ترانسفورماتور

یکی از سیستم­های مهم و پیچیده که تاکنون ساخته شده است، سیستم قدرت می­باشد. سیستم الکتریکی قدرت نقش کلیدی در جوامع مدرن بازی می­ کند. ترانسفورماتور­های قدرت[1] یکی از مهم­ترین اجزا در هر سیستم قدرتی می­باشند. در حقیقت ترانسفورماتور­های قدرت، نقش لینک ارتباطی بین بخش تولید و انتفال را بر عهده دارند و هر گونه خروج عدم برنامه ­ریزی­شده آن، باعث قطع توان و خاموشی می­ شود. ترانسفورماتور­های قدرت تحت شرایط بهره ­برداری و محیطی مختلف، دچار آسیب­های متفاوتی می­شوند. بعضی از این خطا­ها و آسیب­ها بسیار شدید بوده و ادوات حفاطتی ترانسفورماتور را وادار به عملکرد کرده و به یکباره ترانسفورماتور را از مدار خارج می­ کنند درحالیکه بعضی از خطا­ها این شدت را نداشته و ادوات حفاظتی به راحتی قادر به تشخیص آن­ها نخواهند بود. این دسته از خطا­ها در سیستم عایقی، سیم­پیچ­ها و هسته ترانسفورماتور­های قدرت رخ داده که تشخیص آن­ها مشکل می­باشد.از همین­رو به منظور ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور­های قدرت، تست­ها و آزمایش­های مختلفی به صورت برنامه ­ریزی­شده مبتنی بر زمان بر روی آن­ها انجام می­گیرد. اکثر این تست­ها در حالت نابهنگام انجام شده واین مستلزم خروج ترانسفورماتور از مدار بوده که از نظر قابلیت اطمینان سیستم و هزینه­ های مربوط به قطع توان و خاموشی، بهینه و منطقی نمی ­باشد. به دلیل اهمیت ترانسفورماتور­های قدرت و مشکل موجود در تست­های آفلاین، بهره­برداران به انجام تست­ها و تشخیص خطا به صورت بهنگام روی­آوردند تا به­ طور دائم از وضعیت جاری ترانسفورماتور آگاهی داشته و از خروج غیربرنامه ­ریزی شده ترانسفورماتور جلوگیری کنند و هزینه­ های خروج را کاهش دهند.
اکثر آسیب­ها که به مرور زمان به خرابی­های بزرگتر تبدیل می­شوند در قسمت فعال ترانسفورماتور یعنی هسته و سیم­پیچ­ها اتفاق می­افتند. بعنوان مثال با تضعیف سیستم عایقی ترانسفورماتور فشار بست­ها کاهش یافته و در نتیجه منجر به کاهش مقاومت مکانیکی می­گردد. بسیاری از خرابی­های دی­الکتریک در داخل ترانسفورماتور نتیجه مستقیم کاهش مقاومت مکانیکی به خاطر تغییر شکل و دفرمه شدن[2]، می­باشند[1]. بنابراین تشخیص هرچه زودتر تغییر شکل­های سیم­پیچ و هسته بسیار قابل توجه و حائز اهمیت خواهد شد.
روش­ها و تست­های مختلفی به منظور ارزیابی شرایط ترانسفورماتور وجود دارد که از آن جمله می­توان به روش­هایی مانند تحلیل پاسخ فرکانسی[3]، آنالیز گازهای محلول[4]، پردازش سیگنال[5]، شار نشتی[6] و جریان توالی منفی[7] … نام برد[2]. از بین آن­ها، روش تحلیل پاسخ فرکانسی روشی بسیار محبوب، فراگیر بوده که قابلیت بالایی در تشخیص خطا­ها داشته و پیاده­سازی آن ساده و راحت می­باشد.

1-2-              بیان مسئله

جریان خطا در ترانسفورماتور قدرت به سیم­پیچ­ها و ساختار مکانیکی متناظر با آن، استرس مکانیکی بسیار شدیدی را وارد می­ کند. این استرس منجر به تغییرات در سیم­پیچ­ها شده و خرابی بالقوه ترانسفورماتور را همراه خواهد داشت. این تغییرات بر مقادیر خازنی و اندوکتیو سیم­پیچ­ها تاثیر گذاشته و در نتیجه باعث تغییر در پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور شده و از این رو براحتی قابل تشخیص خواهند بود.
تحلیل پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور که از سال 1978 ارائه شده است، یک ابزار رایج تشخیص تغییرات سیم­پیچ­های ترانسفورماتور می­باشد. تحلیل پاسخ فرکانسی با تزریق یک سیگنال بین ترمینال­های ترانسفورماتور و محاسبه دامنه و فاز پاسخ دریافتی در مقابل فرکانس، پیاده­سازی خواهد شد[3]. بطورکلی این روش، یک تکنیک صنعتی برای افراد ماهر در زمینه خطایابی می­باشد که پاسخ فرکانسی را با داده ­های تاریخی ثبت شده یا با اطلاعات ترانسفورماتور مشابه(اصطلاحا ترانسفورماتور خواهر) از نظر ظاهری مورد مقایسه قرار ­دهند.
تغییر شکل­های جزیی در سیم­پیچ­های ترانسفورماتور هیچ اثر قابل توجهی بر مشخصات بهره ­برداری ایجاد نمی­ کنند، اما خواص مکانیکی مس ممکن است تغییر کند و هم­چنین مقاومت ضربه[8] بطور قابل­توجهی به­خاطر آسیب عایقی و کاهش فواصل، کاهش یابد. هرچند این تغییر شکل­ها بعد از یک دوره زمانی طولانی مدت از طریق تحلیل روغن یا رله بوخهلتز[9] قابل شناسایی خواهند بود.
این بدان معناست که روش­های تشخیصی پیشرفته­تری برای ترانسفورماتور با بهره گرفتن از پردازش سیگنال به منظور تشخیص خطای داخلی نیاز است. روش­های پردازش سیگنال برای بیرون کشیدن اطلاعات مفید از سیگنال مورد نظر مورد استفاده قرار می­گیرد. در این روش، سیگنال می ­تواند بصورت شکل موج ولتاژ، جریان تونرال[10] یا ترکیبی از آن­ها باشد. به دلیل اینکه روش­های موجود برای ارزیابی شرایط داخلی ترانسفورماتور نمی ­تواند همه انواع خطا­های مختلف را نشان دهد، به روش­های هوشمندی نیاز است تا قادر به تشخیص خطا و نوع آن باشند. در مراجع مختلف روش­های متفاوتی برای نیل به این مطلب ارائه کرده ­اند.

1-3-              بر مقالات

این قسمت به بر مقالاتی که در این زمینه تحقیق کرده و منتشر شده پرداخته است. در بععضی از این مقالات به مدل­سازی ترانسفورماتور به منظور تعیین پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور متمرکز شده و در بعضی دیگر مسئله تشخیص و طبقه ­بندی خطای ترانسفورماتور مورد بررسی قرار گرفته است.

• در مرجع [4] ، مدل شبکه­ ای متوالی الکتریکی[11] برای سیم­پیچ فشارقوی انتخاب شده و پاسخ فرکانسی آن محاسبه شده است. پاسخ فرکانسی به سه رنج پایین، میانی و بالا تقسیم شده و ظرفیت خازنی سری در رنج فرکانسی پایین و اندوکتانس در رنج فرکانسی بالا در نظر گرفته نشده است و حساسیت پاسخ فرکانسی به تغییرات پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است.

• در مرجع [5] یک مدل دقیق از ترانسفورماتور تک­فاز به منظور تشخیص خطای جا به ­جایی محوری[12] و تغییر شكل ارائه شده است. در مدل مزبور مقاومت­های موازی(تلفات دی­الکتریک) و سری(تلفات مسی) بصورت وابسته به فرکانس در نظر گرفته شده است. البته اثر هسته و اندوکتانس مربوط به آن در فرکانس­های بالاتر از 10کیلوهرتز نادیده گرفته شده است. پارامتر­های مداری از دو روش تحلیلی و المان محدود[13] محاسبه شده و حساسیت تست­های مختلف بر پاسخ فرکانسی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

• در مراجع [6, 7] روش آزمایشگاهی برای تشخیص خطای اتصال­کوتاه در ترانسفورماتور با بهره گرفتن از پاسخ فرکانسی ارائه شده است. اثر تجهزات اندازه ­گیری(گوپلینگ­های سلفی و خازنی) بر روی پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور مورد تحقیق قرار گرفته است.

