تشخیص و طبقه¬بندی عیوب داخلی ترانسفورماتور¬های قدرت با استفاده از درخت تصمیم مبتنی بر شبیه سازی مدل الکتریکی ترانسفورماتور

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- پردیس فنی مهندسی شهید عباسپور
دانشگاه شهید بهشتی
پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی برق
قدرت
تشخیص و طبقهبندی عیوب داخلی ترانسفورماتورهای قدرت با استفاده از درخت تصمیم مبتنی بر شبیه سازی مدل الکتریکی ترانسفورماتور
محی الدین گنجیان ابوخیلی
اساتید راهنما:
حمید جوادی
فرهاد حق جو
پاییز 92
تقدیم به
اسطورههای زندگیانیم، پناه خستگیهایم و امیدهای بودنم
پدر و مادر عزیزم
تشکر و قدردانی
تقدیر و تشکر
از راهنماییهای ارزنده اساتید ارجمند آقایان دکتر جوادی و دکتر حقجو که در تمام مراحل این تحقیق از هیچ تلاشی فروگذار نکردهاند شایسته قدردانی و امتنان بی شائبه میباشند.
همچنین از خانواده و از دوستان که در این مدت از حمایت بی دریغ خود فرونگذاردند، تشکر والا داشته باشم.
چکیده
شبکه گسترده سیستم قدرت دارای تجهیزات بسیار گران قیمتی میباشد که از جمله آن میتوان به ژنراتور، بریکر، کابلهای قدرت و ترانسفورماتور اشاره کرد. ترانسفورماتور قدرت به عنوان قلب تپنده این شبکه بوده که همواره تحت تاثیر شرایط بهرهبرداری و محیطی، دچار خطاهای مختلفی شده و در برخی موارد سبب خرابی و خروج از مدار ترانسفورماتور و عدم دسترسی طولانی مدت خواهد شد. در نتیجه برنامه های تعمیر و نگهداری باید به جای مبتنی بر زمان، مبتنی بر شرایط بهره برداری و محیطی گردند که این مسئله خود مستلزم آن میباشد که از شرایط حال تجهیز نیز آگاه باشیم. لذا استفاده از روشهای نظارت و تشخیص خطا که توانایی ارزیابی شرایط داخلی تجهیزات را دارند، بسیار با اهمیت خواهد بود.
روشهای مختلفی به منظور تشخیص خطا در درون ترانسفورماتور وجود دارد که از آن جمله می توان به آنالیز گازهای محلول، تخلیهجزیی و تحلیل پاسخ فرکانسی اشاره کرد. با توجه به محدودیتهای دو روش اول در تشخیص انواع خطاها، تحلیل پاسخ فرکانسی یکی از بهترین روشهای موثر در زمینه تشخیص خطاهای الکتریکی و مکانیکی در درون ترانسفورماتور میباشد. با این حال به دلیل متکی بودن این روش بر مقایسه گرافیکی، تفسیر نتایج حاصله از پاسخ فرکانسی بسیار مشکل بوده و هنوز هیچ رابطه و روش کلی و فراگیر برای طبقهبندی وجود ندارد. هدف این پایان نامه تشخیص و طبقهبندی خطای ترانسفورماتور با کمک پاسخ فرکانسی و درخت تصمیم میباشد. با استفاده از مدل الکتریکی متمرکز ترانسفورماتور قدرت خطاهای مختلفی شبیهسازی شده و با استفاده از درخت تصمیم طبقهبندی آنها صورت گرفته است. نتایج نشان میدهند که ترکیب پاسخ فرکانسی به همراه درخت تصمیم دارای دقت و سرعت بالایی نسبت به روشهای دیگر در طبقهبندی خطا در ترانسفورماتورهای قدرت دارد.

