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 کیلوولت شبکه برق استان فارس
پیشگفتار
گزارش
حاضر، گزارش نهایی پایان نامه کارشناسی ارشد با مطالعه نمونه موردی "بررسی
علل سوختن ترانسفورماتورهای 66 کیلوولت برق فارس" میباشد که 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، کلید 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 مذکور 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 که 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) که از این میان میتوان به
روشهای پیشگیرانه اصلی مونیتورینگ هیدروژن و آشکارسازی تخلیه جزئی اشاره
نمود.
کلمات کلیدی:
ترانسفورماتور
ترانسفورماتورهای فوق توزیع
علل سوختن ترانسفورماتورهای 66 کیلو ولت
خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای فوق توزیع
خطاهای داخلی ترانسفورماتور
همانطور
که ذکر شد اجزای اصلی تشکیل دهنده یک ترانسفورماتور عبارتند از: مدارات
مغناطیسی، سیم پیچ های اولیه و ثانویه، خنک کننده ها، عایق کاری، تجهیزات
تپ چنجر که هرکدام از این قسمت ها ممکن است درمعرض خرابی قرارگرفته و
خطاهای کلی یا جزئی در ترانسفورماتور ایجاد نمایند.بررسی دقیق عوامل عمده
خطا در داخل ترانسفورماتور و تاثیر این خطاها برکارکرد آن امکان خوبی برای
ارائه روش های جلوگیری از این خطاها را بوجود خواهد آورد. عوامل عمده ایجاد
کننده خطاهای داخل ترانسفورماتور را می توان به صورت زیر خلاصه نمود:
الف) اشکالات در اجزا تشکیل دهنده مدارهای مغناطیسی ترانسفورماتو شامل هسته، یوغ ها و نگهدارنده ها
ب ) اشکالات بوجود آمده در سیم پیچ ها شامل کویل ها، عایق کاری های سیم پیچ ها و ترمینال ها
ج ) اشکالات در عایق های ترانسفورماتور شامل روغن، کاغذ و عایق کاری کل
د ) اشکالات 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- اشکالات در مدارت مغناطیسی ترانسفورماتور 6
1-2-1-اثر جریان های گردابی ناخواسته 6
1-2-2-وجود ذرات کوچک هادی 6
1-2-3-عدم متعادل شدن نقطه خنثی ترانسفورماتور 7
1-2-4-اثر هارمونیک ها در افزایش تلفات ترانسفورماتور 7
1-3- اشکالات بوجود آمده در سیم پیچ ها شامل کویل ها، عایق کاری های سیم پیچ ها و ترمینالها 8
1-3-1-اتصال کوتاه در سیم پیچ ها ناشی از محکم نبودن آنها 8
1-3-2-عدم خشک کردن کامل ترانسفورماتور 9
1-3-3-اتصالات بد بین سیم پیچ ها 10
1-3-4-نیروهای الکترودینامیکی ناشی از اتصال کوتاه 10
1-4- اشکالات در عایقهای ترانسفورماتور شامل روغن، کاغذ و عایقکاری کلی 27
1-4-2- اشکالات ناشی از ضعف عایقی کاغذ و عایقکاری کلی ترانسفورماتور 29
1-5- اشکالات ساختاری 30
فصل دوم:انواع خطاهای محیطی موثر بر عملکرد خارج ترانسفورماتور
و روشهای جلوگیری از آنها
2-1- مقدمه 33
2-2-خطاهای الکتریکی 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 (کلیدزنی) 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 مکانیکی 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 کننده 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 کیفیت و کاغذ ترانسفورماتور در جلوگیری از بروز خطا
3-1- مقدمه 67
