مطالعه انواع خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای فوق توزیع و روشهای پیشگیری

مهندسی برق
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته برق و الکترونیک با عنوان مطالعه انواع خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای فوق توزیع و روشهای پیشگیری

نمونه موردی: علل سوختن ترانسفورماتورهای 66 كیلوولت شبكه برق استان فارس پیشگفتار گزارش حاضر، گزارش نهایی پایان نامه کارشناسی ارشد با مطالعه نمونه موردی "بررسی علل سوختن ترانسفورماتورهای 66 كیلوولت برق فارس" می‎باشد كه در آن به بررسی علل اصلی ایجاد خطا در ترانسفورماتور و منشاء ظهور آنها و روشهای پیشگیری پرداخته می‏شود.در روال انجام پروژه مدل‎سازیهای مربوط به حالت دائمی و گذرای ترانسفورماتور و سایر اجزای پست شامل CT، PT، برقگیر، كلید و سیستم زمین مورد بررسی دقیق قرار گرفته و بهترین مدلها ارائه شده است. در ادامه بر روی دو پست نمونه تل‎بیضاء و نورآباد شبیه‎سازی حالت گذرا انجام شده و با تغییر مقاومت زمین و مقدار انرژی صاعقه مربوط به آنها بر روی ترانسفورماتورهای مذكور مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن در گزارش "شبیه‎سازی و بررسی اجزای اصلی پست" ارائه گردیده است. در گزارش حاضر دلایل اصلی ایجاد خطا كه منشاء آنها داخلی یا خارجی می‎تواند باشد بررسی شده است. از طرف دیگر با توجه به اطلاعات مربوط به خطاهای ترانسفورماتورهای KV66، دلایل اصلی ایجاد خطاها استخراج و روشهای پیشگیرانه توضیح داده شده است (در فصل ششم گزارش حاضر) كه از این میان می‎توان به روشهای پیشگیرانه اصلی مونیتورینگ هیدروژن و آشكارسازی تخلیه جزئی اشاره نمود. کلمات کلیدی: ترانسفورماتور ترانسفورماتورهای فوق توزیع علل سوختن ترانسفورماتورهای 66 كیلو ولت خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای فوق توزیع خطاهای داخلی ترانسفورماتور همانطور كه ذكر شد اجزای اصلی تشكیل دهنده یك ترانسفورماتور عبارتند از: مدارات مغناطیسی، سیم پیچ های اولیه و ثانویه، خنك كننده ها، عایق كاری، تجهیزات تپ چنجر كه هركدام از این قسمت ها ممكن است درمعرض خرابی قرارگرفته و خطاهای كلی یا جزئی در ترانسفورماتور ایجاد نمایند.بررسی دقیق عوامل عمده خطا در داخل ترانسفورماتور و تاثیر این خطاها بركاركرد آن امكان خوبی برای ارائه روش های جلوگیری از این خطاها را بوجود خواهد آورد. عوامل عمده ایجاد كننده خطاهای داخل ترانسفورماتور را می توان به صورت زیر خلاصه نمود: الف) اشكالات در اجزا تشكیل دهنده مدارهای مغناطیسی ترانسفورماتو شامل هسته، یوغ ها و نگهدارنده ها ب ) اشكالات بوجود آمده در سیم پیچ ها شامل كویل ها، عایق كاری های سیم پیچ ها و ترمینال ها ج ) اشكالات در عایق های ترانسفورماتور شامل روغن، كاغذ و عایق كاری كل د ) اشكالات ساختاری فهرست مطالب پیشگفتار 2 مقدمه 1 فصل اول:انواع خطاهای داخلی ترانسفورماتور و روش‎های جلوگیری از آنها 1- خطاهای داخلی ترانسفورماتور 5 1-2- اشكالات در مدارت مغناطیسی ترانسفورماتور 6 1-2-1-اثر جریان های گردابی ناخواسته 6 1-2-2-وجود ذرات كوچك هادی 6 1-2-3-عدم متعادل شدن نقطه خنثی ترانسفورماتور 7 1-2-4-اثر هارمونیك ها در افزایش تلفات ترانسفورماتور 7 1-3- اشكالات بوجود آمده در سیم پیچ ها شامل كویل ها، عایق كاری