بخشی از مقاله
چکیده-
نظارت و عیب یابی ترانسفورماتورهای قدرت در طول سال ها مورد توجه قرار گرفته و این برای شبکه بسیار مهم است که خطاهای اولیه در این ترانسفورماتورها در اسرع وقت پیدا شوند.
آنالیز گازهای محلول در روغن - - DGA یکی از تکنیک های بسیار مفید برای شناسایی خطاهای آغازین در ترانسفور ماتورهای قدرت روغنی است. روش های مختلفی برای تفسیر DGA از قبیل: روش گازهای کلیدی، روش نسبت راجرز و دورنبرگ، روش مثلث دوال وجود دارد. روش مثلث دوال مطمئن ترین روش جهت تشخیص شکست بالقوه می باشد.
در این مقاله هدف تشخیص سریع خطاه های بلقوه ترانسفورماتورهای پالایشگاه چهارم از طریق آنالیز روغن به روش مثلث دوال است لذا ابتدا اجرای دقیق مثلث دوال برای محققان و صنایع علاقمند به تجسم نتایج DGA خود را شرح داده و با استفاده از نرم افزار متلب پیاده سازی شده است. در پایان صحت عملکرد این نرم افزار با 77 ترانسفورماتور چک نموده و نتایج ارائه شده است. این نرم افزار تفسیر دقیقی در اختیار تعمیرات قرار می دهد که بعد از مشخص نمودن ترانسفورماتور معیوب عیب در کلید تنظیم ولتاژ ترانسفورماتور مشهود بود.
-1 مقدمه
ترانسفورماتورهای قدرت یکی از اجزای اصلی سیستم های انرژی الکتریکی ولتاژ زیاد هستند.[1] لذا حفاظت و نظارت بر این تجهیز اجتناب ناپذیر است. پایش شمیایی روغن ترانسفورماتور یکی از تکنیک های پایش وضعیت است که به کشف شکست های بالقوه می پردازد. یک عیب یابی شمیایی که بسیار محبوب بوده است و برای سال های سال با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است، روش تجزیه وتحلیل گازهای محلول در روغن - - Dissolved Gas Analysis است.
روغن استفاده شده در ترانسفورماتور زنجیره طولانی از ترکیبات هیدروکربنی است. تخریب ترکیبات هیدروکربنی عایق منجر به تولید ترکیبات کوچک ملکولی می شود.[3] بسیاری از این ترکیبات گازها هستند. گازهای تولید شده در داخل روغن حل می شوند. با توجه به گازهای حل شده در روغن، خاصیت عایقی روغن ضعیف شده و منجر به شکست کارکردی ترانسفورماتور می شود که ترکیب و مقدار گازها بستگی به نوع و شدت خطا دارد.
از جمله مزایای DGA، هشدار پیش از گسترش خطا، هشدار استفاده نادرست از واحدها، بررسی و نظارت واحدهای جدید ویا تعمیر شده، برنامه ریزی مناسب تعمیرات، نظارت بر واحدهای تحت اضافه بار و ... اشاره نمود. لذا دی الکتریک عایق کاغذی و روغنی ترانسفورماتور بعنوان منابع کلیدی برای تشخیص خرابی های اولیه و خطاهای داخلی در حال پیشروی می باشند.
عایق بندی بطور کلی وضعیت سلامتی ترانسفورماتور را نشان می دهد.[3-5] به عبارتی تشکیل گاز در روغن ترانسفورماتور در حال کار نشان دهنده وجود عیب در داخل ترانسفورماتور است. البته ترانسفورماتور سالم نیز گاز تولید می کند. گازهای تولید شده، استیلن - - C2H2، اتیلن - - C2H4، اتان - C2H6 - ، متان - CH4 - ، هیدروژن - - H2 می باشند. از طرفی تجزیه کاغذ باعث تولید منواکسید کربن - CO - و دی اکسید کربن - CO2 - نیز می شود.
قوسهای الکتریکی نمونه هایی از پدیده هایی می باشند که باعث تولید گازهای معینی در روغن می شوند. اگر به موقع از ادامه این پدیده ها ممانعت نشود، ممکن است منجر به خارج شدن ترانسفورماتور از مدار شده و خسارات زیادی به بار آورد. بایستی هر یک ماه بعد از هر سرویس و حداقل یک بار در سال بر روی ترانسفورماتور DGA انجام شود. در صورت بروز مشکل در ترانسفورماتور، آنالیز گازهای محلول در روغن را میتوان چندین بارتکرار نمود. نمونه برداری از روغن بدون خارج کردن ترانسفورماتور از مدار یکی از مزیتهای استفاده از روش DGA به عنوان ابزاری برای ارزیابی وضعیت کلی ترانسفورماتور میباشد
نمودار تولید گازهای قابل احتراق برحسب دما در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 تولید گازهای قابل احتراق برحسب دما
خطاهایی با انرژی کم مانند تخلیه جزیی باعث تولید مولکول هیدروژن در روغن میگردد. گاز هیدروژن و متان در دمای بالاتر از160 C و گاز اسیتیلن در دمای 700 C ، اتیلن در دمای بالاتر از 350 C، گاز اتان در دمای بالاتر از 250 C تولید میگردد. گاز هیدروژن و استیلن متناسب با افزایش دما افزایش می یابند ولی بقیه گازها تا دمای خاصی افزایش و پس از آن کاهش می یابند. قو سهای داخلی باعث ایجاد دماهایی در محدوده 700C به بالا می شوند
DGA می تواند برای تعیین مقدار و نوع گازها در روغن ترانسفورماتور استفاده شود و به این ترتیب در تعیین وضعیت خرابی ترانسفورماتور کمک می کند.[6-8] بسیاری از روشهای تفسیر DGA مانند: روش گازهای کلیدی[8]، روش نسبت راجرز [8]، روش دورنبرگ ، روش مثلث دوال[8] وجود دارد. بسیاری از این روشها به تجربه شخصی بیشتر از فرمولاسیون ریاضی متکی هستند.
