بخشی از مقاله
بهینه سازي روش هاي هوشمند تشخیص خطاي داخلی ترانسفورماتورهاي قدرت به کمک الگوریتم PSO
چکیده
ترانسفورماتور یکی از تجهیزات مهم در سیستم قدرت است و بروز خطا در آن می تواند باعث وقفه هاي طولانی در سرویس دهی و نیز هزینه هاي سنگین تعمیرات شود. با توجه به اهمیت آنها در انتقال انرژي الکتریکی، اطلاع از وضعیت روغن عایقی ترانسفورماتور بسیار مهم است. بررسی گازهاي محلول در روغن، می تواند یک روش مؤثر و مفید براي تشخیص عیوب داخلی ترانسفورماتورها پیش از بروز خطاهاي جبران ناپذیر باشد.[1] نتایج بررسی گازهاي محلول در روغن بوسیله افراد متخصص و با استفاده از تجربیات قبلی و با روشهاي استاندارد، تفسیر می شود. در این مقاله از سیستم فازي عصبی براي تشخیص خطاي داخلی ترانسفورماتور و نسبت گازهاي محلول در روغن استفاده شده است. در انتها به کمک الگوریتم بهینه سازي PSO نتایج بهبود یافته اند.
کلمات کلیدي: ترانسفورماتور، آنالیز گازهاي محلول در روغن((DGA، انفیس، الگوریتم PSO
-1 مقدمه
١
ترانسفورماتورها از تجهیزات الکتریکی بسیار مهم نیروگاهها و پستهاي فشار قوي هستند که در صورت آسیب دیدگی تولید انرژي واحدهاي متصل به آن در نیروگاه متوقف و یا انتقال انرژي در پستهاي برق دچار اختلال خواهد شد و عواقبی نظیر هزینه زیاد راه اندازي مجدد، ضرر عدم تولید، تعمیرات یا تعویض ترانسفورماتور نیز به آن اضافه می شود، لذا حفاظت و نگهداري از آنها داراي اهمیت خاصی مباشد. در ترانسفورماتورها، روغن علاوه بر عایق الکتریکی، نقش خنک کنندگی و حفاظت شیمیایی سطح فلزات در مقابل اکسیداسیون را نیز بر عهده دارد. امروزه از روغنهاي عایق معدنی در ترانسفورماتورها استفاده می شود، زیرا داراي مقاومت بیشتري در مقابل اکسیداسیون بوده و ترکیبات حاصل از آنها بصورت محلول در روغن است تا موجب بیشتر گرم شدن سیم پیچها و هسته نگردد. بنابراین، براي بهره برداري مطمئن از ترانسفورماتورها و افزایش طول عمر آنها باید در فواصل زمانی مشخص، نمونه گیري هایی مطابق دستورالعمل هاي پیش بینی شده از روغن انجام شود تا آزمایشات لازم بر روي آن صورت گیرد. یکی از روشهایی که جهت تشخیص عیوب داخلی ترانسفورماتورها بکار می رود تجزیه و تحلیل نتایج حاصل از آنالیز گازهاي محلول در روغن1 میباشد. این گازها در نتیجه تلفات غیر عادي در داخل ترانسفورماتور تولید می شود. انرژي گرمایی آزاد شده بواسطه خطاهایی از قبیل اضافه دما، تخلیه جزئی و وقوع قوس الکتریکی در روغن، غالبا براي تولید حبابهاي گاز کافی است. آزمایش گازکروماتوگرافی، بهترین روش براي تشخیص عیوب تجهیزات فشار قوي مانند ترانسفورماتورها، که از روغن استفاده می نمایند، شناخته شده است.
-2 مکانیسم هاي تشکیل گاز در روغن ترانسفورماتورها با توجه به نوع خطا
دو علت اصلی تشکیل گازها طی عملیات ترانسفورماتور، تنشهاي الکتریکی و حرارتی هستند. بطور کلی، می توان گفت گازهایی نظیر هیدروژنH 2 ، متانCH4 ، اتانC2H 6 ، اتیلنC2H 4 و استیلنC2H 2 در اثر تجزیه روغن و گازهایی نظیر دي اکسید کربنCO2 و منواکسیدکربن((CO در اثر تجزیه مواد سلولزي و روغن تشکیل می شوند.
-1-2 انواع خطاها
بازدید داخلی صدها دستگاه از تجهیزات معیوب، بیانگر این است که اشکالات حرارتی یا الکتریکی به آنها تحمیل می گردد که در نتیجه موجب بوجود آوردن گازهاي مختلف در ترانسفورماتور و دیگر تجهیزاتی که از روغن استفاده می نمایند می شود.
-1-1-2 خطاهاي الکتریکی
اشکال الکتریکی، ممکن است به صورت تخلیه جزیی یا جرقه در ترانسفورماتور ظاهر گردد. تخلیه جزئی در اثر اتصال کوتاه قسمتی از عایق بین هادیها، در داخل عایق و یا در مجاورت هادیها اتفاق می افتد.
-2-1-2 خطاهاي حرارتی
٢
اشکال حرارتی، ممکن است به طرق مختلف مانند افزایش درجه حرارت هادیها، هسته، سیستم عایقی، خنک کاري نامناسب، افزایش جریانهاي گردشی در اطراف اجزاء فلزي، اتصال بد و یا نشتی شار مغناطیسی در ترانسفورماتورها ظاهر گردد.