واژه‌های کلیدی: ترانسفورماتور قدرت؛ مدل الکتریکی متمرکز؛ پاسخ فرکانسی؛ درخت تصمیم؛ طبقهبندی خطا
فهرست مطالب
عنوانصفحه
TOC o “1-3” h z u 1-مقدمه PAGEREF _Toc374014780 h 11-1-مقدمه PAGEREF _Toc374014781 h 11-2-بیان مسئله PAGEREF _Toc374014782 h 21-3-مروری بر مقالات PAGEREF _Toc374014783 h 31-4-ساختار پایاننامه PAGEREF _Toc374014784 h 62-عوامل خرابی ترانسفورماتور و روشهای تشخیص آنها PAGEREF _Toc374014785 h 82-1-عوامل خرابی ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014786 h 82-1-1-عوامل خرابی از نگاه سیستمی PAGEREF _Toc374014787 h 82-1-2-عوامل خرابی از نگاه مکان خطا PAGEREF _Toc374014788 h 92-2-اجزای ترانسفورماتور و نقش آنها در بروز خطا PAGEREF _Toc374014789 h 102-2-1-خطاهای مربوط به تانک PAGEREF _Toc374014790 h 112-2-2-خطاهای مربوط به هسته PAGEREF _Toc374014791 h 112-2-3-خرابی تپچنجر زیر بار PAGEREF _Toc374014792 h 122-2-4-خرابی بوشینگ PAGEREF _Toc374014793 h 122-2-5-خرابیهای سیمپیچ PAGEREF _Toc374014794 h 123-مدلسازی ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014795 h 173-1-تاریخچه مدلسازی ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014796 h 173-2-کاربرد مدلهای ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014797 h 183-2-1-تحلیل گذرای سیمپیچ PAGEREF _Toc374014798 h 183-2-2-تحلیل گذرای سیستم PAGEREF _Toc374014799 h 183-2-3-مکانیابی تخلیه جزیی PAGEREF _Toc374014800 h 183-2-4-تحلیل پاسخ فرکانسی PAGEREF _Toc374014801 h 193-3-انواع مدلهای ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014802 h 193-3-1-مدل خط انتقال PAGEREF _Toc374014803 h 203-3-2-مدل اندوکتانس نشتی PAGEREF _Toc374014804 h 203-3-3-مدل مبتنی بر اصل دوگان PAGEREF _Toc374014805 h 203-3-4-مدل میدان الکترومغناطیسی PAGEREF _Toc374014806 h 213-3-5-مدل مقاومت اندوکتانس و ظرفیت خازنی هندسی (RLC)(متمرکز) PAGEREF _Toc374014807 h 213-4-مدل متمرکز الکتریکی PAGEREF _Toc374014808 h 213-5-محاسبه پارامترهای مداری مدل متمرکز PAGEREF _Toc374014809 h 233-5-1-اندوکتانس PAGEREF _Toc374014810 h 243-5-2-مقاوت سیمپیج PAGEREF _Toc374014811 h 283-5-3-خازن PAGEREF _Toc374014812 h 303-5-4-تلفات دی الکتریک PAGEREF _Toc374014813 h 374-پاسخ فرکانسی PAGEREF _Toc374014814 h 394-1-مقدمه PAGEREF _Toc374014815 h 394-2-تحلیل پاسخ فرکانسی PAGEREF _Toc374014816 h 394-2-1-ضربه ولتاژ پایین PAGEREF _Toc374014817 h 404-2-2-تحلیل جاروب پاسخ فرکانسی PAGEREF _Toc374014818 h 404-3-تابع تبدیل PAGEREF _Toc374014819 h 414-4-آرایشهای مختلف تست پاسخ فرکانسی PAGEREF _Toc374014820 h 424-4-1-تست نوع اول PAGEREF _Toc374014821 h 424-4-2-تست نوع دوم PAGEREF _Toc374014822 h 424-4-3-تست نوع سوم PAGEREF _Toc374014823 h 434-4-4-تست نوع چهارم PAGEREF _Toc374014824 h 434-5-تحلیل مداری مدل متمرکز PAGEREF _Toc374014825 h 434-5-1-مدل متغیر حالت PAGEREF _Toc374014826 h 464-5-2-تعیین تابع تبدیل PAGEREF _Toc374014827 h 475-آنالیز خطا PAGEREF _Toc374014828 h 495-1-مقدمه PAGEREF _Toc374014829 h 495-2-پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در حالت سالم PAGEREF _Toc374014830 h 495-2-1-تست نوع اول برای سیمپیچ فشارقوی PAGEREF _Toc374014831 h 495-2-2-تست نوع سوم PAGEREF _Toc374014832 h 505-3-روش تحلیل اندازهگیریهای FRA PAGEREF _Toc374014833 h 515-3-1-رنج فرکانسی پایین PAGEREF _Toc374014834 h 515-3-2-رنج فرکانسی متوسط PAGEREF _Toc374014835 h 515-3-3-رنج فرکانسی بالا PAGEREF _Toc374014836 h 515-4-آنالیز حساسیت PAGEREF _Toc374014837 h 525-4-1-تغییر فاصله بین دیسکی PAGEREF _Toc374014838 h 525-4-2-اثر تغییرات شعاع PAGEREF _Toc374014839 h 545-5-اثر عیوب بر نحوه تغییر پاسخ فرکانسی PAGEREF _Toc374014840 h 565-5-1-تغییرات شعاعی PAGEREF _Toc374014841 h 575-5-2-خطای جابهجایی محوری PAGEREF _Toc374014842 h 595-5-3-تغییر فضای بین دیسکها PAGEREF _Toc374014843 h 605-5-4-خطای اتصال حلقه PAGEREF _Toc374014844 h 615-6-دیاگرام ولتاژ- جریان PAGEREF _Toc374014845 h 626-الگوریتم های طبقه بندی PAGEREF _Toc374014846 h 656-1-مقدمه PAGEREF _Toc374014847 h 656-2-انتخاب سیستم خبره PAGEREF _Toc374014848 h 666-2-1-شبکههای عصبی PAGEREF _Toc374014849 h 666-2-2-درخت تصمیم PAGEREF _Toc374014850 h 676-3-شاخصها PAGEREF _Toc374014851 h 726-3-1-شاخصهای آماری PAGEREF _Toc374014852 h 736-3-2-شاخصهای سیگنالی PAGEREF _Toc374014853 h 746-4-پیادهسازی درخت تصمیم به منظور طبقهبندی خطا در ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014854 h 766-4-1-سناریو اول PAGEREF _Toc374014855 h 776-4-2-سناریو دوم PAGEREF _Toc374014856 h 827-نتیجه‌گیری و پیشنهادات PAGEREF _Toc374014857 h 887-1-نتیجه‌گیری PAGEREF _Toc374014858 h 887-2-پیشنهادات PAGEREF _Toc374014859 h 90پیوست الف- وابستگی نفوذپذیری مغناطیسی با فرکانس PAGEREF _Toc374014860 h 91پیوست ب- محاسبه ظرفیت خازنی سری در سیمپیج دیسکی PAGEREF _Toc374014861 h 93ب- 1: ظرفیت خازنی معادل دور به دور در یک دیسک PAGEREF _Toc374014862 h 93ب- 2: ظرفیت خازنی معادل دیسک به دیسک PAGEREF _Toc374014863 h 93پیوست ج- تحلیل مداری مدل متمرکز PAGEREF _Toc374014864 h 95ج-1- معادله دیفرانسیل برای ظرفیت خازنی