3-2- مشخصات مورد انتظار روغن ترانسفورماتور 67
3-3- نقش کاغذ در ترانسفورماتور 68
3-4- تاثیر رطوبت در خواص عایقی کاغذ 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 پرکردن ترانسفورماتور با آن 75
3-8-2- آزمایش روغن بعد از پر کردن ترانسفورماتور 76
3-8-3- آزمایش دوره ای روغن 77
3-9- تصفیه روغن ترانسفورماتور 78
3-9-1- تصفیه فیزیکی روغن ترانسفورماتور 78
3-9-2- تصفیه فیزیکی – شیمیایی روغن ترانسفورماتور 78
3-10- شرایط نمونه برداری روغن ترانسفورماتور 80
فصل چهارم:استفاده از گاز کروماتوگرافی 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 الکتریکی با انرژی زیاد در داخل روغن 83
4-2-2- ایجاد قوس الکتریکی با انرژی کم در داخل روغن 83
4-2-3- گرمای بیش از حد در محلهای به خصوص 83
4-2-4- تخلیه کرونا 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 کروماتوگرافی جهت مشخص کردن نوع خطا 86
4-6- حلالیت گازها در روغن ترانسفورماتور 88
4-7- خرابی عایق سلولزی ترانسفورماتور (کاغذ 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- کاربرد 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 کروماتوگرافی 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 الکتریک تعیین خطا 88
5-1-1- طبیعت صوت 88
5-2-2- انواع سیستمهای آکوستیکی 88
5-3- روشهای الکتریکی تعیین محل خطا 88
5-3-1- مانیتورینگ وضعیت ترانسفورماتور در حال کار 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 آشکار سازی بر اساس تخلیه جزئی 88
سیستم GULSKI AND KREUGER 88
-آنالیز با استفاده از روش مونت کارلو یا سیستم HIKITA 88
فصل ششم:خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای KV 66 برق فارس
6- خطاهای بوجود آمده در ترانسفورماتورهای 66 کیلوولت 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 شبکه………………
ضمیمه 1 88
ضمیمه 2…………………………………………………………………....235
فهرست اشکال
شکل (1-1): خطا در نگهدارنده فلزی سیم پیچ به واسطه اتصال کوتاه درونی 8
شکل (1-2):خرابی پایین سیم پیچ فشار ضعیف بواسطه ورود رطوبت 9
جدول (1-1): مقادیر ضریب 14
شکل (1-3): ضریب پیک جریان اتصال کوتاه 16
شکل (1-4): اثر نیروهای اتصال کوتاه بر سیم پیچ متقارن 17
شکل (1-5): تغییر شکل حلقه های درونی و تعداد جدا کننده ها 20
شکل (1-6): تاثیر نیروی اتصال کوتاه بر سیم پیچ غیر متقارن 24
شکل (1-6): تغییر شکل در اثر تنش فشاری 25
شکل (1-7): تغییر شکل توسعه یافته در طول سیم پیچ 26
شکل (1-8): کج شدن هادیهای سیم پیچی در اثر نیروی محوری 26
شکل (1-9): تاثیرات اتصال کوتاه خارجی روی سیم پیچ 27
شکل (2-1)-شکل موج استاندارد ضربه صاعقه 37
شکل (2-2): مدار معادل ترانسفورماتور هنگام برخورد ضربه صاعقه 38
شکل (2-3): توزیع ولتاژ ضربه بر حسب های مختلف 40
شکل (2-4): شیلد الکترواستاتیک برای یکنواخت کردن توزیع ولتاژ 41
شکل (2-5): توزیع ولتاژ در ترانسفورماتور بر حسب زمان پیشانی موج ضربه 41
شکل (2-6): شکل موج ضربه اصابت شده 42
شکل (2-7): شکل موج ضربه استاندارد قطع و وصل 44
شکل (2-8): قطع جریان توسط کلید در بارهای اندوکتیو کم 46