• در مرجع [8] یک مدل دقیق از ترانسفورماتور سه فاز ارائه شده که شامل تلفات وابسته به فرکانس که ناشی از جریان­های جریان فوکو[14] در هسته و سیم­پیچ است، ارائه شده است. به منظور تعیین پارامترها از تحلیل المان محدود دوبعدی استفاده شدهاست. یکی از مشاهدات مهم در این مرجع، قابل توجه بودن اثر هسته و اندوکتانس تا فرکانس یک مگاهرتز می­باشد.

• در مرجع [9] حساسیت پاسخ فرکانسی به اتصالات مختلف اندازه ­گیری و توانایی آن­ها در تشخیص خطا­های مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. دو تست نوع اول و سوم (که در بخش‏4-4- بحث خواهد شد) نسبت به تشخیص خطا­ها دارای حساسیت بیشتری خواهند بود.

• در مراجع[10-12] یک مدل جامع و کامل از ترانسفورماتور سه فاز ارائه شده است که تمام اثرات وابسته به فرکانس هسته، سیم­پیچ­ها و سیستم عایقی لحاظ شده است. این مدل تا فرکانس یک مگاهرتز معتبر می­باشد.

• در مراجع [13-17] از شبکه عصبی[15] برای تشخیص خطا در درون ترانسفورماتور استفاده شده است. اطلاعات مورد استفاده در شبکه عصبی از تحلیل گاز­های محلول استفاده شده است. گاز­های مهم و کلیدی منتشر شده از روغن به عنوان ورودی شبکه عصبی انتخاب شده است. هم­چنین در مراجع[18, 19] از ترکیب الگوریتم بردار پشتیبان ماشین[16] و تحلیل گازهای محلول برای خطایابی خطا استفاده شده است.

• در مرجع [20] با بهره گرفتن از ترانسفورماتور سه­فاز و با تست­های آزمایشگاهی پاسخ فرکانسی برای اتصال کوتاه بین دورها و بین فازها و سیم­پیچ­ها اندازه ­گیری شده است و با بهره گرفتن از معیار­های آماری مانند ضریب­همبستگی[17]، مجموع مربعات خطا[18] و مجموع قدرمطلق لگاریتمی خطا[19] به منظور استفاده در روش تحلیل تجزیه فرکانسی بهره برده شده است.

• در مرجع [21] به منظور تشخیص خطای تغییر شكل سیم­پیچ­ها از شبکه عصبی و پاسخ فرکانسی بهره برده است. پاسخ فرکانسی در شرایط آزمایشگاهی اندازه ­گیری شده و از دو معیار انحراف معیار[20] و ضریب همبستگی به عنوان ورودی شبکه عصبی اتخاذ شده است.

• درمرجع [22] از روش ER[21] که مبتنی بر اطلاعات پاسخ فرکانسی است، به منظور ارزیابی شرایط سیم­پیچ ترانسفورماتور قدرت بهره برده است. خطای اتصال­کوتاه، تغییر شکل و جابه­جایی­محوری شبیه سازی شده و با این اطلاعات الگوریتم مورد نظر تشکیل می­گردد.

• در مرجع [23] مدل الکتریکی برای ترانسفورماتور تکفاز به کار گرفته شده و با بهره گرفتن از توابع تبدیل مختلف نمودارهای پاسخ فرکانسی شبیه­سازی اندازه ­گیری شده است. خطای تغییر شکل و جابه­جایی­محوری مورد مطالعه قرار گرفته و حساسیت توابع تبدیل مختلف در تشخیص به این دو نوع خطا ارزیابی شده است.

[1] – Power Transformer
[2] – Deformation
[3] -Frequency Rwsponse Analyse
[4] -Dissolve Gas Analyse
[5] -Signal Processing
[6] – Leakage Flux
[7] -Negative Current Sequence
[8] -Impulse Resistance
[9] – Bocholtz Relay
[10] Neutral Current
[11] -Laddder Network Model
[12] – Axial Displacement
[13] -Finit Element Methode
[14] – Eddy Current
[15] -Neural network
[16] – Support Vector Machine
[17] – correlation coefficient
[18] -Sum Square Error
[19] -Absolute Sum Logarithmic Error
[20] – Standard Deviation
[21] – Evidental Reasoning
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است