های سیم پیچ ها و ترمینالها 8 1-3-1-اتصال كوتاه در سیم پیچ ها ناشی از محكم نبودن آنها 8 1-3-2-عدم خشك كردن كامل ترانسفورماتور 9 1-3-3-اتصالات بد بین سیم پیچ ها 10 1-3-4-نیروهای الكترودینامیكی ناشی از اتصال كوتاه 10 1-4- اشكالات در عایقهای ترانسفورماتور شامل روغن، كاغذ و عایقكاری كلی 27 1-4-2- اشكالات ناشی از ضعف عایقی كاغذ و عایقكاری كلی ترانسفورماتور 29 1-5- اشكالات ساختاری 30 فصل دوم:انواع خطاهای محیطی موثر بر عملكرد خارج ترانسفورماتور و روشهای جلوگیری از آنها 2-1- مقدمه 33 2-2-خطاهای الكتریكی خارج ترانسفورماتور 34 2-2-1-صاعقه (Lightning) 34 2-استفاده از عایق غیرهمگن 41 2-2-2- اضافه ولتاژهای ناشی از قطع و وصل (كلیدزنی) 43 2-2-3- اضافه ولتاژهای ناشی از رزونانس 48 2-2-4- فرورزونانس در خطوط انتقال انرژی ولتاژ بالا 49 2-2-5- اضافه ولتاژهای موقت 49 2-2-6- جریان هجومی در ترانسفورماتورها 51 2-2-7- اتصال نادرست ترانسفورماتور و تپ چنجر 57 2-2-8- خطاهای ناشی از اضافه بار 58 2-3- خطاهای مكانیكی 59 2-3-1- اتصالات سخت لوله-شمش در پستها 59 2-3-2- در نظر نگرفتن اثرات زلزله، سیل و طوفان بر روی فونداسیون‎ها و تجهیزات پست 62 2-3-3- حمل و نقل غیر صحیح ترانسفورماتورها 63 2-3-4- نبود حفاظتهای جلوگیری كننده از ورود حیوانات 63 2-4- خطاهای شیمیایی 65 2-4-1- زنگ‎زدگی بدنه ترانسفورماتور 65 2-4-2- فرسودگی بیش از حد ترانسفورماتور به علت عدم سرویس به موقع 65 فصل سوم:نقش كیفیت و كاغذ ترانسفورماتور در جلوگیری از بروز خطا 3-1- مقدمه 67 3-2- مشخصات مورد انتظار روغن ترانسفورماتور 67 3-3- نقش كاغذ در ترانسفورماتور 68 3-4- تاثیر رطوبت در خواص عایقی كاغذ 69 3-5- اثر رطوبت در روغن ترانسفورماتور 70 3-6- راههای ورود رطوبت به ترانسفورماتور و جلوگیری از آن 70 3-7- تاثیرات مخرب تضعیف مواد عایقی ترانسفورماتور 72 3-8- برنامه آزمایشهای روغن ترانسفورماتور 73 3-8-1- آزمایش روغن قبل از پركردن ترانسفورماتور با آن 75 3-8-2- آزمایش روغن بعد از پر كردن ترانسفورماتور 76 3-8-3- آزمایش دوره ای روغن 77 3-9- تصفیه روغن ترانسفورماتور 78 3-9-1- تصفیه فیزیكی روغن ترانسفورماتور 78 3-9-2- تصفیه فیزیكی – شیمیایی روغن ترانسفورماتور 78 3-10- شرایط نمونه برداری روغن ترانسفورماتور 80 فصل چهارم:استفاده از گاز كروماتوگرافی به منظور تعیین نوع خطای ایجاد شده در داخل ترانسفورماتور 4-1- مقدمه 82 4-2- ایجاد گاز در ترانسفورماتور 82 4-2-1- ایجاد قوس الكتریكی با انرژی زیاد در داخل روغن 83 4-2-2- ایجاد قوس الكتریكی با انرژی كم در داخل روغن 83 4-2-3- گرمای بیش از حد در محلهای به خصوص 83 4-2-4- تخلیه كرونا در داخل روغن ترانسفورماتور 83 4-2-5- تجزیه عایق ترانسفورماتور در اثر گرما 84 4-3- حلالیت گازها در روغن ترانسفورماتور 84 4-4- مقادیر مورد نیاز برای آنالیز گازها 84 4-5- مراحل آزمایش روش گاز كروماتوگرافی جهت مشخص كردن نوع خطا 86 4-6- حلالیت گازها در روغن ترانسفورماتور 88 4-7- خرابی عایق سلولزی ترانسفورماتور (كاغذ ترانسفورماتور) 88 4-7-1- امتحان غلظت و حل شده در روغن 88 4-7-2- امتحان غلظت Co2 و Co در گازهای آزاد بدست آمده از رله های جمع آوری گاز 88 4-8- كاربرد روش تحلیلی در گازهای آزاد درون رله های جمع آوری گاز 88 4-9- محاسبه