بخشی از مقاله
چکیده
یکی از آثار منفی ایجاد جریان هجومی ترانسفورماتور، احتمال ایجاد اختلال در سیستم حفاظتی آن است. از آنجا که دامنه جریان هجومی بین 8 تا بعضا30 برابر جریان نامی ترانسفورماتور است و دارای دامنه بسیار زیادتری نسبت به حد مجاز جریان دائمی سیمپیچ میباشد، ممکن است به دلیل داشتن ویژگی مشابه به جریان خطای حلقه به حلقه سیمپیچ ترانسفورماتور از حیث دامنه، در هنگام تحریک ترانسفورماتور باعث عملکرد غلط رله دیفرانسیل ترانسفورماتور بشود. از این رو پژوهشگران همواره درصدد یافتن راهی برای متمایز کردن جریان هجومی از جریان خطای داخلی ترانسفورماتور بودهاند تا با تشخیص آن از جریان خطا از عملکرد بیمورد رله دیفرانسیل ترانسفورماتور جلوگیری کنند.
یکی از راههای مناسب جهت این امر، استفاده از ماهیت هارمونیکی جریان هجومی است. در این مقاله با استفاده از این ماهیت هارمونیکی و تحلیل هارمونیکهای دوم تا هفتم و مولفه DC جریان هجومی و با استفاده از مدلسازی ترانسفورماتور در نرمافزار ماکسول - ابزار - FEM روشی برای تشخیص جریان هجومی از جریان خطای داخلی ترانسفورماتور ارائه میشود.
نتایج شبیهسازی نشان میدهد در میان هارمونیکها، تنها هارمونیکهای دوم تا چهارمند که میتوان از آنها بعنوان معیار تفاوت و تمایز جریان هجومی از جریان اتصال حلقه به حلقه سیمپیچ ترانسفورماتور کمک گرفت. همچنین این نتایج ثابت میکند مولفه DC و هارمونیکهای پنجم تا هفتم برای جریان هجومی و جریان خطای اتصال حلقه به حلقه تفاوت واضحی ندارند که اثبات این موضوع برتری این کار بر کارهای اخیر محسوب میشود. همچنین دقت بالای ابزار FEM از دیگر مزیات این کار است.
-1 مقدمه
در سالیان اخیر پژوهشگران همواره در پی یافتن راههایی برای تشخیص جریان هجومی از جریان خطای داخلی - اتصال حلقه به حلقه در سمت سیمپیچ تحریک - ترانسفورماتور بودهاند. در [1] با استفاده از تحلیلتوابع موجکِ ریخت شناختی روشی برای تشخیص جریان هجومی از جریان خطای داخلی ترانسفورماتور ارائه شده است.
مرجع [2] با استفاده از تحلیل سیگنال توان متوسط شبکه و تغییرات لحظهای فرکانسِ این سیگنال، جریان هجومی از جریان خطای داخلی ترانسفورماتور تشخیص داده شده که این راهکار، به دلیل وجود ادوات اضافه شونده به سیستم قدرت بسیار پرهزینه و سنگین است. در [3] با استفاده از تخمین خطا از حالت عادی کار ترانسفورماتور جریان هجومی تشخیص داده میشود.
کار انجام شده در [4] با استفاده از توابع موجک که آنالیز تحلیلی جریان هجومی را به روش توابع موجک - - Wavelet انجام میدهد این جریان از جریان خطای داخلی تشخیص داده میشود.
در [5] روشی با استفاده از تکنیکی براساس اندوکتانس لحظهای ارائه شده که این روش بر اساس تفاوت ذاتی پرمآبیلیته مغناطیسی در ناحیه اشباع و غیر اشباع کار میکند و جریان هجومی که ناشی از به اشباع رفتن هسته است را از جریان خطا که اشباعی در لحظه جاری شدنش رخ نمیدهد، جدا میسازد.
در [6] روشی مبتنی بر الگوریتم همبستگی و ضرایب همبستگی ارائه گشته است. با استفاده از ماهیت هارمونیکی جریان هجومی و ضرایب همبستگی هارمونیکهای 2تا 5 جریان هجومی که عددی بسیار متفاوتتر از ضرایب همبستگی هارمونیکهای 2تا5 برای جریان خطای داخلی است جریان هجومی از جریان خطای داخلی متمایز میگردد.
در [7] روشی با استفاده از تبدیلs ارائه شده است. این روش نیز به کمک تبدیلs گرفتن از ماهیت هارمونیکی جریان هجومی و جریان خطا تفاوت جریان هجومی از جریان اتصال کوتاه حلقه به حلقه را معین میسازد.
