Yüksek Gerilim Reaktöründe Titreşim Testi

Titreşim testi ve analizi, endüstriyel ve diğer makinelerdeki anormallikleri belirlemek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu testte, bir yüksek voltaj reaktörünü test etmek için Dewesoft SIRIUSi ölçüm sistemi kullanıldı. Düzenli aralıklarla yapılan bu tür testler, yalıtım malzemesinin mekanik özelliklerinin gelişimini takip etmeye olanak tanır – herhangi bir bakım ihtiyacını öngörmek için makine sorunlarını tanımlar. Dewesoft SIRIUSi, test gereksinimlerine bağlı olarak mekanik veya elektriksel ölçümler veya ikisinin bir kombinasyonunu gerçekleştirmek üzere yapılandırılabilir.

Terna SpA , İtalya Roma merkezli bir iletim sistemi operatörüdür (TSO). İtalya yüksek gerilim iletim şebekesini yöneten Terna Rete Italia aracılığıyla faaliyet göstermektedir. 888 elektrik trafo merkezi ve her yıl 320 milyar kWh’yi yöneten 4 kontrol merkezi ile 74.669 Km’lik bir hat ağını kapsamaktadır. Bu tür şebekeler, İtalya’da tipik olarak 380 kV’a (AC) kadar, tüketici voltajlarından çok daha fazla yüksek voltajlı elektriği dağıtır.

Şönt (Shunt) reaktörler, yüksek gerilim enerji iletim sistemlerinde yük değişimleri sırasında gerilimi sabit tutmak için kullanılır. Geleneksel bir şönt (Shunt) reaktörün sabit bir değeri vardır ve her zaman güç hattına bağlıdır veya yüke bağlı olarak açılıp kapatılır.

Ana güç sistemi parametreleri, normalde yük gücü gereksinimine karşı üretilen aktif ve reaktif güçlerin seviyesini gösteren sistem voltajları ve frekansıdır.

Artan aktif ve reaktif güç yükü, sırasıyla sistem frekansını ve voltaj seviyelerini düşürme eğilimindedir. Daha sonra ek aktif ve reaktif güç üretmek zorunlu hale gelir. Reaktörlerin işlevi, düşük yük koşullarında havai hatların reaktif gücünü tüketerek şebeke gerilimini stabilize etmektir.

Bu bileşenlerin yüksek kalitesi ve uzun vadeli kararlılığı, güvenilir bir iletim ağı için çok önemlidir. Bununla birlikte, müşteriler tarafından düşük gürültü ve titreşim seviyeleri istenmektedir. Reaktörlerden ve büyük güç transformatörlerinden gelen gürültü, aynı ses seviyelerinde geniş bant gürültüden daha rahatsız edici olarak algılanan bir ton karakterine sahiptir.

Testin amacı, uygulanan yük değiştikçe, özellikle gürültülü bir reaktör ile daha az gürültülü (normal olan) arasındaki titreşim seviyelerindeki farklılıkları doğrulamaktı. Bu karşılaştırmanın amacı, reaktörlerin arızalarını tahmin etmek ve önlemek için mekanik-yapısal sürüklenmelerin zaman içindeki olası varyasyonlarını değerlendirmeyi amaçlamaktadır.

• Bir Dewesoft SIRIUS sinyal koşullandırma ve veri toplama sistemi , model SIRIUSi-HS 4xHV, 4xLV
• Bir Dewesoft AC akım pensi , model DS-CLAMP-15AC
• İki adet IEPE 10mV/g tek eksenli ivmeölçer
• GRAS 46AE 1/2″ mikrofon
• Arayüz aksesuarları
• DewesoftX veri toplama yazılımı
• Güç Analizi paketi

SIRIUSi-HS 4xHS, 4xLV veri toplama sistemi ve güç analizörü. Dört adet doğrudan CAT II yüksek gerilim yükselticisine ve dört adet düşük gerilim yükselticiye sahiptir ve gerilimi ve ayrıca 1 MS/s örnekleme hızına kadar IEPE sinyallerini koşullandırabilir.

Akım Trafoları (CT’ler) alternatif akımı (AC) ölçmek için kullanılır. Birincil sargı, manyetik çekirdek ve ikincil sargıdan oluşan endüktif sensörlerdir.

Temel olarak, manyetik bir taşıyıcı kullanılarak yüksek bir akım daha düşük bir akıma dönüştürülür, böylece çok yüksek akımlar güvenli ve verimli bir şekilde ölçülebilir. Çoğu akım trafosunda, birincil sargının çok az dönüşü varken, ikincil sargının çok daha fazla dönüşü vardır. Birincil ve ikincil arasındaki bu dönüş oranı, mevcut yükün büyüklüğünün ne kadar azaltılacağını belirler.

Birincil sargı tarafından algılanan AC, çekirdekte ikincil sargıda bir akım indükleyen bir manyetik alan üretir. Bu akım sensör çıkışına dönüştürülür.