وجود اشکال حرارتی در عایق، محیط اطراف را تحت تاثیر قرار می دهد.[2]
-3 اصول عیب یابی ترانسفورماتور به روش آنالیز گازهاي محلول در روغن (DGA)
آنالیز گازهاي محلول در روغن، فرآیندي شیمیایی براي آشکارسازي گازهاي محلول در روغن است. تنشهاي الکتریکی و حرارتی تولید شده به دلیل وقوع عیوب مختلف، مانند تخلیه جزئی یا قوس الکتریکی در ترانسفورماتور می تواند باعث تجزیه مواد عایق شده و گازهاي هیدروکربنی نظیر اتان، متان، اتیلن، استیلن و نیز گازهایی نظیر هیدروژن، نیتروژن، دي اکسید کربن، منو اکسید کربن را ایجاد نماید که همگی خاصیت محلول ماندن در روغن را دارند. بسته به نوع خطا، روند ایجاد بعضی از این گازها، تسریع می گردد و لذا با مشخص کردن مقدار این گازها می توان راجع به نوع و شدت عیب داخلی ترانسفورماتور اظهار نظر نمود.
بطور کلی، آنالیز گازهاي محلول در روغن شامل سه مرحله نمونه گیري، جداسازي گازها از روغن و تعیین مقدار گازها می باشد.
-4 روشهاي offline و online تشخیص وضعیت ترانسفورماتورها
در یک تقسیم بندي کلی می توان روشهاي تشخیص وضعیت ترانسفورماتورها را به دو دسته تقسیم کرد:
الف- روشهاي آفلاین : منظور از روشهاي مذکور، اندازه گیري و تست ترانسفورماتور و اجزاء آن در هنگام خاموش بودن ترانسفورماتور و عدم اتصال آن به شبکه از نظر الکتریکی است. با توجه به در دسترس بودن کلیه ترمینالهاي ترانسفورماتور و عدم بروز خطرات فشار قوي، پیاده سازي این روشها ساده تر است.
ب- روشهاي آنلاین : در این روشها ترانسفورماتور در حین بهره برداري در پست و نیروگاه مورد آزمایش قرار می گیرد و با دسترسی آنلاین به اطلاعات لازم، به بررسی وضعیت ترانسفورماتور می پردازند. این روشها جدیدتر از روشهاي قبلی است و با توجه به اینکه تست ترانسفورماتور، بدون اخلال در انتقال انرژي صورت می گیرد، در حال حاضر جایگاه ویژه اي پیدا کرده اند.
-5روشهاي کلاسیک تشخیص عیوب داخلی ترانسفورماتورها براساس حجم گازهاي محلول در روغن
-1-5روش گازهاي کلیدي:
مطالعه برروي روش گازهاي کلیدي در آزمایشگاههاي Dobel آغاز و نخستین بار، در سال1974 پیشنهاد شد. در این روش، گاز کلیدي براي هر نوع خطایی شناسایی شده و با توجه به درصد گاز، از آن براي تشخیص خطا استفاده می شود. این روش، نتایج حاصل از DGA را بر پایه مجموعه اي از حقایق تفسیر می کند. براي مثال، در تخلیه جزیی با انرژي کم یا کرونا، اصولاً H2 به همراه نسبت ناچیزي از گازهاي هیدروکربنی تولید می شود. بنابراین گاز کلیدي براي تخلیه جزیی یا کرونا، H2
است که اگر درصد آن در یک نمونه روغن، بزرگ باشد آن خطا، تخلیه جزیی یا کرونا است.
-2-5روش نسبت دورننبرگ:
٣
در این روش تفاوت میان خطاهاي الکتریکی و حرارتی با استفاده از چهار نسبت گازي CH4/H2، C2H2/C2H4،
C2H2/CH4 و C2H6/C2H2 بیان می شود .
-3-5 روش نسبت راجرز
در روش راجرز نیز بر اساس چهار نسبت گازي و توسط شرکت CEGB ارائه شده است هر نسبت گازي براساس محدوده مشخص داراي کد مخصوص به خود می باشد (جدول 1 و .(2 این روش بعدها مورد تجدید نظر قرار گرفت.[3]
-4-5روش مثلث دوآل
این روش تشخیص توسط شخصی به نام مایکل دوآل و با استفاده از درصد سه گاز کلیدي متان، استیلن و اتیلن در سه ضلع مثلث استفاده می شود. در این روش فقط در صورت اطمینان از وجود عیب قادر به تشخیص و تفکیک عیوب حرارتی و الکتریکی ترانسفورماتور می باشیم شکل(.(1
شکل -(1) مثلث دوال
-5-5 روش IEC
این روش تشخیص ابتدا در سال 1978 براساس نسبتهاي گازي راجرز و در استانداردIEC- 60599 ویرایش شده است که جهت تشخیص عیب از کد 3 رقمی با سه نسبت گازي C2 H 2 /C2 H 4 ,CH 4 / H 2 ,C2 H 4 /C2 H 6 استفاده می شود که کدهاي مزبوردر جدول (3) آورده شده اند. این روش تشخیص در سال 1991 مورد تجدید نظر قرار گرفت. با تشکیل کد 3
رقمی حاصله از جدول (3) و بر اساس جدول((4 عیب موجود در ترانس را تشخیص می دهیم.
