بهره‌برداري بهينه از ترانسفورماتورهاي قدرت مبتني به مفاهيم قابليت اطمينان

وزارت علوم، تحقيقات و فناوري
دانشگاه علوم و فنون مازندران

پايان‌نامه
مقطع کارشناسي ارشد
رشته : مهندسي برق – قدرت
عنوان :
بهره‌برداري بهينه از ترانسفورماتورهاي قدرت مبتني به مفاهيم قابليت اطمينان
استاد راهنما : جناب آقاي دکتر تقي بار فروشي
استاد مشاور : جناب آقاي دکتر ايرج احمدي
دانشجو : محمد شعباني آلوکنده
(زمستان 1392)
لبخندِ مادر آرامشِ جان است و تبسمِ پدر آسايشِ روانپينه های دست پدر از رنج ساليان حکايت می کند، از شادی های بر زبان نيامده، از نجابتِ لبخندی که تقديس می کند کودکی ام را…تقديم به باغبانِ مزرعه کودکی ام، به رسولِ ایثارگرِ مصممِ قصه هایم، به استواریِ کوهستانِ پير، آنگاه که با بارش برف زمستانی، چشم انداز بهاران را در ذهنِ لاغرِ کودکانِ خويش تصوير می کند، تقديم به بارانِ بهاری ام، تقديم به پدرم.تقدیم به عصمتِ چشمانِ دلواپسی که چراغ راهم بود، آفتابی که در نبود خورشید زندگی ام زمينِ وجودم را روشن نمود، تقديم به سپيدیِ طلوعِ طاهرم، تقديم به مادرم.تقديم به هم بازی هایِ دوره نسیان، به نامِ برادری، به نامِ خواهری، که کودکی ام و جوانی ام به بودنِ ايشان، خو گرفت، تقديم به دستانی که نوازشم نمودند.تقدیم به روانی که رنج ها را صبورانه تحمل نمود، تقديم به سنگِ صبورِ لحظه های عزلتم، که حرف های ناگفته همواره در خلعتِ حضورش ، جوشید، تقديم به خواهری که مهربانی را به من آموخت، تقديم به معصومه ام که همواره راهنمایم بود.تقديم به اميدِ لحظه های نوميدی ام، به بانوی موسیقی ام، به مهربانی که نام مرا به هزار زبان آواز داد، تقديم به شريکِ زندگی ام، به بانوی صبورم، به همسرم.
تقديم به پدر و مادر بزرگواری که مفتخرم نمودند تا زین پس، فرزندشان باشم، تقدیم به پدر و مادر همسرم.
تقديم به روح نازنين کسی که حياتم از او نيرو يافت، تقديم به روح بزرگوارِ فرشته ای که از آن سوی مرغزارِ بهشت، همواره نظاره ام کرد و بی آنکه در فهمِ من گنجد، پشت و پناهم بود.
با سپاس فراوان از استاد گرانقدر و ارجمندم جناب آقای دكتر تقی بارفروشی كه در طول انجام اين مطالعه، افتخار شاگردی ایشان را داشته‌ و از راهنمايي‌های بی دریغشان بهره فراوان بردم و از حمایت های معنوی ایشان بی نصیب نبودم.
با تشكر بسیار از استاد ارجمندم جناب آقاي دكتر ایرج احمدی که از راهنمایی ها و کمک های ایشان در طول انجام مطالعات بهره بردم.
… و سپاس از تمامی کسانی که به من آموختند.

