چکیده
ترانسفورماتورها به تعداد زیاد در شبکه های برق برای انتقال و توزیع انرژی الکتریکی در مسافت های طولانی مورد استفاده قرار می گیرند. قابلیت اطمینان ترانسفو ماتورها در این میان نقشی اساسی در تغذیه مطمئن انرژی برق بازی می کند. بنابراین شناسائی هر چه سریعتر عیبهای رخ داده در داخل یک ترانسفورماتور ضروری به نظر می رسد. یکی از چنین عیبهائی که به سختی قابل تشخیص است،
تغییرات مکانیکی در ساختار سیم پیچهای ترانسفورماتور است. اندازه گیری تابع تبدیل تنها روش کارامدی است که در حال حاضر برای شناسائی این عیب معرفی شده و بحث روز محققین می باشد.استفاده روش مذکور با محدودیتها و مشکلا تی روبرو می باشد که تشخیص انواع عیوب مختلف را به روشهای متداول و مرسوم محدود ساخته است. از این رو امروزه تحقیقات بر روی استفاده از الگوریتمها و روشهای هوشمندی متمرکز شده است که بتواند یک تفکیک پذیری نسبتا خوبی بین انواع عیوب و صدمات وارده به ترانسفورماتور را فراهم سازد. در این پایان نامه سیم پیچهای ترانسفورماتور به منظور پایش با روش تابع تبدیل مطالعه و شبیه سازی شده اند. برای این کار مدل مشروح سیم پیچها مورد استفاده قرار گرفته و نشان داده شده که این مدل قادر به شبیه سازی عیبهائی (اتصال کوتاه بین حلقه ها، جابجائی محوری وتغییر شکل شعاعی) است که توسط روش تابع تبدیل قابل شناسائی می باشند. شبیه سازیهای مر بوطه توسط مدل مشروح نشان می دهند که به کمک این مدل می توان به طور رضایت بخش توابع تبدیل محاسبه شده در محدوده از چند کیلوهرتز تا یک مگاهرتز را ارائه نمود . این مدل مشخصه های اساسی توابع تبدیل (فرکانسهای تشدید و دامنه ها در
فرکانسهای تشدید ) را به طور صحیح نتیجه می دهد. مقادیر عناصر مدار معادل از روی ابعاد هندسی سیم پیچها و ساختار عایقی مجموعه محاسبه می شوند. با محاسبه و تخمین این مقادیر در حالتهائی که تغییراتی در ساختار سیم پیچ بوجود آمده اند، اثرات عیبهای مکانیکی در مدل در نظرگرفته شده اند. دقت مدل مشروح علاوه بر تعداد عناصر آن به دقت محاسبات پارامترهای آن نیز بستگی دارد. ارتباط بین عیبهای بررسی شده (اتصال کوتاه بین حلقه ها، جابجائی محوری و تغییر شکل شعاعی ) و تغییرات ناشی از آنها در توابع تبدیل به خوبی توسط مدل نتیجه می شوند . تغییر نسبی مقادیر فرکانسهای تشدید در حوزه فرکانس و زمان فرونشست در حوزه زمان در یک تابع تبدیل به عنوان معیار تغییرات در تابع تبدیل در اثر یک عیب مورد استفاده قرار گرفته اند. ارزیابی توابع تبدیل محاسبه شده برای شناسایی عیب، به کمک توابع تبدیل گوناگون تعریف شده در مقالات مختلف، منجر به حصول نتایج زیر شده اند:
– نتایج محاسبات تغییرات یکسانی را در توابع تبدیل در اثر هر کدام از عیبهای فوق الذکر نشان می دهند.
– نتایج محاسبات در خصوص آنالیز حساسیت جابجائی محوری نشان می دهد که اثر جابجائی محوری روی تابع تبدیل در محدوده فرکانسی بالاتر از 100 کیلوهرتز به طور واضح بیشتر ا زمحدوده کمتر از 100 کیلوهرتز می باشد.