PAGEREF _Toc374014865 h 95ج-2- معادله دیفرانسیل برای اندوکتانس PAGEREF _Toc374014866 h 95ج-3- محاسبات ولتاژی و جریانی PAGEREF _Toc374014867 h 96ج-4- تعریف ماتریسهای عناصر مداری با توجه به درخت PAGEREF _Toc374014868 h 97پیوست د- آشنایی با عملکرد درخت تصمیم PAGEREF _Toc374014869 h 101پیوست ی- مشخصات فنی ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014870 h 106
TOC o “1-4” h z u
فهرست علایم و نشانه‌هاعنوانعلامت اختصاری
شار ماکزیمم
ولتاژ اعمالی به سیمپیچ
فرکانس
تعداد دورهای سیمپیچ فشار قوی
تعداد دورهای سیمپیچ فشارضعیف
نیروی الکترومغناطیسی
طول مسیر مغناطیسی
جریان سیمپیچ
چگالی شار
مقاومت سری فشارقوی
مقاومت سری فشارضعیف
اندوکتانس مرکب سری فشارقوی
اندوکتانس مرکب سری فشارقوی
ظرفیت خازنی سری سیمپیچ فشارقوی
ظرفیت خازنی سری سیمپیچ فشارضعیف
ظرفیت خازنی موازی سیمپیچ فشارقوی با زمین
ظرفیت خازنی موازی سیمپیچ فشارضعیف با زمین
ظرفیت خازنی بین سیمپیچهای فشارقوی X , Y
ظرفیت خازنی بین سیمپیچهای فشارقویY , Z
رلوکتانس مدارمغناطیسی
سطح مقطع متوسط هسته
ضریب نفوذپذیری مغناطیسی هسته
اندوکتانس فاز X
رلوکتانس بخش مغناطیسی
بخش مغناطیسی اندوکتانس فاز X
طول مسیر مغناطیسی ستون هسته
طول مسیر مغناطیسی یوغ هسته
اندوکتانس نشتی کلی فاز X
اندوکتانس کل(مغناطیسی و نشتی) فاز X
ضریب پراکندگی
ثابت نسبت مقیاس
نفوذپذیری مختلط مغناطیسی
نفوذپذیری مغناطیسی نسبی
ثابت انتشار
ضخامت ورقه هسته
بخش حقیقی نفوذپذیری
بخش حقیقی نفوذپذیری
امپدانس سیمپیچ با هسته هوایی
مقاومت سیمپیچ با هسته هوایی
اندوکتانس با هسته هوایی
رلوکتانس کویل فاز X
رلوکتانس پنجره هسته

رلوکتانس مغناطیسی بخش پنجره هسته
شعاع سیمپیچ i ام
اتفاع بین دو سیمپیچ
مقاومت پوستی
مقاومت مستقیم
مقاومت مجاورت
رسانایی
عمق نفوذ
ضریب گذردهی الکتریکی خلا
ضریب گذردهی نسبی الکتریکی محیط
ارتفاع تغییر یافته سیمپیچ
شعاع داخلی سیمپیچ
شعاع خارجی سیمپیچ
ضریب گذردهی الکتریکی مختلط
تعداد طبقات مدل الکتریکی متمرکز
ظرفیت خازنی بین دورهای یک دیسک
ظرفیت خازنی بین دورهای یک دیسک
ضخامت هادی در هر دیسک
تعداد دورهای یک دیسک
تعداد دیسکهای ادغام شده
مقاومت سری در مدل متمرکز
مقاومت سری تبدیل شده
کنداکتانس موازی در مدل متمرکز
آنتروپی
آنتروپی نرمالیزه شده
انرژی
انرژی نرمالیزه شده
مرکز ثقل بیضی
فهرست جدول‌هاعنوانصفحه
TOC h z c “جدول” جدول ‏31: ماتریس اندوکتانس ترانسفورماتور سه فاز PAGEREF _Toc374014871 h 25جدول ‏32: مقادیر گذردهی الکتریکی مواد در 2محیط روغنی و بیروغن[8] PAGEREF _Toc374014872 h 33جدول ‏61: مقادیر نرمالیزه شده ویژگی های مورد استفاده – یک حالت برای هر خطا PAGEREF _Toc374014873 h 78جدول ‏63: مقایسه شش درخت تصمیم PAGEREF _Toc374014874 h 86
