Pag-abrase ng Contact Nozzle sa mataas na boltyeheng sf6 circuit breaker

Pagsusuri at Pagmamanila ng Nozzle ng Mataas na Volt na SF6 Circuit Breaker

1. Background at Tradisyunal na Metodong Pagsusuri

Ang mataas na volt na SF6 circuit breakers ay malawakang ginagamit sa mga sistema ng kuryente upang maprotektahan ang mga linya mula sa short circuits at overloads. Upang matiyak ang kanilang reliabilidad at kaligtasan, karaniwang nangangailangan ang mga tagagawa ng regular na pagkakalat at visual inspection ng mga pangunahing kontak, arc contacts, at gas nozzles. Ang mga pagsusuring ito ay may layuning asesahin ang kondisyon ng usok ng mga komponentong ito at tuklasin kung kinakailangan ng pagpapalit.

Kasaysayan, ang mga pagsusuring ito ay batay sa ilang kriteria:

• Time Interval: Halimbawa, inirerekomenda ang pag-susuri ng mga kontak pagkatapos ng 12 taon ng paggamit para sa single-pressure SF6 dead-tank circuit breakers.

• Electrical Operations: Halimbawa, inirerekomenda ang pagsusuri pagkatapos ng 2000 electrical operations.

• Fault Operations: Halimbawa, inirerekomenda ang pagsusuri pagkatapos ng 10 rated short-circuit breaker operations.

• Combined Criteria: Ang kombinasyon ng mga nakaraang faktor ay minsan ginagamit para sa mas komprehensibong pag-asesa.

Gayunpaman, sa loob ng panahon, ang mga time-based at operation-count-based na metodyo ng pagsusuri ay nagpakita ng ilang limitasyon. Habang nakakatulong ang mga pagsusuring ito upang matiyak ang kaligtasan ng kagamitan, hindi sila palaging natutukoy nang tama ang aktwal na kondisyon ng usok ng mga kontak at nozzles. Bukod dito, ang mga pagsusuring ito ay maaaring mahal, inconsistent, at nagbibigay ng potensyal na mga panganib sa panahon ng on-site internal inspections, na maaaring magresulta sa pinsala sa kagamitan.

2. Epekto ng Arcing sa Mga Parameter ng Circuit Breaker

Ang arcing ay isang kompleks na termal at elektrikal na proseso na nagsisimula sa performance ng circuit breaker. Sa panahon ng pag-interrupt ng short-circuit currents, ang arcing ay maaaring makaapekto sa mga parameter ng breaker sa pamamagitan ng nozzle ablation. Ang nozzle ablation ay tumutukoy sa erosion ng material ng nozzle dahil sa mataas na temperatura ng arc. Ang prosesong ito ay may dual na epekto sa interrupting capability ng breaker:

• Tumaas na Chamber Pressure: Habang nababawasan ang nozzle, ang cross-sectional area ng nozzle throat ay lumalaki, na nagdudulot ng mas mataas na presyon sa loob ng breaker chamber. Ang pagtaas ng presyon na ito ay tumutulong sa pag-accelerate ng arc extinction sa pamamagitan ng pag-suppress ng re-ignition.

• Lumaking Cross-Sectional Area ng Nozzle Throat: Ang paglalaki ng nozzle throat ay nagbibigay-daan para sa mas maraming gas na lumipad sa arc region, na nagdadala ng mas maraming init at nagbabawas ng temperatura ng arc. Gayunpaman, ito din ay nagdidisperse ng enerhiya ng arc, na maaaring mabawasan ang self-blast capability ng breaker.

Kaya, ang prosesong nozzle ablation ay may positibong at negatibong epekto sa interrupting capability ng self-blast circuit breaker. Kapag ang breaker ay nag-interrupt ng short-circuit current, ang nozzle ablation ay nag-aalis ng bahagi ng enerhiya ng arc column, nagpapataas ng mass ng gas sa nozzle space, at nagpapataas ng density ng gas sa paligid ng arc contacts, na nagbabawas ng posibilidad ng re-ignition.

3. Pagtantiya ng Intensity ng Nozzle Ablation at Importansiya Nito

Dahil sa malaking epekto ng nozzle ablation sa performance ng breaker, ang pagtantiya ng intensity ng ablation (i.e., ang pagtaas ng diameter ng nozzle throat) at pagkalkula ng ablated mass ay isang mahalagang gawain. Ang tumpak na pagtantiya ng nozzle ablation ay tumutulong sa maintenance personnel na mas maunawaan ang kalusugan ng breaker at gumawa ng maunlad na desisyon para sa future maintenance.