با توجه به جدول 1 روش مثلث دوال مطمئن ترین روش جهت تشخیص شکست بالقوه می باشد. لذا به همین خاطر این مقاله به طراحی و شبیه سازی آنالیزگازهای محلول در روغن ترانسفورماتور قدرت به روش مثلث دوال توسط نرم افزار متلب می پردازد. سپس 77 ترانسفورماتور را توسط این نرم افزار پایش نموده و در پایان یک ترانسفورماتور را برای نمونه در این مقاله ارائه می نماید.
جدول :1 مقایسه روش های تجزیه وتحلیل [9]DGA
-2 تفسیر DGA به روش مثلث دوال
روش تشخیصی مثلث دوال برای تجهیزات ولتاژ بالای عایق روغنی، عمدتا ترانسفورماتورها در سال 1974 توسط مایکل دوال ارائه شد.[8] این براساس استفاده از سه گاز هیدروکربن - - CH4, C2H2, C2H4 مطابق با افزایش سطح انرژی در تشکیل گاز در ترانسفورماتورهای در سرویس است. این روش بیش از چندین سال است که قابل اعتماد و دقیق بوده و در حال حاضر نیز دارای محبوبیت فراوانی است.[4] یکی از مزیت های این روش، این است که خطا را با درصد اشتباه کم تشخیص می دهد و تشخیص خطا بر اساس تجسم مکان گازهای حل شده در نقشه مثلثی انجام می شود. شکل 2 مثلث دوال را نشان می دهد.
همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است فقط یک نقطه منحصر بفرد بنام P در سمت چپ مثلث دوال حاصل خواهد شد. همانطور که ملاحظه می شود بعنوان یک خطای D1 مشخص می شود. که طبق جدول 2 یعنی یک خطای تخلیه با انرژی کم اتفاق افتاده است. یعنی تخلیه های جزیی ازنوع جرقه، که باعث ایجاد حفره های کربنیزه در سطح عایق کاغذی و تشکیل ذرات کربن در روغن می شود.
جدول :2 تفسیر نواحی مثلث دوال
شکل:2 مثلث Duval
بطور کلی از این روش سه نوع خطا قابل تشخیص هستند، بعنوان مثال: تخلیه جزیی، قوس انرژی بالا و کم - خطای الکتریکی - و نقاط داغ محدوده های مختلف دمایی - خطای حرارتی - .[9] این نوع خطاها در 6 ناحیه خطاهای منحصر به فرد ذکر شده در جدول - T1,T2,T3,D1,D2,PD - 2 تعیین می شود. یک ناحیه واسط DT به مخلوط خطاهای الکتریکی و حرارتی در ترانسفورماتور نسبت داده شده است. از انجایی که هیچ منطقه ای برای شرایط طبیعی سالم تعیین نشده است.
اجرای بی دقت روش مثلث دوال منجر به تشخیص هریک از خطاهای ذکر شده خواهد شد. برای جلوگیری از این مشکل گازهای حل شده را باید قبل از اینکه با استفاده از مثلث دوال تفسیر شوند، برای نرمال بودن آنها ارزیابی شوند. سه طرف مثلث در مختصات مثلثی بیان میشوند - - T1,T2,T3 نشان دهنده نسبت نسبی - CH4, C2H2, C2H4 - از 0 تا 100 برای هر گاز است. این سه گاز برحسب ppm، C2H4=g2، CH4=g1، C2H2=g3 قبل از اینکه در مثلث رسم شوند بایستی به مختصات مثلثی تبدیل شوند
-3 طراحی نرم افزار تفسیر DGA به روش مثلث دوال:
جهت طراحی نرم افزار ابتدا مختصات مثلثی را به مختصات دکارتی تبدیل نموده زیرا بایستی نقطه خطا و ناحیه های خطا در مثلث دوال به مختصات دکارتی تبدیل شوند سپس با برنامه نویسی در نرم افزار متلب پیاده سازی شوند.
