بخشی از مقاله
چکیده
شناخت دقیق وضعیت داخلی ترانسفورماتورهاي قدرت ، خصوصاً وضعیت عایق و سیم پیچ آن یک عامل مهم در تعیین قابلیت اطمینان و افزایش کارایی مدیریت بهره برداري بهینه شبکه می باشد. منطقی ترین روش براي دست یافتن به این شناخت ، بررسی نتایج آزمایشاتی است که در سایت انجام آنها امکان پذیر باشد . با توجه به اینکه آزمایشات متداول تصویر دقیقی از وضعیت عایق و سیم پیچ بدست نمی دهد ، استفاده از روش هاي تحلیل پاسخ دي الکتریک در دهه اخیر تشخیص نسبتاً دقیقتري را میسر ساخته است .
جهت آشنایی بیشتر با این روش ها ، در این مقاله سعی شده است اولین تجربه داخلی در این زمینه که توسط شرکت برق منطقه اي تهران با همکاري کارشناسان آزمایشگاه CES1 بر روي ترانسفورماتورهاي پست 400/230/63 کیلوولت زیاران - با توجه به اهمیت این پست در شبکه سراسري و برق تهران - انجام گردیده است ، تشریح گردد .
بدین منظور ابتدا توضیح مختصري در مورد تئوري آزمایشات مذکور ارائه گردیده و سپس در هر مورد نمونه اي از نتایج حاصل شده نشان داده شده است و در پایان جدول خلاصه نتایج تست هاي انجام شده برروي ترانسهاي پست زیاران ارائه گردیده است .
.1 مقدمه :
ظرفیت قابل توجهی از ترانسفورماتورهاي پر اهمیت شبکه سراسري برق به اندازه عدد عمر اندازه گذاري شده خود تحت بهره برداري مداوم قرار داشته اند اما هیچ تصویر دقیقی از وضعیت داخلی آنها قابل ارائه نمی باشد . آزمایشات دوره اي و عادي ترانسفورماتورهاي قدرت مانند اندازه گیري مقاومت عایقی ، اندازه گیري مقاومت سیم پیچ ، نسبت تبدیل ، ضریب تلفات عایقی - tan δ - ، اندازه گیري تعیین وضعیت عایق ترانسفورماتورهاي پست زیاران 400/230/63 KV با استفاده از روش اندازه گیري پاسخ دي الکتریک جریان بی باري در ولتاژ فشار ضعیف ، آزمایشات فیزیکی و شیمیایی روغن و آنالیز گازهاي محلول در آن ، علیرغم ضرورت و انعکاس بسیاري از عیوب ترانسفورماتور ، هیچ تصویر دقیقی از وضعیت عایق - عامل تعیین کننده عمر ترانسفورماتور - و یا تغییر شکل سیم پیچ آن بعلت تنشهاي مکانیکی ناشی از اتصال کوتاههاي خارج ولی نزدیک ترانسفورماتور نمی دهد .
بی برق نمودن ترانسفورماتور ، دمونتاژ و تخلیه روغن آن به منظور بازدید داخلی سیم پیچ و نمونه برداري از قسمتهاي مختلف عایق جامد ، مؤثرترین و مستقیم ترین روش ارزیابی وضعیت داخلی ترانسفورماتور قدرت می باشد .
اما واضح است که این روش علاوه بر نیاز به خارج کردن تجهیز به مدت طولانی از شبکه ، تبعات و خطرات بزرگی را بهمراه دارد که گاهاً غیر قابل جبران می باشد .
یکی از آرزوهاي دیرین بهره برداران و متخصصین ترانسفورماتورهاي قدرت کسب تصویر و اطلاعات دقیق از وضعیت داخلی این تجهیزات مهم و گرانبها بدون نیاز به دمونتاژ آنها و تنها به کمک آنالیز نتایج آزمایشات نسبتاً ساده و کوتاه مدت در سایت بوده است بطوري که در نهایت اهداف زیر را دنبال نمایند.
-1 اطلاعات وضعیت عایق هاي جامد بکار رفته
-2 اطلاعات وضعیت سیم پیچ و احتمال تغییر فرم آن
-3 مدیریت بهره برداري با توجه به شناخت وضعیت عایقی
-4 برنامه ریزي طولانی مدت جهت جایگزینی در این راستا بر آن شدیم که به عنوان یک ضرورت و براي
اولین بار در کشور ترانسفورماتورهاي پست 400/230/63 KV زیاران با مجموع ظرفیت 1417MVA که بیش از 25 سال از عمر بهره برداري آنها می گذرد و داراي اهمیت بسیار زیادي در شبکه سراسري و برق تهران می باشند و همچنین در سالهاي گذشته بعلت وقوع اتصالی در خارج از آنها و گاهاً برروي خروجی سیم پیچ سوم آنها تحت تنشهاي شدید الکترودینامیکی و حرارتی قرار گرفته بودند ، را از لحاظ وضعیت داخلی مورد ارزیابی نسبتاً دقیقی قرار دهیم .
در این رابطه پس از بررسی و مکاتبات متعدد این نتیجه حاصل گردید که با همکاري کارشناسان آزمایشگاه CESI آزمایشات تشخیصی برروي ترانسهاي قدرت پست فوق الذکر بعمل آید . در این مقاله از بحث و بررسی درمورد آزمایشات عادي صرف نظر نموده و به تشریح آزمایشات مهم و مدرن براي تشخیص وضعیت سیم پیچ و عایق ترانسفورماتورهاي پست زیاران می پردازیم و در نهایت نتایج کلی همه آزمایشات ارائه می گردد .