Akım trafoları, devrenin herhangi bir şekilde değiştirilmesi gerekmediğinden uygun bağlantı olanakları sağlayan Dewesoft’tan ayrık çekirdekli konfigürasyon olarak mevcuttur.

Şekil 1: Ölçüm kurulumu. Dewesoft SIRIUSi veri toplama modülü kompakt ve sağlamdır – saha operasyonları için tasarlanmıştır.

Modül, aşağıdakiler gibi gerekli tüm özelliklere sahip üst düzey bir sinyal koşullandırma devresini entegre eder:

• AC veya DC bağlantı seçimi,
• Programlanabilir kazançlar (gain),
• Ofset telafisi (dönüştürücülerden elde edilen),
• Programlanabilir alçak geçiren filtreler,
• Mevcut probların uyarılması,
• IEPE ölçüm imkânı,
• Akım problarının ve adaptörlerin yazılım tarafından otomatik algılanması ve kullanılacak ivmeölçerlerin hassasiyetlerinin otomatik algılanması

Çeşitli özellikler arasında 1600V kanal-kanal ve kanal-GND’de galvanik izolasyon dikkat çekicidir.

SIRIUSi izole edilmiş veri toplama sisteminin bir kanalı, VT’nin (1:3850) downstream (aşağı akışında) tespit edilen voltaj ölçümüne ayrılmıştır. Diğer kanal, reaktörün downstream (akış aşağısındaki) akım ölçümü için kullanıldı (CT 1:400).

Bu test için reaktörün dış yapısında iki adet ivmeölçer kullanılmıştır. Biri sıcaklık göstergesinin yanında sabit bir konumda tutuldu ve diğeri test sırasında iki konuma taşındı. Biri eşanjör tarafında ve biri YG çıkış tarafı olmak üzere iki noktaya değiştirildi.

Şekil 2. Test sırasında, eşanjör tarafında ve YG çıkış tarafında olmak üzere reaktör üzerinde iki farklı konumda bir ivmeölçer kullanılmıştır.

Gürültülü faz 4 reaktörünün mekanik yapısının titreşim izleme testi iki konfigürasyon içeriyordu:

1. İvmeölçer 1 basınç göstergesinin arkasına, İvmeölçer 2 ise eşanjör tarafına yerleştirilmiştir;
2. İvmeölçer 1, basınç göstergesinin arkasına, İvmeölçer 2 ise YG çıkış tarafına yerleştirilmiştir.

Şekil 3. Her iki test konfigürasyonunda da yüksek bir gürültü seviyesi gösteren reaktör ölçümü.

Normal gürültü seviyesi olan bir reaktörün mekanik yapısının titreşim izleme testi, faz 12 reaktörü, iki konfigürasyon içeriyordu:

1. İvmeölçer 1, basınç göstergesinin arkasına, İvmeölçer 2 ise eşanjör tarafına yerleştirilmiştir.
2. İvmeölçer 1, basınç göstergesinin arkasına, İvmeölçer 2 ise HV çıkış tarafına yerleştirilmiştir.

Şekil 4. Her iki test konfigürasyonunda da normal gürültü seviyesini gösteren reaktör ölçümü.

Faz 4 reaktörü ile Faz 12 reaktörü arasında karşılaştırmalı bir mekanik analiz yaptık.

Her iki ölçüm konfigürasyonu için de Faz 4 reaktörünün mekanik davranışı, Faz 12 reaktöründe elde edilen ivme RMS değerleriyle karşılaştırıldığında daha yüksek ivme RMS değerleri göstermektedir.

Elde edilen veriler, normal gürültü seviyesine sahip bir reaktörün her iki tarafta da (eşanjör tarafı ve YG tarafı) 0,430 g’ye eşit bir titreşim seviyesi gösterdiğini ortaya koymaktadır. Basınç göstergesinin yakınındaki ivmeölçer diğerinin yaklaşık üçte birine eşit bir ivme ölçmektedir. Bu, ilk ivmeölçerden çok uzak olmayan bir metal marangozluk takviyesinin varlığıyla açıklanan bir olgudur.

Şekil 5. Reaktör basınç göstergesinin arkasındaki ölçüm konumu.

Ayrıca, bu durumda, ivmeölçer 1, gürültülü bir reaktör durumunda olduğu gibi ⅓ yerine yaklaşık ½ oranında daha düşük bir titreşim seviyesi saptar. Olay, Şekil 6’da açıkça görülmektedir. Şekil 6.

İki konfigürasyondaki ölçümlerin karşılaştırılması. Yeşil eğri, gürültülü reaktörde (Faz 4), eşanjör tarafındaki konfigürasyon 1’den YG tarafındaki konfigürasyon 2’ye geçen farklı bir RMS titreşim seviyesini gösterir. Öte yandan iki seviye, normal gürültü reaktöründeki ölçümü temsil eden pembe eğri için neredeyse aynıdır (Faz 12).

İvmeölçerlerden gelen sinyallerin frekans analizi, 1.500 Hz’e kadar harmoniklerin varlığını net bir şekilde gösterir.