شکل (2-9): منحنی شارهای مغناطیسی در هسته 54
شکل (2-10)-منحنی مغناطیسی هسته 55
شکل (2-11): دمای نقاط ترانسفورماتور بر حسب دمای محیط 59
شکل (2-12): یک نمونه از اتصالات لولهای ترانسفورماتور 60
شکل (2-13): اتصالات اصلاحی لوله 61
شکل (2-14): شکل مناسبی از اتصالات لوله به همراه سیم 62
شکل (2-15)-نصب عایق بر روی شینهها در پست 64
شکل (3-1) : رابطه درجه پلیمریزاسیون با طول عمر کاغذ 71
فرسودگی حالت ایده آل 71
عمر طبیعی 71
شکل (3-2) : تاثیر عمل استخراج آب و اسید از روغن ترانسفورماتور بر طول عمر کاغذ 72
فرسودگی حالت ایده ال 72
عمر طبیعی 72
شکل (4-2) : فلوچارت تعیین نوع خطا با استفاده از گازهای حل شده و حل نشده در روغن 88
شکل (4-3) : شناسایی نوع خطا با توجه به گازهای متصاعد شده 88
شکل (4-4) : فلوچارت روش تشخیص خطا به روش DOERNENBURG 88
شکل (4-5) : فلوچارت روش تشخیص خطا به روش ROGER 88
شکل (5-1)-مسیر انتشار صوت 88
شکل (5-2)-معادل شدت صوت و مدار الکتریکی 88
شکل (5-3)-مدار میکروفون خازنی 88
شکل (5-4): مکان یابی منشا پالسهای فراصوتی در هوا به وسیله یک میکروفن فراصوتی 88
شکل(5-5): مکان یابی نستباً دقیق تخلیه جزیی با استفاده از یک هدایتگر ساده موج 88
شکل (5-6): فرم شماتیکی از سیتم مکان یاب صوتی پالسهای تخلیه جزئی 88
شکل (5-7): نشکل شماتیک مدار أشکار ساز صوتی تخلیه جزئی در روغن ترانسفورماتور 88
شکل (5-8): ولتاژ و جریان نمونه ضبط شده 88
شکل (5-9)-اندازهگیری ادمیتانس بر روی ترانسفورماتور سه فاز 88
شکل (5-10): مقایسه اندازهگیری ادمیتانس توسط اندازهگیری مستقیم ولتاژ در C-TAP 88
شکل (5-11): مدل دو قطبی در نظر گرفته شده برای ترانسفورماتور 88
شکل (5-12): عیب یابی در محل برای ترانسفورماتورهای قدرت 88
شکل (5-13): ارزیابی آزمون اتصال کوتاه یک ترانسفورماتور MVA125 با روش تابع تبدیل 88
شکل (5-14): تابع تبدیل دو ترانسفورماتور مشابه MVA125 88
شکل (5-15): استفاده از خواص تقارنی در ترانسفورماتور قدرت MVA125 88
شکل (5-16): شبیه سازی تجربی تغییر شکل شعاعی سیم پیچی تپ ترانسفورماتور MVA200 88
شکل (5-17): شبیه سازی تجربی انتقال محوری دو سیم پیچ استوانهای 88
شکل (5-18 ): مدار اصلی آشکار سازی الکتریکی تخلیه جزیی 88
شکل (5-19 ): نحوه قرار گرفتن امپدانس آشکار ساز 88
شکل (5-20)- اجزاء مدار آشکار ساز مستقیم تخلیه جزئی 88
شکل (5-21)-بلوک دیاگرام قسمت آنالوگ 88
شکل (5-22)- بلوک دیاگرام مدار دنبال کننده پالس (PTC) 88
شکل (5-23)-. تجهیزات اندازه گیریهای توزیع دامنه تخلیه جزئی 88
شکل (5-24)- بلوک دیاگرام قسمت دیجیتال 88
شکل (5-25) مدار استفاده شده در سیستم GULSKI 88
مشخصه های و برای یک حفره دایروی 88
مشخصه های و برای یک حفره در تماس الکترود 88
مشخصه های و برای یک حفره باریک 88
مشخصه های و برای حفره های چند گانه 88
مشخصه های و برای یک حفره مسطح 88
شکل (5-26)- مشخصه تخلیه جزئی اندازهگیری شده 88
مشخصه های و برای تخلیه سطحی در هوا 88
مشخصه های و برای تریینگ روی یک هادی 88
مشخصه های و برای یک حفره به همراه تریینگ 88
شکل (5-26)-مشخصههای تخلیه جزئی اندازهگیری شده (ادامه) 88