.2 امپدانس اتصال کوتاه :
فشارهاي الکترودینامیکی ناشی از جریانهاي اتصال کوتاه می تواند باعث تغییر شکل سیم پیچ شده و منجر به آسیب دیدن عایق کاغذي گردد . توسط اندازه گیري امپدانس اتصال کوتاه می توان این گونه معایب را شناسایی نمود . براي اندازه گیري امپدانس اتصال کوتاه از پل شرینگ استفاده می گردد .
اختلاف بیش از 2% در مقدار امپدانس اتصال کوتاه نشان دهنده تغییر شکل در سیم پیچ می باشد . جهت مقایسه لازم است مقدار امپدانس اتصال کوتاه اولیه ترانس که در کارخانه اندازه گیري شده است در دسترس باشد در غیر این صورت می توان با توجه به خاصیت تقارن هسته و سیم پیچ بر اساس ساختار ترانسفورماتور آن را مورد ارزیابی قرار داد .
تجربه نشان می دهد که تغییر شکل شعاعی در سیم پیچ، تغییر قابل توجهی روي امپدانس اتصال کوتاه ایجاد می کند . در صورتی که تشخیص تغییر شکل محوري که در هر انتهاي سیم پیچ روي می دهد توسط این روش مشکل است . روش جایگزین براي تشخیص چنین تغییر شکلی استفاده از تکنیک تحلیل پاسخ فرکانس می باشد .
.3 روش تحلیل پاسخ فرکانس :
تحلیل پاسخ فرکانس یک روش قوي براي تشخیص عیب می باشد این روش شامل اندازه گیري امپدانس سیم پیچ هاي ترانسفورماتور در طیف وسیعی از فرکانس و مقایسه نتایج با مقادیر مبنا می باشد
با توجه به اینکه صدمات مکانیکی اغلب روي یکی از سه فاز اثر می گذارد بنابراین در صورت عدم موجود بودن آزمایشات مبنا می توان با استفاده از خاصیت تقارن سیم پیچ و هسته ، نتایج سه فاز را با یکدیگر مقایسه کرده و فاز معیوب را تشخیص داد .
دو راه براي تزریق فرکانس هاي با طیف وسیع مورد نیاز ، وجود دارد . یکی تزریق ایمپالس به سیم پیچ و دیگري استفاده از موج سینوسی با فرکانس فراگیر می باشد . هر دو روش در حال حاضر مورد استفاده صنعت می باشد اما روش فرکانس فراگیر نسبت به روش پاسخ ایمپالس برتري هاي زیر را دارد .
• سیگنال بهتر نسبت به نویز
• دقت بالا در تمام طیف اندازه گیري
• نیاز کمتر به تجهیزات اندازه گیري
• تزریق طیف وسیعتري از فرکانس ها
دامنه نتایج FRA بر حسب دسی بل در مبناي 50Ω نشان داده می شود - مبناي 50Ω بدلیل استفاده از کابل کواکسیال پنجاه اهمی است که بطور معمول براي اندازه گیري FRA استفاده می گردد - .
دامنه K به شکل فوق تعریف می گردد :
نتایج معمولاً با چشم مقایسه می گردند براي این منظور نتایج روي یک کاغذ نیمه لگاریتمی رسم می گردد بطوري که فرکانس روي محور لگاریتمی و دامنه روي محور خطی نمایش داده شود . مجموعه جواب ها براي مقایسه باید روي یک محور مختصات مشترك رسم شوند .
اختلافات به شرح زیر در مقایسه مجموعه جواب ها می تواند نشان دهنده وجود آسیب باشد :
• شکل کلی منحنی متفاوت باشد
• تولید یک فرکانس رزونانس جدید یا حذف یک فرکانس رزونانس موجود
• جابجایی بزرگ در فرکانس رزونانس هاي موجود
براي مثال در شکلهاي 1 الی 4 منحنی پاسخ فرکانس T3 براي چند آرایش نشان داده می شود .
.4 اندازه گیري جریان پلاریزاسیون و دي پلاریزاسیون:
این روش یک روش جدید ، ساده و مستقیم براي تشخیص وضعیت عایق ترانسفورماتور هاي قدرت می باشد . با وجود دستگاههایی که اخیراً به بازار ارائه شده است این اندازه گیري در سایت امکان پذیر می باشد
در واقع توسط مدل خطی گسترده ترانسفورماتور با در نظر گرفتن آرایش هندسی ترانس و طرز قرار گرفتن عایق سلولزي ، منحنی جریان پلاریزاسیون و دي پلاریزاسیون براي عایق سلولزي و روغن با مشخصات مختلف قابل شبیه سازي می باشد
اساس کار این روش بدین شرح است که وقتی یک ولتاژ DC به یک نمونه عایق که قبلاً کاملاً دشارژ شده است اعمال گردد ، برهم کنش میدان الکتریکی با بارهاي آزاد و سایر انواع بارهاي محدود شده ، موجب حرکت بارهاي الکتریکی در داخل عایق شده و یک جریان الکتریکی بوجود خواهد آمد که به آن جریان پلاریزاسیون گویند . این جریان در طول زمان کاهش یافته و به یک مقدار ثابت که به میزان کانداکتیویته عایق بستگی دارد خواهد رسید .
اگر جریان پلاریزاسیون را وقتی به مقدار ثابت رسید قطع کرده و دو سر عایق را اتصال کوتاه کنیم جریان دشارژ یا همان جریان دي پلاریزاسیون به مقدار منفی جهش کرده و به سمت صفر کاهش می یابد
اگر زمان شارژینگ به اندازه کافی بزرگ باشد ، جریان دي پلاریزاسیون متناسب با تابع پاسخ دي الکتریک خواهد بود