Ang intensity ng ablation ay maaaring matantiya sa pamamagitan ng sumusunod na mga pamamaraan:

• Visual Inspection: Sa pamamagitan ng pagkakalat ng breaker at direkta na pagsusuri ng usok ng nozzle. Bagama't ang pamamaraang ito ay straightforward, ito ay mahal at nagdudulot ng inherent risks, tulad ng nabanggit na.

• Non-Intrusive Detection Techniques: Ang advanced non-intrusive detection technologies, tulad ng infrared thermography at ultrasonic testing, ay lalong ginagamit para sa breaker maintenance. Ang mga teknikong ito ay nagbibigay-daan para sa assessment ng nozzle ablation at iba pang potensyal na isyu nang hindi kailangang buksan ang kagamitan.

• Data Analysis at Predictive Modeling: Sa pamamagitan ng pag-analyze ng historical operating data ng breaker at pag-combine nito sa arc physics models, ang predictive models ay maaaring matantiya ang intensity ng nozzle ablation. Ang pamamaraang ito ay nagbabawas ng hindi kinakailangang disassembly inspections at nagpapabuti ng efficiency ng maintenance.

4. Mga Direksyon ng Kinabibilangang Pag-unlad

Upang mapabuti ang efficiency at reliability ng mataas na volt na SF6 circuit breakers, ang mga future maintenance strategies ay maaaring higit na magbatid sa condition monitoring at intelligent diagnostic technologies. Ang real-time monitoring ng operating parameters ng breaker (tulad ng current, voltage, at temperature), kasama ang advanced data analysis algorithms, ay maaaring magbigay ng mas tumpak na prediction ng nozzle ablation at overall health ng mga key components. Ang pamamaraang ito ay maaaring mabawasan ang hindi kinakailangang inspections at repairs, mapalawak ang lifespan ng kagamitan, at mabawasan ang maintenance costs.

Bukod dito, ang mga pag-unlad sa materials science ay magfokus sa pag-develop ng mas heat-resistant at ablation-resistant na nozzle materials. Ang application ng bagong materials ay maaaring lalo pa mapabuti ang reliability at interrupting capability ng breaker, na nag-mitigate ng negatibong epekto ng nozzle ablation.

Metodo ng Pagsukat ng Nozzle Ablation sa Mataas na Volt na Circuit Breakers

1.Prinisipyong Pagsukat ng Nozzle Ablation

1.1 Ugnayan sa pagitan ng Pressure Signals at Nozzle Ablation

Nagpatotoo ang pag-aaral na ang nozzle ablation, na nagpapalaki ng diameter ng nozzle throat, ay nagbabago ang gas flow characteristics sa loob ng circuit breaker. Ang pagbabago na ito ay umaapekto sa pressure distribution, na nagreresulta sa variation sa pressure signals na maaaring makuha ng pressure sensors. Partikular, ang nozzle ablation ay nagreresulta sa dalawang pangunahing epekto:

• Changes in Pressure Waveform: Ang paglaki ng diameter ng nozzle ay nagbabago ng resistance ng gas flow, na nagbabago ng hugis ng pressure waveform.

• Changes in Spectral Characteristics: Ang nozzle ablation ay umaapekto rin sa spectral characteristics ng pressure signals, lalo na sa high-frequency range.

Sa pamamagitan ng pag-analyze ng mga feature ng pressure signal, maaaring indirect na iminumungkahing ang extensyon ng nozzle ablation.

1.2 Installation at Pagsukat ng Pressure Sensors

Upang makakuha ng tumpak na pressure signals, maaaring i-install ang pressure sensors sa iba't ibang puntos depende sa structure ng circuit breaker at measurement requirements:

• Single-Pole Measurement: Bawat pole ay may valve sa ilalim nito, na maaaring gamitin para i-connect ang pressure sensors. Ang setup na ito ay nagbibigay-daan para sa pagsukat ng pressure waves mula sa single pole, na nag-iwas ng interference mula sa multi-pole signal superposition.

• Three-Pole Measurement: Sa standard operation, ang tatlong poles ay konektado sa pamamagitan ng copper tubes, na may main filling valve na nasa base ng circuit breaker, na konektado sa lahat ng tatlong poles. Kung ang main filling valve ay ginagamit bilang connection point para sa pressure sensor, ang measured signal ay ang superposition ng tatlong individual pressure signals.