شکل (5-27)- مدار تست برای اندازه گیریهای تخلیه جزئی در سیستم مونت کارلو 88
شکل (5-28)- سنسور خازنی در داخل باس داکت 88
شکل (6-1): روند گسترش ظرفیت ایستگاه های فوق توزیع 88
شکل (6-2): تولید انرژی برق به تفکیک مناطق در سال 1378 88
شکل (6-3): تبادل انرژی شرکت های برق منطقه ای در سال 1378 88
شکل (6-4): تعداد و ظرفیت ترانس های کل کشور به تفکیک ولتاژ در پایان سال 1378 88
شکل (1): گازهای تشکیل شده ناشی از تجزیه روغن ترانس 88
ضمیمه 2 ……………………………………………………….………………
شکل (1): گازهای تشکیل شده ناشی از تجزیه روغن ترانس………………………………169
شکل (2): فلوچارت روند عملکرد به منظور تعیین وضعیت ترانس 88
شکل (3): ارزیابی گازهای کلیدی 88
شکل (4): فلوچارت روش DOERNENBERG 88
شکل (7): فلوچارت روش ROGERS 88
شکل(6):مثلث DURVALبه منظور تعیین نوع خطا 88
شکل (7): آشکارساز هیدروژن موجود در روغن 88
شکل(8):اصول کار سنسورهیدران 88
شکل (9): شمایی دیگر از اصول کار سنسور هیدران 88
شکل (10): افزایش ناگهانی هیدروژن در ترانس MVA370 و KV230/735 88
شکل (11):مقدار هیدروژن در یک رآکتور شانت KV735 88
شکل (12): نرخ افزایش هیدروژن در ترانس KV8/13/500 88
شکل (13): تغییر هیدروژن در ترانس KV4/21 و MVA300 88
شکل (14): نمونهبرداری از گاز با سرنگ 88
شکل (15): نمونهبرداری از گازهای آزاد به روش جابجایی روغن 88
شکل (17): نمونهبرداری از روغن با سرنگ 88
2شکل (18): اولین روش آمادهسازی استاندارد گاز 88
شکل (20): نمونهای از دستگاه STRIPPER 88
شکل (22): محلهای نصب سنسور هیدران 88
شکل (23): نحوه نصب سنسور هیدران 88
ضمیمه 1…………………………………………………………………………
شکل (1): رلهگذاری دیفرانسیلی درصدی برای حفاظت ترانسفورماتور 88
شکل (2): حفاظت دیفرانسیلی یک ترانسفورماتور 88
شکل (3): حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور سه پیچه 88
شکل (4): ساختمان داخلی رله بوخهولتز 88
شکل (5): نحوه اتصال رله جریان زیاد زمین 88
شکل(7): رله تویبر 88
شکل (8): انواع برقگیرهای اکسید روی 88
فهرست جداول
جدول (3-1) آزمایشات و مشخصات مطلوب روغن قبل از پر کردن ترانسفورماتور با آن 76
جدول (3-2) : آزمایشهای اضافی روی روغن قبل از برقدار کردن ترانسفورماتور 76
جدول (3-3) : حد مشخصات روغن برای انجام تصفیه فیزیکی 77
جدول (3-4) : حد مشخصات روغن برای انجام تصفیه فیزیکی – شیمیایی 79
جدول (4-1) : گازهای تولید شده در روغن ترانسفورماتور در اثر معایب مختلف 88
جدول (4-2) : تعیین نوع عیب حرارتی یا الکتریکی 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 یک 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 عملکرد در رابطه با نتایج آزمایش TCG 88
جدول (4-8) : نوع عملکرد 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 کلیدی در روش DOERNENBERG 88
جدول (6):نسبت گازهای کلیدی 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 خطرناک گازها برحسب نوع خطا 88
جدول (11):مقادیر خطرناک اتیلن بر حسب نسبت CO2/CO 88
جدول (12):ضرایب حلالیت برای روغن نمونه 88
جدول(13):حدود مجاز به منظور آشکارسازی 88
جدول(14):صحت مقادیر گازها 88