Spektral içerik farklıdır ancak aynı frekanslarda mevcuttur.

Şekil 7. Gürültülü reaktördeki görüntü, sıcaklık sensörünün yanındaki ivmeölçer mavi, eşanjör tarafı kırmızı.

Şebeke gerilimini grafiğe (yeşil renkte) ekleyerek, mekanik titreşimlerin frekansı ile reaktör enerjilendirmesinin frekansı arasındaki ilişki netleşir. Hat voltajı 50Hz’de, titreşimlerin harmonikleri ise 100Hz’in katlarıdır.

Şekil 8. Reaktör enerjilendirmesinin korelasyonu ve mekanik titreşimlerin frekansı. Titreşimlerin harmonikleri, hat voltajının 100Hz katlarıdır – burada 500Hz frekansına kadar gösterilmiştir.

Bir ağ analiz cihazının tipik parametrelerini hesaplamak için VT’lerin ve CT’lerin akış aşağısında elde edilen gerilim ve akım sinyalleri üzerinde bir güç analizi gerçekleştirdik.

Hat frekansı, 1 MilliHertz doğruluğunu garanti eden DewesoftX ile entegre PLL algoritması tarafından hesaplanmıştır.

20 dakikalık kayıtta sistem, tepeden tepeye 0,07 Hz’lik bir değişimle frekans değişimleri saptadı.

Şekil 9. Frekans varyasyonları – grafiğin ölçeği 49,9 ila 50,1 Hz arasındadır.

Gerilim ve akım fazörlerinin bir görüntüsü, reaktörün neredeyse saf endüktansı için tipik olan 90°’lik faz kaymasını vurgular.

Şekil 10. Birinci harmonik gerilim ve akımların eğilimi. Ölçüm sistemi, tüm harmonikler için (100°’ye kadar) fazörlerin analizine izin verir.

Şekil 11. Ayrıntılı bir harmonik analizi, pratik olarak yalnızca logaritmik ölçekte görülebilen küçük harmoniklerin varlığını vurgular.

Çok düşük Güç Faktörü (0,0255) neredeyse tamamen 90 dereceye yakın faz kaymasından kaynaklanırken, bozulma gücü pratikte önemsizdir (neredeyse mükemmel sinüzoidal rejim).

Reaktif güç Q için, “var” (volt-amper-reaktif) cinsinden ölçülür – VA, “r” harfini ekledi. “var”ın katları kvar (kilovar) ve Mvar’dır (megavar).

Bozulma gücü D, 86.347 kvar’lık toplam reaktif güç Q’nun ve 86.375 kvar’lık görünür güç S’nin 1.059 kvar’ıdır.

Şekil 12. DewesoftX Güç Modülünün standart (özelleştirilebilir) güç analizi ekranı. Geniş bir parametre aralığı hesaplanır.

Gerçekleştirilen testler, normal gürültülü reaktöre (Faz 12) kıyasla gürültülü reaktörün (Faz 4) yüksek düzeyde titreşim gösterdiğini açıkça göstermiştir. Aynı zamanda, ölçülen iki taraf üzerinde muntazam olmayan bir yoğunluk dağılımı gösterdi.

Ölçülen titreşim, 50Hz şebeke frekansı ile mükemmel bir korelasyon gösterir; bu, bunun reaktör enerjilendirme olgusundan kaynaklandığının açık bir işaretidir.

Dewesoft sistemi ile reaktörlerin düzenli aralıklarla analiz edilmesi, kuşkusuz, yalıtım malzemesinin mekanik özelliklerinin gelişimini takip etmeye ve herhangi bir bakım ihtiyacını öngörmeye olanak tanır.

Dewesoft SIRIUSi sistemi, test gereksinimlerine bağlı olarak mekanik veya elektriksel ölçümler veya ikisinin bir kombinasyonunu gerçekleştirmek üzere yapılandırılabilir.

Güç analizi , mekanik ölçümlere paralel olarak, sistemin tüm elektriksel özelliklerini kontrol altında tutmanızı sağlar ve herhangi bir anormallik tespit etmek için önemli bilgiler ekler.

Aynı araç, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi frekansları ve modal şekilleri belirlemek için reaktöre enerji verilmediğinde modal analiz (Modal Test) için kullanılabilir.

Şekil 13. Reaktörün frekanslarını ve modal şekillerini tanımlayan modal analiz.

Frekansların ve modal şekillerin herhangi bir kayması, sertlik özelliklerinde bunun sonucunda meydana gelen değişiklikle birlikte net bir mekanik aşınma indeksi verir.

Bu indeksler, titreşimleri analiz etmek için en iyi noktaları belirlemek için hem başlangıç ​​fazında hem de mekanik özelliklerin değişiminin net bir resmini elde etmek için periyodik analizde kullanılabilir.

Tümü, reaktörün dinamik mekanik davranışı hakkında fikir vermek içindir- gürültü ve titreşim özelliklerinin optimizasyonu için kullanışlı bir araçtır.