– نتایج محاسبات برای آنالیز تغییر شکل شعاعی سیم پیچ نشان می دهد که تغییر شکل شعاعی روی کل محدوده فرکانسی تابع تبدیل تأثیر تقریباً یکسانی می گذارد.
– بعضی از فرکانسهای تشدید در یک تابع تبدیل درمقایسه با سایر فرکانسهای تشدید در اثر بروز یک عیب حساستر میباشند.
برای بدست آوردن نتایج بیشتر در مورد وابستگیهای بین مدل مشروح و تغییرات محاسبه شده در توابع در اثر یک عیب، اثرات پارامترهای مدل روی توابع تبدیل به طور مجزا بررسی و تحلیل شده اند. این تحلیلها نشان می دهند که:
– تغییرات ظرفیتهای خازنی بین دو سیم پیچ در اثر جابجائی محوری قابل چشم پوشی می باشند.
– تغییرات توابع تبدیل در اثر تغییر شکل شعاعی عمدتاً از تغییرات ظرفیتها ناشی می شوند. در نظر گرفتن تغییرات اندوکتانسها در این حالت ضروری نمی باشند.
چشم پوشیهای فوق باعث کاهش قابل ملاحظه ای در زمان محاسباتی می شوند و اعمال آنها در پایش ترانسفورماتورها مفید است.
فهرست مطالب:
چکیده ............................................................................................................................................... 1
مقدمه.................................................................................................................................................... 5
-1 کلیات............................................................................................................................................ 5
-1-1 پیشینه موضوع.................................................................................................................................................. 5
-2-1 وضعیت کنونی موضوع.................................................................................................................................... 7
-3-1 هدف پروژه...................................................................................................................................................... 9
-2 مفاهیم کلی عیبیابی وحفاظت ترانسفورماتورها ....................................................................... 12
-1-2 اهداف کلی پایش ترانسفورماتور ها ............................................................................................................. 13
-2-2 ساختار کلی سیستم پایش............................................................................................................................. 14
-3-2 روشهای مختلف تشخیص عیب ................................................................................................................. 21
-4-2 عیوب مرسوم در ترانسفور ماتور ها ............................................................................................................. 22
-3 اصول و مبانی روش آنالیز پاسخ فرکانسی.................................................................................. 25
-1-3 روشهای مختلف شناسائی عیوب مکانیکی ................................................................................................. 26
-2-3 تئوری روش آنایز پاسخ فرکانسی ............................................................................................................... 27
-3-3 روش اندازه گیری در ترانسفورماتورها...................................................................................................... 28
-1-3-3 روش جاروی فرکانسی .................................................................................................................... 30
-2-3-3 روش ولتاژ ضربه .............................................................................................................................. 31
-3-3-3 مزایا و معایب روش جاروی فرکانسی و ولتاژ ضربه ....................................................................... 31
-4-3 انواع روشها برای مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیریها............................................................................... 32
-5-3 مراحل پیشرفت روش تابع تبدیل برای پایش ترانسفورماتورها................................................................... 36
-1-5-3 تابع تبدیل برای آزمایش ترانسفورماتورهای بزرگ .......................................................................... 36
-2-5-3 تابع تبدیل برای پایش........................................................................................................................ 38
-1-2-5-3 تابع تبدیل برای پایش به صورت همزمان با بهر هبرداری و در حالت خروج از مدار................... 39
-2-2-5-3 تابع تبدیل به عنوان یک روش تشخیص عیب مقایسه ای............................................................. 39
41 .......................................................................................... FRA -6-3 عوامل کلیذی موثر بر اندازه گیری های
-1-6 تاثیر مقدار امپدانس موازی ................................................................................................................ 41 -3
-2-6 تاثیر بو شینگهای فشار قوی .............................................................................................................. 43 -3
-3-6 تاثیر اتصال نقطه خنثی سیم پیچ فشار قوی ...................................................................................... 44 -3
-4-6 تاثیر سیمهای رابط اندازه گیری ....................................................................................................... 45 -3