فهرست شکل‌‌هاعنوانصفحه
TOC h z c “شکل” شکل ‏21: میزان تاثیر اجزای ترانسفورماتور در رخداد خطا]2[ PAGEREF _Toc374014875 h 11شکل ‏22: شماتیک ترانسفورماتور سه ستونه با اتصال حلقه[37] PAGEREF _Toc374014876 h 13شکل ‏23: توزیع شار نشتی و نیروهای شعاعی و محوری ایجاد شده توسط آن PAGEREF _Toc374014877 h 14شکل ‏24: برش از بالا- نیروی وارده بر استوانه سیم پیچ PAGEREF _Toc374014878 h 14شکل ‏25: تغییر شکل-سمت راست: Free- سمت چپ: Force PAGEREF _Toc374014879 h 15شکل ‏26: جابه جایی محوری سیم پیچ ها نسبت به هم PAGEREF _Toc374014880 h 15شکل ‏27: تغییر فضای بین دو دیسک متوالی PAGEREF _Toc374014881 h 16شکل ‏31: اولین مدل ترانسفورماتور[40] PAGEREF _Toc374014882 h 17شکل ‏32: مدل متمرکز الکتریکی ترانسفورماتور برای فاز X[46] PAGEREF _Toc374014883 h 22شکل ‏33: مدار مغناطیسی معادل ترانسفورماتور سه فاز PAGEREF _Toc374014884 h 24شکل ‏34: وابستگی مقادیر حقیقی و موهومی نفوذپذیری مغناطیسی به فرکانس PAGEREF _Toc374014885 h 26شکل ‏35: توزیع چگالی شار مغناطیسی در پنجره هسته(از سمت فشارضعیف به طرف فشارقوی)[35] PAGEREF _Toc374014886 h 28شکل ‏36: بخشهای iام و jام سیمپیچ PAGEREF _Toc374014887 h 28شکل ‏37: مقاومت کل متغیر با فرکانس سیمپیچ فشارقوی PAGEREF _Toc374014888 h 30شکل ‏38: برش از بالا- نحوه قرارگیری سیم پیچ ها و تانک ترانسفورماتور PAGEREF _Toc374014889 h 30شکل ‏39: خازن استوانهای PAGEREF _Toc374014890 h 31شکل ‏310: سیستم عایقی بین سیم پیچ فشارقوی و فشارضعیف PAGEREF _Toc374014891 h 32شکل ‏311: مدل ساده شده سیستم عایقی PAGEREF _Toc374014892 h 32شکل ‏312: برش بالای استوانه های موازی PAGEREF _Toc374014893 h 33شکل ‏313: هادی استوانه ای در برابر صفحه زمین شده PAGEREF _Toc374014894 h 34شکل ‏314: ظرفیت های خازنی دوربه دور و دیسک به دیسک در سیم پیچی دیسکی[46] PAGEREF _Toc374014895 h 35شکل ‏315: یک جفت دیسک سیم پیچ فشارقوی[46] PAGEREF _Toc374014896 h 36شکل ‏316: سیستم عایقی ساده شده بین دیسکی[53] PAGEREF _Toc374014897 h 36شکل ‏317: مدار ساده شده به منظور محاسبه ظرفیت خازنی سری PAGEREF _Toc374014898 h 37شکل ‏41: پیکربندی تست نوع اول[52] PAGEREF _Toc374014899 h 42شکل ‏42: پیکربندی تست نوع سوم[52] PAGEREF _Toc374014900 h 43شکل ‏43: درخت نرمال توصیفی مدل متمرکز الکتریکی ترانسفورماتور[46] PAGEREF _Toc374014901 h 44شکل ‏51: پاسخ فرکانسی برای فازهای A و B در حالت سالم در تست نوع اول PAGEREF _Toc374014902 h 50شکل ‏52: پاسخ فرکانسی برای

این نوشته در پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید

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