چکيده
ترانسفورماتور یکی از مهم‌ترین اجزا سیستم قدرت بوده و به علت گران‌قیمت بودن و اهمیت عملکرد ترانسفورماتور در سیستم قدرت و زمان‌بر بودن جایگزینی آن، فرایند بررسی و انتخاب روش بهره‌برداری بهینه و مطلوب برای ترانسفورماتورها با در نظر گرفتن مسائل اقتصادی و قابلیت اطمینان همواره از مهم‌ترین و ضروری‌ترین مسائل سیستم‌های قدرت بوده است. از این‌رو در این پایان‌نامه یک روش جدید احتمالی برای تعیین محدوده بهره‌برداری اقتصادی ترانسفورماتور ارائه شده است. ایده اصلی این پایان‌نامه بر خروج عمدی یکی از ترانسفورماتورهای موازی پست‌های فوق توزیع یا انتقال و قرار دادن آن در وضعیت آماده به کار استوار بوده و شامل پنج مرحله اصلی است: 1) محاسبه دسترس‌پذیری و عدم دسترس‌پذیری بر اساس مدل مارکوف و تبدیل آن به شاخص اقتصادی با استفاده از مفهوم انرژی انتظاری تأمین نشده؛ 2) محاسبه مجموع تلفات بی‌باری و مسی ترانسفورماتور بر اساس اطلاعات بارگذاری و تبدیل آن به شاخص اقتصادی؛ 3) تعیین یک نقطه بار بحرانی برای پست و تعیین محدوده‌‌ی اقتصادی بهره‌برداری بر اساس مراحل 1 و 2. 4) بررسی اثر روش جدید بهره‌برداری بر عمر متوسط ترانسفورماتور. 5) محاسبه قابلیت اطمینان سیستم در دوره فرسایش با استفاده از مدل حرارتی و رابطهٔ تسریع فرسودگی و استفاده از تابع توزیع نرمال. به منظور مطالعه موردی، شبیه‌سازی‌های لازم بر اساس اطلاعات واقعی یکی از پست‌های 63/230 کیلوولت شبکه برق ایران انجام گردیده است. نتایج مطالعه موردی حاکی از کارایی روش پیشنهادی جدید می‌باشد. بطوریکه باعث صرفه‌جویی اقتصادی، افزایش چشمگیر عمر متوسط ترانسفورماتورها و افزایش فرصت تعمیرات پیشگیرانه خواهد شد. همچنین از شبیه‌سازی‌های انجام شده در این پایان‌نامه می‌توان برای پایش قابلیت اطمینان و عمر باقیمانده ترانسفورماتور به صورت بر خط (On-line) استفاده نمود.
واژه‌های کليدی:
ترانسفورماتورهای قدرت، بهره‌برداری بهینه، مفاهیم قابلیت اطمینان، انرژی انتظاری تأمین نشده، تلفات توان ترانسفورماتور، خروج عمدی، فرسایش ترانسفورماتور

فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه 1
1-1- پیشگفتار …………………………………………………………………………………………………………………….. 2
1-2- هدف تحقیق ……………………………………………………………………………………………………………….. 3
فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه بهره‌برداری از ترانسفورمرهای قدرت 5
2-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………… 6
2-2- پیشینه‌ی تحقیق ……………………………………………………………………………………………………………… 7
2-3- جمع بندی ………………………………………………………………………………………………………………….. 11
فصل سوم: تشریح مدل پیشنهادی بهره برداری از ترانسفورماتورهای قدرت مبتنی بر قابلیت اطمینان 12
3-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………. 13
3-2- قابلیت اطمینان دوره نرمال ………………………………………………………………………………………………… 13
3-3- مدلسازی قابلیت اطمینان ترانسفورمر …………………………………………………………………………………….. 14
3-3-1- مدل قابلیت اطمینان زیر سیستم 1…………………………………………………………………………………….. 14
3-3-2- مدل قابلیت اطمینان زیر سیستم 2 …………………………………………………………………………………… 17
3-3-3- مدل قابلیت اطمینان زیر سیستم 3 …………………………………………………………………………………… 18
3-3-4- مدل قابلیت اطمینان ترانسسفورمر با خنک کننده روغن طبیعی- هوا اجباری ………………………………….. 23
3-4- قابلیت اطمینان در دوره فرسایش …………………………………………………………………………………………. 26
3-4-1-اثر بارگذاری حرارتی …………………………………………………………………………………………………… 27
فهرست مطالب
عنوان صفحه
3-4-2-هسته و سیم پیچ ………………………………………………………………………………………………………… 27
3-4-3-عایق ………………………………………………………………………………………………………………………. 228
3-4-4-تلفات توان در ترانسفورمرها …………………………………………………………………………………………… 28
3-4-5- اثرات انتقال حرارت ……………………………………………………………………………………………………. 29
3-4-6-دماها و استاندارد های IEEE ………………………………………………………………………………………….. 31
3-4-7- بار گذاری ترانسفورمر های بیش از توان نامی ……………………………………………………………………. 32
3-4-8-فرسایش عایقی ………………………………………………………………………………………………………….. 32
3-4-9-دمای نقطه داغ ترانسفورمر ……………………………………………………………………………………………… 36
3-5- روش جدید پیشنهادی ……………………………………………………………………………………………………… 41
3-5-1- مدل مارکوف سیستم دو ترانسفورمر موازی همزمان تحت بهره برداری-روش متداول بهره برداری از پست با دو ترانسفورمر موازی …………………………………………………………………………………………………………….. 42
3-5-2-مدل مارکوف سیستم در دوره عمر مفید برای یک سیستم دو ترانسفورمری با یک ترانسفورمر در حال کار و دیگری به کار – روش جدید بهره برداری از پست با دو ترانسفورمر موازی ………………………………………………… 43
3-5-3- احتمال استقرار در حالت های مختلف فضای حالت مارکوف بر حسب زمان …………………………………. 45
3-5-4- محاسبات اقتصادی جهت تصمیم گیری زمان اعمال روش جدید بهره برداری …………………………………. 47
3-5-5- قابلیت اطمینان ترانسفورمر ……………………………………………………………………………………………. 51
3-5-6- دمای محیط ……………………………………………………………………………………………………………… 61
3-5-7- تاثیر جریان هجومی بر عمر ترانسفورمر …………………………………………………………………………….. 63
3-6- جمع‌بندی …………………………………………………………………………………………………………………… 64
فصل چهارم: شبیه‌سازی و تحلیل نتایج 65
4-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………. 66
4-2- مدل سازی ترانسفورمرها ………………………………………………………………………………………………….. 66
فهرست مطالب
عنوان صفحه
4-3- داده های بارگذاری ترانسفورمر …………………………………………………………………………………………… 67
4-4- داده های دمای محیط ………………………………………………………………………………………………………. 68
4-5- داده های جریان هجومی ترانسفورمر …………………………………………………………………………………….. 69
4-6- نتایج شبیه سازی …………………………………………………………………………………………………………… 70
4-6-1- محاسبات اقتصادی جهت تصمیم گیری اعمال روش جدید بهره برداری ……………………………………….. 71
4-6-2- دوره فرسایش و اثر بارگذاری ………………………………………………………………………………………… 79
4-6-3- بررسی اثر جریان هجومی بر دمای نقطه‌ی داغ و ضریب تسریع فرسودگی در روش بهره‌برداری جدید …… 93
4-6-4- مقایسه‌ی عددی روش بهره‌برداری جدید و متداول …………………………………………………………………. 95
4-7- جمع‌بندی …………………………………………………………………………………………………………………… 96
فصل پنجم: جمع‌بندی، نتيجه گيري و پيشنهادات 98
5-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………. 99
5-2- نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………. 99
5-3- پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………. 100
منابع و مآخذ 102
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 3-1- انواع سیستم های خنک کنندگی ترانسفورمر ……………………………………………………………………. 30
جدول 3-2- ضریب تسریع فرسودگی …………………………………………………………………………………………. 35
جدول 3-3- توان های استفاده شده در روابط تعیین دما ………………………………………………………………………. 41
جدول 4-1- مشخصات ترانسفورمر …………………………………………………………………………………………….. 67
جدول 4-2- خلاصه نتایج روش‌های مختلف بهره‌برداری …………………………………………………………………… 96
فهرست شکل‌ها
عنوان

Author:

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *