้งค่านี้ช่วยให้วัดแรงดันจากเสาเดียว หลีกเลี่ยงการซ้อนทับสัญญาณจากเสาหลายเส้น
การวัดแบบสามเสา: ในระหว่างการทำงานปกติ สามเสาจะเชื่อมต่อกันด้วยท่อทองแดง โดยมีวาล์วเติมหลักตั้งอยู่ภายในฐานวงจรตัดไฟ เชื่อมต่อทั้งสามเสา หากใช้วาล์วเติมหลักเป็นจุดเชื่อมต่อสำหรับเซ็นเซอร์แรงดัน สัญญาณที่วัดได้จะเป็นการซ้อนทับของสัญญาณแรงดันจากเสาสามเส้น
เพื่อให้การวัดแม่นยำ เซ็นเซอร์แรงดันแบบ piezoelectric ที่มีความไวสูงและมีแอมปลิฟายเออร์ชาร์จที่เหมาะสมถูกใช้ ข้อมูลแรงดันถูกบันทึกตั้งแต่เริ่มการสลับจนถึงการสั่นสะเทือนครั้งที่หก สัญญาณแรงดันดิบสามารถประมวลผลได้ทั้งแบบมีการกรองและไม่มีการกรอง ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการวิเคราะห์
สัญญาณไม่มีการกรอง: การแปลงฟูริเยร์เร็ว (FFT) ถูกนำไปใช้กับสัญญาณที่ไม่มีการกรองเพื่อวิเคราะห์ลักษณะในโดเมนความถี่
สัญญาณที่มีการกรอง: ใช้ตัวกรองความถี่ต่ำ 100 Hz เพื่อลบสัญญาณรบกวนความถี่สูง คงไว้เฉพาะส่วนความถี่ต่ำ
รูปที่ 1 และ 2 แสดงประวัติแรงดันและสเปกตรัม ให้ภาพประกอบลักษณะของสัญญาณแรงดัน
การจำแนกสภาพของหัวจ่ายแก๊สด้วยการเรียนรู้ของเครื่องจักร
เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวินิจฉัย การศึกษานี้ใช้อัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องจักรที่ใช้ k-Nearest Neighbors (k-NN) กระบวนการประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:
การสกัดลักษณะ: ลักษณะสำคัญถูกสกัดจากสัญญาณแรงดัน เช่น ค่าสูงสุดและต่ำสุด องค์ประกอบความถี่ ฯลฯ ลักษณะเหล่านี้เป็นพารามิเตอร์ขาเข้าสำหรับอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องจักร
การฝึกโมเดล: โมเดล k-NN ถูกฝึกโดยใช้ข้อมูลที่ทราบสภาพของหัวจ่ายแก๊สและตัวต่อ ในระหว่างการฝึก อัลกอริทึมจะกำหนดเพื่อนบ้านใกล้เคียงตามระยะทางของลักษณะเพื่อทำการจำแนก
การจำแนกข้อมูลใหม่: สำหรับการวัดใหม่ที่ไม่ทราบ โมเดลที่ถูกฝึกจะใช้ในการจำแนกสภาพของหัวจ่ายแก๊สและตัวต่อ
วิธีการนี้ช่วยให้สามารถประเมินการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สและสภาพของชิ้นส่วนสำคัญอื่น ๆ ได้โดยไม่ต้องเปิดห้องแก๊ส ให้คำแนะนำในการบำรุงรักษาที่แม่นยำและยืดอายุการใช้งานของวงจรตัดไฟ
จุดเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์แรงดันสำหรับการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊ส (รูปจากแหล่งที่มาหมายเลข 1)
ข้อมูลดิบของการวัดที่วาล์วเติมหลักในสภาพเดิม (สีน้ำเงิน) สัญญาณที่มีการกรอง (สีแดง) (รูปจากแหล่งที่มาหมายเลข 1)
สเปกตรัมความถี่ของข้อมูลดิบในวิธีการวัดแรงดันของวงจรตัดไฟแรงดันสูง (รูปจากแหล่งที่มาหมายเลข 1)
สรุปวิธีการวัดแรงดันชั่วขณะสำหรับการสึกกร่อนของหัวจ่ายแก๊สในวงจรตัดไฟแรงดันสูง
1. การสกัดลักษณะจากสัญญาณแรงดันที่มีการกรองและไม่มีการกรอง
ลักษณะหลายประการสามารถสกัดได้จากสัญญาณแรงดันที่มีการกรองและไม่มีการกรอง ลักษณะเหล่านี้สะท้อนลักษณะเฉพาะของสัญญาณการวัดที่แตกต่างกันและสำคัญสำหรับการระบุสภาพของหัวจ่ายแก๊ส เนื่องจากลักษณะเหล่านี้กระจายอยู่อย่างกว้างขวาง จึงไม่สามารถตรงกับสภาพการสึกกร่อนที่แตกต่างกันได้โดยตรง ในการแก้ไขปัญหานี้ อัลกอริทึม k-Nearest Neighbors (k-NN) ถูกนำมาใช้ในการประเมิน
อัลกอริทึม k-NN สร้างเวกเตอร์ n มิติสำหรับการวัดแต่ละครั้ง โดย n แทนจำนวนลักษณะ ระยะทางระหว่างสองเวกเตอร์ถูกคำนวณโดยใช้ระยะทางยุคลิด พร้อมกับการให้น้ำหนักความแปรปรวนเพื่อชดเชยความแปรปรวนของข้อมูล วิธีการนี้ทำให้อัลกอริทึมสามารถแยกแยะสภาพการสึกกร่อนที่แตกต่างกันได้อย่างมีประสิทธิภาพจากข้อมูลที่รวมกันจากลักษณะหลายประการ
2. ข้อดีและข้อท้าทายของวิธีการวัดแรงดันชั่วขณะ
วิธีการวัดแรงดันชั่วขณะมีข้อดีคือสามารถนำไปใช้งานได้ง่ายโดยใช้วาล์วเติมที่มีอยู่ในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์แรงดัน อย่างไรก็ตาม หนึ่งในข้อท้าทายหลักคือการกระจายของตัวบ่งชี้สถานะ (ลักษณะ) ที่ไม่ดี ทำให้ยากต่อการวินิจฉัยสภาพของหัวจ่ายแก๊ส ในการแก้ไขข้อจำกัดนี้ ขนาดของลักษณะถูกปรับปรุงผ่านการวิเคราะห์ความไว แม้ว่าลักษณะเดียวอาจไม่ให้ข้อมูลเพียงพอสำหรับกรณีทั้งหมด การรวมลักษณะทั้งเจ็ดเข้ากับอัลกอริทึมการจำแนก k-NN ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการวินิจฉัยอย่างมาก
3. การประเมินอัลกอริทึมการจำแนก
อัลกอริทึมการจำแนกหลายชนิดถูกทดสอบ และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอัลกอริทึม k-NN ที่ใช้ระยะทางยุคลิดมาตรฐานได้ผลผิดพลาดต่ำกว่า 0.9% ในการตรวจสอบแบบข้าม คอมโบนี้ของลักษณะและอัลกอริทึม k-NN ถูกนำไปใช้ในการจำแนกการวัดภาคสนามสำหรับวงจรตัดไฟประเภทต่าง ๆ สำหรับการวัดวงจรตัดไฟที่พิจารณา วิธีการนี้สามารถทำการจำแนกได้โดยไม่มีข้อผิดพลาด