غلظتهای گاز حل شده معادل در روغن ترانسفورماتور با غلظتهای گاز آزاد 88 4-10- روش تشخیص خطا با استفاده ازگازهای حل شده و حل نشده در روغن ترانسفورماتور 88 4-10-1- تعیین نرخ رشد گازها 88 4-10-2- ارائه فلوچارت تصمیم گیری 88 4-10-3- تعیین زمانهای آزمایش گاز كروماتوگرافی روغن 88 4-10-4- تشخیص نوع خطا با استفاده از گازهای متصاعد شده 88 4-10-5- تشخیص نوع خطا با استفاده از نسبت گازهای متصاعد شده 88 فصل پنجم:روشهای شناسایی محل خطا در ترانسفورماتور 89 5-1- روشهای غیر الكتریك تعیین خطا 88 5-1-1- طبیعت صوت 88 5-2-2- انواع سیستمهای آكوستیكی 88 5-3- روشهای الكتریكی تعیین محل خطا 88 5-3-1- مانیتورینگ وضعیت ترانسفورماتور در حال كار با استفاده از روش آزمون ضربه ولتاژ پایین LVI 88 5-3-2- عیب یابی ترانسفورماتور‏های قدرت با استفاده از روش تابع انتقال 88 عیب یابی در محل 88 5-3-3- روش آشكار سازی بر اساس تخلیه جزئی 88 سیستم GULSKI AND KREUGER 88 -آنالیز با استفاده از روش مونت كارلو یا سیستم HIKITA 88 فصل ششم:خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای KV 66 برق فارس 6- خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای 66 كیلوولت برق فارس……………………144 مقدمه : آشنایی با صنعت برق در استان فارس تا سال 1378 88 6-1- آمار حوادث منجر به ایجاد خطا و یا خروج ترانسفورماتور از شبكه……………… ضمیمه 1 88 ضمیمه 2…………………………………………………………………....235 فهرست اشكال شكل (1-1): خطا در نگهدارنده فلزی سیم پیچ به واسطه اتصال كوتاه درونی 8 شكل (1-2):خرابی پایین سیم پیچ فشار ضعیف بواسطه ورود رطوبت 9 جدول (1-1): مقادیر ضریب  14 شكل (1-3): ضریب پیك جریان اتصال كوتاه 16 شكل (1-4): اثر نیروهای اتصال كوتاه بر سیم پیچ متقارن 17 شكل (1-5): تغییر شكل حلقه های درونی و تعداد جدا كننده ها 20 شكل (1-6): تاثیر نیروی اتصال كوتاه بر سیم پیچ غیر متقارن 24 شكل (1-6): تغییر شكل در اثر تنش فشاری 25 شكل (1-7): تغییر شكل توسعه یافته در طول سیم پیچ 26 شكل (1-8): كج شدن هادیهای سیم پیچی در اثر نیروی محوری 26 شكل (1-9): تاثیرات اتصال كوتاه خارجی روی سیم پیچ 27 شكل (2-1)-شكل موج استاندارد ضربه صاعقه 37 شكل (2-2): مدار معادل ترانسفورماتور هنگام برخورد ضربه صاعقه 38 شكل (2-3): توزیع ولتاژ ضربه بر حسب های مختلف 40 شكل (2-4): شیلد الكترواستاتیك برای یكنواخت كردن توزیع ولتاژ 41 شكل (2-5): توزیع ولتاژ در ترانسفورماتور بر حسب زمان پیشانی موج ضربه 41 شكل (2-6): شكل موج ضربه اصابت شده 42 شكل (2-7): شكل موج ضربه استاندارد قطع و وصل 44 شكل (2-8): قطع جریان توسط كلید در بارهای اندوكتیو كم 46 شكل (2-9): منحنی شارهای مغناطیسی در هسته 54 شكل (2-10)-منحنی مغناطیسی هسته 55 شكل (2-11): دمای نقاط ترانسفورماتور بر حسب دمای محیط 59 شكل (2-12): یك نمونه از اتصالات لوله‎ا‎ی ترانسفورماتور 60 شكل (2-13): اتصالات اصلاحی لوله 61 شكل (2-14): شكل مناسبی از اتصالات لوله به همراه سیم 62 شكل (2-15)-نصب عایق بر روی شینه‎ها در پست 64 شكل (3-1) : رابطه درجه پلیمریزاسیون با طول عمر كاغذ 71 فرسودگی حالت ایده آل 71 عمر طبیعی 71 شكل (3-2) : تاثیر عمل استخراج آب و اسید از روغن ترانسفورماتور بر طول عمر كاغذ 72 فرسودگی حالت ایده ال 72 عمر طبیعی 72 شكل (4-2) : فلوچارت تعیین نوع خطا با استفاده از گازهای حل شده و حل نشده در روغن 88 شكل (4-3) : شناسایی نوع خطا با توجه به گازهای متصاعد شده 88 شكل (4-4) : فلوچارت روش تشخیص خطا به روش DOERNENBURG 88 شكل (4-5) : فلوچارت روش تشخیص خطا به روش ROGER 88 شكل (5-1)-مسیر انتشار صوت 88 شكل (5-2)-معادل شدت صوت و مدار الكتریكی 88 شكل (5-3)-مدار میكروفون خازنی 88 شكل (5-4): مكان یابی منشا پالسهای فراصوتی در هوا به وسیله یك میكروفن فراصوتی 88 شكل(5-5): مكان یابی نستباً دقیق تخلیه جزیی با استفاده از یك هدایتگر ساده موج 88 شكل (5-6): فرم شماتیكی از سیتم مكان یاب صوتی پالسهای تخلیه جزئی 88 شكل (5-7): نشكل شماتیك مدار أشكار ساز صوتی تخلیه جزئی در روغن ترانسفورماتور 88 شكل (5-8): ولتاژ و جریان نمونه ضبط شده 88 شكل (5-9)-اندازه‎گیری ادمیتانس بر روی ترانسفورماتور سه فاز 88 شكل (5-10): مقایسه اندازه‎گیری ادمیتانس توسط اندازه‎گیری مستقیم ولتاژ در C-TAP 88 شكل (5-11): مدل دو قطبی در نظر گرفته شده برای ترانسفورماتور 88 شكل (5-12): عیب یابی در محل برای ترانسفورماتورهای قدرت 88 شكل (5-13): ارزیابی آزمون اتصال كوتاه یك ترانسفورماتور MVA125 با روش تابع تبدیل 88 شكل (5-14): تابع تبدیل دو ترانسفورماتور مشابه MVA125 88 شكل (5-15): استفاده از خواص تقارنی در ترانسفورماتور قدرت MVA125 88 شكل (5-16): شبیه سازی تجربی تغییر شكل شعاعی سیم پیچی تپ ترانسفورماتور MVA200 88 شكل (5-17): شبیه سازی تجربی انتقال محوری دو سیم پیچ استوانه‎ا‎ی 88 شكل (5-18 ): مدار اصلی آشكار سازی الكتریكی تخلیه جزیی 88 شكل (5-19 ): نحوه قرار گرفتن امپدانس آشكار ساز 88 شكل (5-20)- اجزاء مدار آشكار ساز مستقیم تخلیه جزئی 88 شكل (5-21)-بلوك دیاگرام قسمت آنالوگ 88 شكل (5-22)- بلوك دیاگرام مدار دنبال كننده پالس (PTC) 88 شكل (5-23)-. تجهیزات اندازه گیریهای توزیع دامنه تخلیه جزئی 88 شكل (5-24)- بلوك دیاگرام قسمت دیجیتال 88 شكل (5-25) مدار استفاده شده در سیستم GULSKI 88 مشخصه های و برای یك حفره دایروی 88 مشخصه های و برای یك حفره در تماس الكترود 88 مشخصه های و برای یك حفره باریك 88 مشخصه های و برای حفره های چند گانه 88 مشخصه های و برای یك حفره مسطح 88 شكل (5-26)- مشخصه تخلیه جزئی اندازه‎گیری شده 88 مشخصه های و برای تخلیه سطحی در هوا 88 مشخصه های و برای تریینگ روی یك هادی 88 مشخصه های و برای یك حفره به همراه تریینگ 88 شكل (5-26)-مشخصه‎های تخلیه جزئی اندازه‎گیری شده (ادامه) 88 شكل (5-27)- مدار تست برای اندازه گیریهای تخلیه جزئی در سیستم مونت كارلو 88 شكل (5-28)- سنسور خازنی در داخل باس داكت 88 شكل (6-1): روند گسترش ظرفیت ایستگاه های فوق توزیع 88 شكل (6-2): تولید انرژی برق به تفكیك مناطق در سال 1378 88 شكل (6-3): تبادل انرژی شركت های برق منطقه ای در سال 1378 88 شكل (6-4): تعداد و ظرفیت ترانس های كل كشور به تفكیك ولتاژ در پایان سال 1378 88 شكل (1): گازهای تشكیل شده ناشی از تجزیه روغن ترانس 88 ضمیمه 2 ……………………………………………………….