В центре внимания – технологические инновации в области реакторов: ранняя диагностика неисправностей сухих реакторов с воздушным сердечником при воздействии гармонических напряжений и методы достижения углеродной нейтральности

В процессе перехода энергосистемы к высокоэффективной и низкоуглеродной экономике реакторы, как основное первичное оборудование, выполняют ключевые функции, такие как ограничение тока короткого замыкания, подавление гармоник и компенсация реактивной мощности. Их безопасная и стабильная работа напрямую связана с эффективностью сети и достижением целей углеродной нейтральности. Сухие реакторы с воздушным сердечником широко используются в различных энергетических системах благодаря своей компактной конструкции и хорошему теплоотводу, однако частые межвитковые короткие замыкания стали серьезной проблемой, ограничивающей их надежность. Особенно учитывая, что ранние характеристики неисправностей не очевидны, а также влияние гармонических колебаний напряжения в энергосистеме, традиционные методы диагностики трудно точно определить, что может легко привести к серьезным последствиям, таким как выгорание оборудования и отключения сети, что влияет на эффективность коррекции коэффициента мощности и стабильность низкоуглеродного электроснабжения. В данной статье, объединяющей новейшие технические исследования, подробно описана схема ранней диагностики неисправностей сухих реакторов с воздушным сердечником с учетом гармонических напряжений, что помогает энергетической отрасли повысить уровень эксплуатации и технического обслуживания оборудования и укрепить основу для углеродной нейтральности.

Проблемы эксплуатации и обслуживания реакторов: трудности раннего выявления неисправностей и препятствия, связанные с гармоническими помехами

Сухие реакторы с воздушным сердечником являются основными компонентами систем компенсации реактивной мощности и управления гармониками в энергосистемах, и их рабочее состояние напрямую влияет на точность коррекции коэффициента мощности. В процессе длительной эксплуатации под воздействием внутренней электродвижущей силы, внешней среды и других факторов в межвитковой изоляции реакторов могут возникать локальные дефекты, которые постепенно перерастают в ранние дуговые короткие замыкания. При отсутствии своевременного вмешательства они перерастают в короткие замыкания типа расплавления металла на средней и поздней стадиях, что в конечном итоге приводит к выгоранию оборудования.

Традиционное обнаружение неисправностей реактора в основном основано на релейной защите и инфракрасном контроле. Релейная защита оценивает неисправность на основе одного порогового значения тока, но изменение тока крайне мало во время раннего межвиткового короткого замыкания реактора. В сочетании с колебаниями напряжения сети, это часто невозможно своевременно отреагировать; инфракрасный контроль может обнаружить только неисправности во внешних обмотках. Для ранних неисправностей во внутренних обмотках трудно обеспечить раннее предупреждение из-за незначительного изменения температуры поверхности оборудования. Что еще более важно, широкое распространение гармонических напряжений в энергосистеме будет мешать контролю электрических характеристик реактора, приводя к увеличению количества ложных срабатываний и пропусков сигналов тревоги о неисправностях, серьезно влияя на эффективность коррекции коэффициента мощности и косвенно увеличивая потребление энергии в сети и выбросы углерода.

Межвитковые замыкания реакторов составляют более 60% от общего числа неисправностей. Перебои в электроснабжении, вызванные такими неисправностями, не только приводят к огромным экономическим потерям, но и снижают потребление новой энергии из-за перерывов в электроснабжении, что противоречит цели углеродной нейтральности. Поэтому преодоление гармонических помех и точная диагностика ранних неисправностей реакторов стали актуальной технической задачей, требующей решения в электроэнергетике.

Технологический прорыв: целевые диагностические схемы для раскрытия кода раннего выявления неисправностей реактора

Исходя из различных рабочих характеристик последовательных и параллельных реакторов и в сочетании с законом влияния гармонического напряжения, исследовательская группа предложила дифференцированные методы ранней диагностики неисправностей для достижения эффективной идентификации неисправностей путем точного определения характерных величин сердечника.

Последовательные реакторы: метод диагностики коэффициента гармоник тока для устранения гармонических помех

Последовательные реакторы чаще всего используются в трёхфазных цепях шунтирующих конденсаторов, и напряжение на их клеммах трудно измерить напрямую, что делает традиционные методы диагностики, основанные на контроле напряжения, неэффективными. Исследования показали, что при раннем дуговом межвитковом замыкании реактора сопротивление дуги претерпевает нелинейные и периодические изменения, что приводит к значительным изменениям гармонического состава тока, не зависящим от гармонических напряжений.

Создав имитационную модель последовательных реакторов с учётом гармонических составляющих напряжения и проанализировав электрические характеристики в различных рабочих условиях, можно увидеть, что: при нормальной работе и ранних неисправностях скорость изменения амплитуды тока реактора составляет менее 1%, что трудно различимо; однако разница в коэффициенте гармонических искажений (THDi) тока очевидна: скорость изменения составляет 87,39% при напряжении промышленной частоты и 25,31% при напряжении с наложенными гармониками промышленной частоты. На основании этого предложен «метод диагностики коэффициента гармоник тока»: путём расчёта гармонического содержания тока реактора в реальном времени и сравнения его с теоретическим расчётным значением в нормальных рабочих условиях устраняется влияние гармонических колебаний напряжения и точно идентифицируются ранние неисправности. Этот метод может значительно повысить точность раннего выявления неисправностей последовательных реакторов и эффективно избежать проблемы снижения коэффициента мощности, вызванной неисправностями оборудования.

Параллельные реакторы: метод диагностики отношения активной мощности для устойчивого выявления неисправностей

Параллельные реакторы подключаются непосредственно между высоковольтной шиной и землей, а напряжение на их клеммах равно напряжению на шине, что позволяет осуществлять диагностику неисправностей посредством контроля мощности. Исследования показали, что при раннем межвитковом замыкании реактора в короткозамкнутом витке индуцируется огромный ток. Согласно формуле расчета активной мощности, даже небольшое сопротивление короткозамкнутого витка приведет к значительному увеличению активной мощности оборудования, причем это изменение минимально подвержено влиянию гармонических составляющих напряжения.

Анализ, проведенный с помощью моделирования, показывает, что при нормальной работе и раннем межвитковом коротком замыкании параллельных реакторов различия в амплитуде тока и гармоническом составе тока не очевидны, что затрудняет их использование в качестве основы для оценки неисправностей; однако активная мощность демонстрирует значительную разницу в двух рабочих условиях, и эта разница остается стабильной в условиях гармонического напряжения. Разработанный на основе этого «метод диагностики отношения активной мощности» позволяет быстро выявлять ранние неисправности, сравнивая активную мощность реактора в реальном времени с эталонным значением в нормальных рабочих условиях, без дополнительной компенсации гармонических помех, и отличается простотой эксплуатации и высокой надежностью. Экспериментальная проверка показывает, что этот метод позволяет точно регистрировать ранние сигналы неисправностей параллельных реакторов и удовлетворяет требованиям инженерных приложений.

Оба метода диагностики были проверены путем создания физических испытательных платформ, использующих данные о гармоническом напряжении реальной сети для имитации нормальной работы реактора, раннего аварийного состояния и других рабочих условий. Результаты испытаний согласуются с выводами моделирования, что подтверждает эффективность и инженерную применимость методов.

Практическая ценность: расширение возможностей низкоуглеродной эксплуатации и обслуживания для поддержки углеродной нейтральности реакторов

Метод ранней диагностики неисправностей сухих реакторов с воздушным сердечником, учитывающий гармонические напряжения, не только решает болевые точки традиционных технологий, но и имеет важное практическое значение в областях оптимизации коэффициента мощности и углеродной нейтральности.

С точки зрения эксплуатации и обслуживания оборудования данный метод реализует «раннее обнаружение и раннее устранение» ранних неисправностей реактора, что позволяет исключить неисправности на ранней стадии, сократить расходы на обслуживание оборудования и частоту его замены, продлить срок службы реакторов, а также сократить потребление ресурсов и выбросы углерода, вызванные обновлением оборудования.

С точки зрения эффективности сети, стабильная работа реакторов может обеспечить точность компенсации реактивной мощности, повысить коэффициент мощности и снизить потери в сети. Оптимизация коэффициента мощности позволяет сократить потери энергии при передаче электроэнергии, что эквивалентно снижению потребления ископаемого топлива и косвенному сокращению выбросов углерода. Это также позволяет избежать отказа от новых источников энергии из-за неисправностей реакторов, обеспечивает бесперебойное подключение к сети и поглощение энергии ветра, фотоэлектрических установок и других экологически чистых источников, а также предоставляет гарантию на оборудование для достижения целей углеродной нейтральности.

В промышленных условиях этот метод диагностики может широко применяться при эксплуатации и техническом обслуживании реакторов на подстанциях, новых электростанциях, промышленных системах распределения электроэнергии и в других условиях, особенно в условиях высокого уровня гармоник и высоких нагрузок. Он помогает предприятиям снижать расходы на электроэнергию, повышать уровень экологичного производства и способствовать переходу промышленности на низкоуглеродные технологии.

Заключение: Инновации в области реакторных технологий способствуют низкоуглеродной трансформации энергетической отрасли

Будучи «стабилизатором» и «энергосберегающим» элементом энергосистемы, надежная работа сухих реакторов с воздушным сердечником является ключом к повышению коэффициента мощности и сокращению выбросов углерода. Метод ранней диагностики неисправностей, учитывающий гармонические составляющие напряжения, успешно решает диагностические проблемы традиционных технологий, точно определяя такие характеристики активной зоны, как коэффициент гармоник тока и коэффициент активной мощности, обеспечивая эффективное решение для эксплуатации и обслуживания реактора.

В будущем, благодаря глубокой интеграции искусственного интеллекта, технологий больших данных, эксплуатации и обслуживания энергетического оборудования, диагностика неисправностей реакторов будет развиваться в направлении интеллектуальности и нормализации. Создание системы мониторинга полного жизненного цикла и сочетание методов диагностики, предложенных в данной статье, позволит реализовать замкнутый цикл раннего предупреждения о неисправностях реакторов, анализа тенденций и точного устранения неисправностей, что еще больше повысит эффективность работы энергосистемы.

Энергетическая отрасль является ключевой областью для достижения углеродной нейтральности. Технологические инновации и эффективная эксплуатация и обслуживание основного оборудования, такого как реакторы, придадут устойчивый импульс созданию низкоуглеродных энергосетей. Ожидается, что больше предприятий и научно-исследовательских институтов будут участвовать в исследованиях и разработках в области реакторных технологий, содействовать повышению производительности оборудования и внедрению инновационных моделей эксплуатации и обслуживания, а также совместно способствовать переходу энергетической отрасли на экологически чистые технологии и достижению глобальной цели углеродной нейтральности.

В Hengrong Electrical мы понимаем, насколько важна каждая деталь в управлении электропитанием. От передовой разработки продукции до инновационных решений в области фильтрации — мы стремимся предоставлять надёжные, эффективные и перспективные технологии. Выбирая Hengrong, вы получаете не просто продукцию, а надёжного партнёра, который поможет вашему бизнесу стать более интеллектуальным, безопасным и экологичным.

www.hengrong-electric.com