بخشی از مقاله
خلاصه
آنالیز پاسخ فرکانسی - FRA - یک روش دقیق، حساس و قابل اطمینان برای ارزیابی یکپارچگی مکانیکی ترانسفورماتور قدرت می باشد که توانایی نمایان ساختن خطاهای ترانسفورماتور مانند جابجایی سیم پیچ ها یا اتصال کوتاه داخلی سیم پیچی ها را دارا می باشد.این مقاله روش جدیدی را برای تفسیر نتایج پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در فرکانس های پایین معرفی می نماید.
این روش قادر است فقط با استفاده از پاسخ فرکانسی بدست آمده از روش FRA اندوکتانس های مغناطیس کننده و خازن های سیم پیچ ها را برای هر کدام از فاز ها بدست آورد. این روش با استفاده از یک مدار الکتریکی معادل شامل R،C و Lها توانایی این را دارد که امپدانس محاسبه شده در حوزه فرکانس را شبیه سازی نماید و با در نظر گرفتن متصل بودن فازهای مختلف ترانسفورماتور به همدیگر این امکان را فراهم می آورد تا فازها را به صورت جدا از هم مورد بررسی قرار دهیم. در واقع امکان محاسبه پارامتر های مختلف هر سه فاز ترانسفورماتور قدرت در فرکانس های پایین را به وجود می آورد که این پارامترها در خطایابی ترانسفورماتور های قدرت کاربرد خواهند داشت.
.1 مقدمه
ترانسفورماتور های قدرت به عنوان مهم ترین جز سیستم های تولید و انتقال انرژی مطرح می باشند که بیشترین هزینه های مربوط به شبکه های انتقال را نیز شامل می شوند. وقوع هرگونه ایراد در این تجهیزات اثرات جبران ناپذیری بر کل سیستم داشته و حتی میتواند موجب از مدار خارج شدن کل شبکه در نتیجه بی برقی های گسترده، ضرر و زیان های فراوان ناشی از آن و هزینه های گزاف تعمیرات شود.
بخش عمده ای از ترانسفورماتور های موجود در شبکه های انتقال کشور های مختلف که هم اکنون در حال استفاده می باشند قبل از دهه 80 میلادی نصب شده اند که اگر عمر مفید یک ترانسفورماتور را 25 سال در نظر بگیریم بسیاری از آنها عمر مفید خود را طی کرده اند بنابراین احتمال ایجاد خطاهای مختلف در این ترانسفورماتورها بشدت افزایش یافته است. با توجه به این موارد یافتن یک روش عیب یابی قابل اعتماد برای تعیین وضعیت کنونی و آینده این تجهیزات از اهمیت خاصی برخوردار است.
یکی از روش های عیب یابی قدرتمند خطاهای داخلی ترانسفورماتورها که در سال های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته است روش آنالیز پاسخ فرکانسی - FRA - می باشد که در سال 1978 برای اولین بار توسط E.P.Dick و C.C.Ervin پیشنهاد شد.
FRA یک روش خطایابی آفلاین است که با تزریق یک سیگنال با ولتاژ کم، در بازه فرکانسی وسیع به یک ترمینال ترانسفورماتور و با اندازه گیری پاسخ آن در ترمینال دیگر، منحنی از تابع تبدیل در حوزه فرکانسی بدست می آید. با مقایسه این منحنی ها در شرایط مختلف ترانسفورماتور می توان به وقوع خطا پی برد. هرچند که FRA یک روش قابل اطمینان برای خطایابی ترانسفورماتور می باشد ولی همانطور که اشاره شد یک روش مقایسه ای است که با مقایسه گراف پاسخ فرکانسی یک ترانسفورماتور در حالت عادی و خطادار به وجود یا عدم وجود خطا در آن پی می برد. بنابر این تفسیر نتایج حاصل از آنالیز پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور نیازمند وجود مهندسان با تجربه می باشد. در سال های اخیر تلاش های گسترده ای جهت ارایه روشی هوشمند برای تفسیر نتایج FRA انجام گرفته است که بتواند بدون دخالت انسان یک تشخیص کیفی - محل دقیق خطا - و کمی - میزان شدت خطا - دقیق ارایه نماید.
برخی از محققین بر این باورند که هر ترانسفورماتور قدرت را می تواند بصورت یک شبکه الکتریکی مختلط شامل مقاومت ها، اندوکتانسها و خازن ها مدل نمود و این المان ها را چنان محاسبه کرد که همان پاسخ فرکانسی ترانسفور ماتور را ارایه نماید. در این حالت هر خطای داخلی ترانسفورماتور - مانند جابجایی سیم پیچ ها - موجب تغییر پاسخ فرکانسی آن و در نتیجه تغییر مقدار المان های مدل خواهد شد. بنابر این با مقایسه مقدار R، L و C مدل، قبل و بعد ازخطا می توان یک تشخیص دقیق از وقوع خطا، شدت خطا و مکان خطا داشت.[8] روش انجام این کار در شکل شماره 1 نشان داده شده است
شکل-1مراحل مختلف خطایابی
.2 مدل پیشنهادی برای ترانسفورماتور قدرت
از دید کلی ترانسفورماتور قدرت را می توان به دو قسمت اصلی تقسیم کرد. هسته و سیم پیچ. اثرات هسته که شامل اندوکتانس مغناطیسی، تلفات هسته و خازن کوپل همراه اندوکتاس مغناطیسی می باشد در فرکانس های پایین غالب است. درحالی که اثرات سیم پیچی ها که شامل تلفات مسی، اندوکتانس های نشتی و دیگر خازن ها می باشد در این بازه فرکانسی قابل صرف نظر می باشد. از طرف دیگر به محض افزایش فرکانس اثرات سیم پیچ غالب شده و اثرات هسته قابل چشم پوشی می شود. شکل شماره 2 مدل کلاسیک یک ترانسفورماتور را نشان می دهد. این مدل کلیات مربوط به هسته فرومغناطیسی و سیم پیچی را به خوبی شامل می شود.
شکل -2 مدل کلاسیک یک ترانسفورماتور
به دلیل اینکه این مدل نمایش مناسبی از قسمت های مختلف داخلی ترانسفورماتور دارد از دید مهندسی مدل بسیار قابل قبولی می باشد ولی متاسفانه از این مدل نمی توان در پهنای باند فرکانسی گسترده ای استفاده نمود بنا بر این برای روش FRA که مبتنی بر پهنای باند فرکانسی گسترده است قابلیت استفاده را ندارد.
در این مقاله، مدل جدیدی بر مبنای مدل کلاسیک برای ترانسفورماتور ارایه شده است. در این مدل معانی فیزیکی مدل کلاسیک باقی مانده است. - تاثیرات هسته و سیم پیچی به صورت جداگانه در نظر گرفته شده است. - با این حال می توان این مدل را در بازه فرکانسی وسیع به کار برد. این مدل از مجموعه ای از به اصطلاح جعبه ها - BOX - تشکیل شده است که در طرف اولیه ترانسفورماتور ایده آل قرار می گیرند. - شکل - 3 به عبارت دیگر تعداد n عدد جعبه در هر طرف اولیه ترانسفورماتور ایده آل قرار می گیرند که خواص سیم پیچ ها و هسته را بازسازی می کنند.
شکل -3 مدل پیشنهادی برای ترانسفورماتور