-2 مشخصات ترانسفورماتور مورد مطالعه
در جدول1مشخصات ترانسفورماتور مورد مطالعه، آورده شده است.
جدول-1مشخصات ترانسفورماتور مورد مطالعه
-3 شرح مدلسازی و تحلیل جریان اولیه در حالات مختلف خطای اتصال حلقه به حلقه و جریان هجومی ترانسفورماتور معرفی شده در بخش2 که حاوی تعداد دور 650 حلقه در فشارقوی است، از این سمت - - HV با ولتاژ نامی - 20کیلوولت - تحریک میشود. خطای اتصال حلقه به حلقه - حلقههای متوالی - برای ترانسفورماتور روی فاز a انجام میگیرد.
مدلسازی جریان هجومی برای ترانسفورماتور ارائه شده مبتنی بر ابزار FEM دراین قسمت انجام شده و سپس جریان خطای اتصال حلقه به حلقه، برای حالت خطای اتصال کوتاه تکحلقه - زیر درصدِ1 تعداد حلقهها - ، اتصال کوتاه 65 حلقه 10 - درصدِ تعداد حلقهها - ، اتصال کوتاه 130حلقه 20 - درصدِ تعداد حلقهها - ،اتصال کوتاه 325حلقه 50 - درصدِ تعداد حلقهها - و اتصال کوتاه 649 حلقه - بیش از 99درصدِ تعداد حلقهها - صورت میگیرد. پس از این شبیهسازی، تحلیل هارمونیکی بر روی سیکل اول این جریانهای به دست آمده صورت میگیرد. شکل-های 3تا8 جریان هجومی و جریان خطای داخلی ترانسفورماتور را برای خطای اتصالی حلقه به حلقه مختلف که در بالا ذکر شد نمایش می-دهد.
در شکل1 مشبندی و مدلسازی ترانسورماتور مورد مطالعه در نرم افزار ماکسول صورت گرفته است. سیمپیچ قرمز رنگ سیمپیچ فاز a است که خطای حلقه به حلقه روی این سیمپیچ صورت میگیرد.
شکل2 نمایشگر خطوط شار در لحظه بیشترین مقدار جریان هجومی رخداده در سیمپیچ فاز a است. این شکل بیان میدارد چگونه هسته ترانسفورماتور از شار اشباع شده و خطوط شار مجبورند برای بستن یکدیگر به خارج از هسته هجومی بیاورند.
شکل-1مشبندی و مدلسازی ترانسفورماتور مورد مطالعه در نرمافزار ماکسول
شکل-2خطوط شار مغناطیسی در لحظه پیک جریان هجومی فازa
شکل-3 جریان هجومی - حالت گذرا -
با توجه به کلیدزنی در زمان دلخواه، جریان هجومی فازa - قرمز رنگ - از فازb - سبز - کمتر و از فازc - آبی - بیشتر است. اما با وقوع خطا روی فازa این جریان افزایشی بسیار زیاد نسبت به سایر فازها خواهد داشت.
شکل-4جریان اولیه ترانسفوماتور با وجود خطای اتصال حلقه به حلقه برای یک حلقه
شکل-5 جریان اولیه ترانسفوماتور با وجود خطای اتصال حلقه به حلقه برای 65 حلقه
شکل-6 جریان اولیه ترانسفوماتور با وجود خطای اتصال حلقه به حلقه برای 130 حلقه
شکل-7 جریان اولیه ترانسفوماتور با وجود خطای اتصال حلقه به حلقه برای 325 حلقه
شکل-8 جریان اولیه ترانسفوماتور با وجود خطای اتصال حلقه به حلقه برای 649 حلقه
ملاحظه میشود هر چه خطای اتصالی روی تعداد حلقههای بیشتری میافتد پیک جریان هجومی همراه با خطای اولیه نیز بیشتر میباشد.
-4 روش پیشنهادی - تحلیل هارمونیکی جریان هجومی و جریان خطای داخلی -
در این قسمت از نمودارهای جریانهای هجومی و جریان خطای داخلی ترانسفورماتور در حالات مختلف - اتصالات حلقه به حلقه با تعداد متفاوت - ، در تناوب اول 0 - تا 20 میلیثانیه - تحلیل هارمونیکی گرفته و جدول مربوط به نسبت هارمونیکها به مولفه اصلی را به دست آورده و نتایج مبتنی بر این جدولها با هم مقایسه میگردد. شکل 9 تحلیل فرکانسی جریان هجومی را در تناوب اول نمایش میدهد.