……………… شكل (1): گازهای تشكیل شده ناشی از تجزیه روغن ترانس………………………………169 شكل (2): فلوچارت روند عملكرد به منظور تعیین وضعیت ترانس 88 شكل (3): ارزیابی گازهای كلیدی 88 شكل (4): فلوچارت روش DOERNENBERG 88 شكل (7): فلوچارت روش ROGERS 88 شكل(6):مثلث DURVALبه منظور تعیین نوع خطا 88 شكل (7): آشكارساز هیدروژن موجود در روغن 88 شكل(8):اصول كار سنسورهیدران 88 شكل (9): شمایی دیگر از اصول كار سنسور هیدران 88 شكل (10): افزایش ناگهانی هیدروژن در ترانس MVA370 و KV230/735 88 شكل (11):مقدار هیدروژن در یك رآكتور شانت KV735 88 شكل (12): نرخ افزایش هیدروژن در ترانس KV8/13/500 88 شكل (13): تغییر هیدروژن در ترانس KV4/21 و MVA300 88 شكل (14): نمونه‌برداری از گاز با سرنگ 88 شكل (15): نمونه‌برداری از گازهای آزاد به روش جابجایی روغن 88 شكل (17): نمونه‌برداری از روغن با سرنگ 88 2شكل (18): اولین روش آماده‌سازی استاندارد گاز 88 شكل (20): نمونه‌ای از دستگاه STRIPPER 88 شكل (22): محل‌های نصب سنسور هیدران 88 شكل (23): نحوه نصب سنسور هیدران 88 ضمیمه 1………………………………………………………………………… شكل (1): رله‎گذاری دیفرانسیلی درصدی برای حفاظت ترانسفورماتور 88 شكل (2): حفاظت دیفرانسیلی یك ترانسفورماتور 88 شكل (3): حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور سه پیچه 88 شكل (4): ساختمان داخلی رله بوخهولتز 88 شكل (5): نحوه اتصال رله جریان زیاد زمین 88 شكل(7): رله توی‏بر 88 شكل (8): انواع برقگیرهای اكسید روی 88 فهرست جداول جدول (3-1) آزمایشات و مشخصات مطلوب روغن قبل از پر كردن ترانسفورماتور با آن 76 جدول (3-2) : آزمایشهای اضافی روی روغن قبل از برقدار كردن ترانسفورماتور 76 جدول (3-3) : حد مشخصات روغن برای انجام تصفیه فیزیكی 77 جدول (3-4) : حد مشخصات روغن برای انجام تصفیه فیزیكی – شیمیایی 79 جدول (4-1) : گازهای تولید شده در روغن ترانسفورماتور در اثر معایب مختلف 88 جدول (4-2) : تعیین نوع عیب حرارتی یا الكتریكی براساس نسبت گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتور 88 جدول (4-3) : تعیین بهتر و مشخص تر نوع عیب براساس نسبت گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتور 88 جدول (4-4) : حلالیت گازهای متفاوت در یك نوع روغن ترانسفورماتور 88 جدول (4-5) : ضرایب استوالد در 20 و 50 88 جدول (4-6) : غلظت گازهای حل شده در روغن 88 جدول (4-7) : نوع عملكرد در رابطه با نتایج آزمایش TCG 88 جدول (4-8) : نوع عملكرد در رابطه با نتایج آزمایش TDCG 88 جدول (4-9) : حد نرمال گازهای حل شده در روغن* 88 جدول (4-10) : روش تشخیص نوع خطا با استفاده از نسبت گازها به روش DOERNENBURG 88 جدول (4-11) : روش تشخیص نوع خطا با استفاده از نسبت گازها به روش ROGER 88 ضمیمه 1: ……………………………………………………………………………………… جدول (1):تجمع گازهای حل شده درون روغن 88 جدول (2):دوره‌های نمونه‌برداری برحسب سطوح TCG 88 جدول (3):دوره‌های نمونه‌برداری بر حسب سطوح مختلف TDCG 88 جدول (4):مجمع گازهای حل شده درون روغن 88 جدول (5):نسبت گازهای كلیدی در روش DOERNENBERG 88 جدول (6):نسبت گازهای كلیدی در روش ROGERS 88 جدول (7):نسبت ROGRES با جزئیات بیشتر نقاط داغ 88 جدول (8):سطوح قابل قبول گازها برحسب عمرترانس 88 جدول (9):سطوح قابل قبول گازها برحسب نوع ترانس 88 جدول (10):سطوح خطرناك گازها برحسب نوع خطا 88 جدول (11):مقادیر خطرناك اتیلن بر حسب نسبت CO2/CO 88 جدول (12):ضرایب حلالیت برای روغن نمونه 88 جدول(13):حدود مجاز به منظور آشكارسازی 88 جدول(14):صحت مقادیر گازها 88