-7 دقت پردازش سیگنال در روش زمانی ........................................................................................................ 47 -3
-1-7 فرکانس نمونه برداری ....................................................................................................................... 47 -3
-2-7 مدت زمان نمونه برداری ................................................................................................................... 48 -3
-3-7 تبدیل آنالوگ به دیجیتال ................................................................................................................... 50 -3
-4 انواع روشهای مدلسازی ترانسفورماتورها................................................................................... 51
-1 روشهای مدلسازی جعبه سیاه....................................................................................................................... 52 -4
-2 بررسی روشهای مدلسازی فیزیکی............................................................................................................... 53 -4
-1-2 مدل خط انتقال چند فازه.................................................................................................................... 54 -4
-2-2 مدل مشروح ....................................................................................................................................... 55 -4
-1-2-2 مدلسازی براساس اندوکتانسهای خودی و متقابل ......................................................................... 56 -4
-3 مدل هایبرید ................................................................................................................................................. 62 -4
-4 انتخاب مدل مناسب برای مانیتورینگ.......................................................................................................... 63 -4
-5 مدل فرکانس بالای سیم پیچ ترانسفور ماتور................................................................................ 65
-1 مدل ترانسفور ماتوربر پایه ساختار فیزیکی سیم پیچ ................................................................................... 66 -5
-2 مدل مشروح ترانسفور ماتور........................................................................................................................ 68 -5
-1-2 محاسبه ظرفیتهای الکتریکی ............................................................................................................... 69 -5
-1-1-2 تخمین ظرفیت طولی یک سیم پیچ بشقابی واژگون ....................................................................... 71 -5
-2-1-2 تخمین ظرفیت الکتریکی بین دو سیم پیچ و یا بین یک سیم پیچ و زمین ....................................... 74 -5
-2-2 محاسبة اندوکتانسهای خودی و متقابل............................................................................................... 75 -5
-1-2-2 محاسبة اندوکتانس متقابل ............................................................................................................. 76 -5
-2-2-2 محاسبة اندوکتانس خودی............................................................................................................. 77 -5
-3-2 محاسبة مقاومت های عایقی موازی..................................................................................................... 78 -5
-4-2-5 محاسبة مقاومت های اهمی سری....................................................................... 79
عنوان مطالب شماره صفحه
فهرست مطالب
-6 نتایج شبیه سازی انواع عیوب ترانسفور ماتور............................................................................... 81
-1 بررسی جابجائی محوری سیم پیچها نسبت بهم........................................................................................... 83 -6
-2 نتایج آنالیز حساسیت توابع تبدیل نسبت به تغییر شکل شعاعی .................................................................. 88 -6
-3 تاثیر اتصال کوتاه بین حلقه ها روی پارمترهای مدل مشروح....................................................................... 92 -6
-7 تشخیص نوع عیوب ترانسفورماتوربه کمک شبکه عصبی .......................................................... 95
-1 استخراج ویژگیها.......................................................................................................................................... 97 -7
-2 شبکه های عصبی مصنوعی.......................................................................................................................... 98 -7
-1-2 ساختار شبکه های عصبی .................................................................................................................. 99 -7
-2-2 شبکه های عصبی پرسپترون چند لایه ............................................................................................ 100 -7
-3 بکار گیری شبکه عصبی جهت شناسائی نوع عیب ترانسفور ماتور........................................................... 102 -7
-8 نتیجه گیری و پیشنهادات ............................................................................................................ 108
منابع ................................................................................................................................................. 111
چکیده انگلیسی...........
پایان نامه ارشد برق تشخیص نوع عیب ترانسفور ماتورهای قدرت به روش آنالیز پاسخ فرکانسی با استفاده از شبکه عصبی