Upang matiyak ang tumpak na measurements, ginagamit ang high-sensitivity piezoelectric pressure sensors na equipped ng appropriate charge amplifiers. Ang pressure data ay inirecord mula sa simula ng switching operation hanggang sa end ng ika-anim na oscillation. Ang raw pressure signal maaaring iprocess na may o walang filtering, depende sa analysis requirements.

• Unfiltered Signal: Ang Fast Fourier Transform (FFT) ay direktang ina-apply sa unfiltered signal upang analisin ang frequency domain characteristics nito.

• Filtered Signal: Ginagamit ang 100 Hz low-pass filter upang alisin ang high-frequency noise, na nag-iwan lamang ng low-frequency components.

Ang Figures 1 at 2 ay nagpapakita ng pressure history at spectrum, na nagbibigay ng visual representation ng mga characteristic ng pressure signal.

2. Classification ng Condition ng Nozzle Gamit ang Machine Learning

Upang mapabuti ang accuracy ng diagnosis, ang pag-aaral na ito ay gumagamit ng machine learning algorithm na batay sa k-Nearest Neighbors (k-NN) method. Ang proseso ay kasama ang mga sumusunod na hakbang:

• Feature Extraction: Ang mga key features ay inextract mula sa pressure signals, tulad ng peak at valley values, frequency components, etc. Ang mga feature na ito ay nagsisilbing input parameters para sa machine learning algorithm.

• Model Training: Ang k-NN model ay itrain gamit ang known data tungkol sa condition ng nozzle at electrode. Sa panahon ng training, ang algorithm ay deteryminado ang nearest neighbors batay sa feature distances upang gawin ang classification.

• Classification ng New Data: Para sa new, unknown measurements, ang trained model ay ginagamit upang classify ang condition ng nozzles at electrodes.

Ang pamamaraang ito ay nagbibigay-daan para sa assessment ng nozzle ablation at iba pang critical component conditions nang hindi binubuksan ang gas chamber, na nagbibigay ng accurate maintenance recommendations at nagpapalawak ng lifespan ng 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)

Kasimpulan ng Transient Pressure Method para sa Nozzle Ablation ng Mataas na Volt na Circuit Breaker

1. Feature Extraction mula sa Filtered at Unfiltered Pressure Signals

Maraming features ang maaaring matukoy mula sa filtered at unfiltered pressure signals. Ang mga feature na ito ay nagcapture ng unique characteristics ng iba't ibang measurement signals at mahalaga para sa pag-identify ng condition ng nozzles. Dahil sa wide dispersion ng mga feature, hindi feasible ang direct matching ng iba't ibang ablation conditions sa individual features. Upang harapin ang challenge na ito, ginagamit ang k-Nearest Neighbors (k-NN) algorithm para sa evaluation.

Ang k-NN algorithm ay nag-generate ng n-dimensional vector para sa bawat measurement, kung saan ang n ay kumakatawan sa bilang ng features. Ang distance sa pagitan ng dalawang vectors ay ina-calculate gamit ang Euclidean distance, na may additional variance weighting upang i-account ang variability sa data. Ang pamamaraang ito ay nagse-secure na ang algorithm ay maaaring effectively distinguish sa pagitan ng iba't ibang ablation conditions batay sa combined information mula sa multiple features.

2. Advantages at Challenges ng Transient Pressure Method

Ang transient pressure method ay advantageous dahil madali itong implement using existing filling valves upang i-connect ang pressure sensors. Gayunpaman, isa sa mga pangunahing challenges ay ang poor dispersion ng state indicators (features), na nagdudulot ng difficulty sa accurate diagnosis ng nozzle conditions. Upang harapin ang limitation na ito, ang feature scales ay optimized sa pamamagitan ng sensitivity analysis. Habang ang single feature ay maaaring hindi sapat na information para sa lahat ng cases, ang combination ng lahat ng pitong features kasama ang k-NN classification algorithm ay significantly improves ang diagnostic accuracy.

3. Evaluation ng Classification Algorithms

Ilang classification algorithms ang na-test, at ang resulta ay nagpakita na ang k-NN algorithm, na gumagamit ng standard Euclidean distance, ay naka-achieve ng pinakamababang error rate na less than 0.9% sa panahon ng cross-validation. Ang combination ng features at k-NN algorithm ay pagkatapos ay in-apply upang classify ang field measurements para sa iba't ibang types ng circuit breakers. Para sa inconsider na circuit breaker measurements, ang pamamaraang ito ay able to perform ang classification nang walang anumang errors.