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
پیشگفتار2
مقدمه1
فصل اول:انواع خطاهای داخلی ترانسفورماتور و روشهای جلوگیری از آنها
1- خطاهای داخلی ترانسفورماتور5
1-2- اشكالات در مدارت مغناطیسی ترانسفورماتور6
1-2-1-اثر جریان های گردابی ناخواسته6
1-2-2-وجود ذرات كوچك هادی6
1-2-3-عدم متعادل شدن نقطه خنثی ترانسفورماتور7
1-2-4-اثر هارمونیك ها در افزایش تلفات ترانسفورماتور7
1-3- اشكالات بوجود آمده در سیم پیچ ها شامل كویل ها، عایق كاری های سیم پیچ ها و ترمینالها8
1-3-1-اتصال كوتاه در سیم پیچ ها ناشی از محكم نبودن آنها8
1-3-2-عدم خشك كردن كامل ترانسفورماتور9
1-3-3-اتصالات بد بین سیم پیچ ها10
1-3-4-نیروهای الكترودینامیكی ناشی از اتصال كوتاه10
1-4- اشكالات در عایقهای ترانسفورماتور شامل روغن، كاغذ و عایقكاری كلی27
1-4-2- اشكالات ناشی از ضعف عایقی كاغذ و عایقكاری كلی ترانسفورماتور29
1-5- اشكالات ساختاری30
فصل دوم:انواع خطاهای محیطی موثر بر عملكرد خارج ترانسفورماتور
و روشهای جلوگیری از آنها
2-1- مقدمه33
2-2-خطاهای الكتریكی خارج ترانسفورماتور34
2-2-1-صاعقه (Lightning)34
2-استفاده از عایق غیرهمگن41
2-2-2- اضافه ولتاژهای ناشی از قطع و وصل (كلیدزنی)43
2-2-3- اضافه ولتاژهای ناشی از رزونانس48
2-2-4- فرورزونانس در خطوط انتقال انرژی ولتاژ بالا49
2-2-5- اضافه ولتاژهای موقت49
2-2-6- جریان هجومی در ترانسفورماتورها51
2-2-7- اتصال نادرست ترانسفورماتور و تپ چنجر57
2-2-8- خطاهای ناشی از اضافه بار58
2-3- خطاهای مكانیكی59
2-3-1- اتصالات سخت لوله-شمش در پستها59
2-3-2- در نظر نگرفتن اثرات زلزله، سیل و طوفان بر روی فونداسیونها و تجهیزات پست62
2-3-3- حمل و نقل غیر صحیح ترانسفورماتورها63
2-3-4- نبود حفاظتهای جلوگیری كننده از ورود حیوانات63
2-4- خطاهای شیمیایی65
2-4-1- زنگزدگی بدنه ترانسفورماتور65
2-4-2- فرسودگی بیش از حد ترانسفورماتور به علت عدم سرویس به موقع65
فصل سوم:نقش كیفیت و كاغذ ترانسفورماتور در جلوگیری از بروز خطا
3-1- مقدمه67
3-2- مشخصات مورد انتظار روغن ترانسفورماتور67
3-3- نقش كاغذ در ترانسفورماتور68
3-4- تاثیر رطوبت در خواص عایقی كاغذ69
3-5- اثر رطوبت در روغن ترانسفورماتور70
3-6- راههای ورود رطوبت به ترانسفورماتور و جلوگیری از آن70
3-7- تاثیرات مخرب تضعیف مواد عایقی ترانسفورماتور72
3-8- برنامه آزمایشهای روغن ترانسفورماتور73
3-8-1- آزمایش روغن قبل از پركردن ترانسفورماتور با آن75
3-8-2- آزمایش روغن بعد از پر كردن ترانسفورماتور76
3-8-3- آزمایش دوره ای روغن77
3-9- تصفیه روغن ترانسفورماتور78
3-9-1- تصفیه فیزیكی روغن ترانسفورماتور78
3-9-2- تصفیه فیزیكی – شیمیایی روغن ترانسفورماتور78
3-10- شرایط نمونه برداری روغن ترانسفورماتور80
فصل چهارم:استفاده از گاز كروماتوگرافی به منظور تعیین نوع خطای ایجاد شده در داخل ترانسفورماتور
4-1- مقدمه82
4-2- ایجاد گاز در ترانسفورماتور82
4-2-1- ایجاد قوس الكتریكی با انرژی زیاد در داخل روغن83
4-2-2- ایجاد قوس الكتریكی با انرژی كم در داخل روغن83
4-2-3- گرمای بیش از حد در محلهای به خصوص83
4-2-4- تخلیه كرونا در داخل روغن ترانسفورماتور83
4-2-5- تجزیه عایق ترانسفورماتور در اثر گرما84
4-3- حلالیت گازها در روغن ترانسفورماتور84
4-4- مقادیر مورد نیاز برای آنالیز گازها84
4-5- مراحل آزمایش روش گاز كروماتوگرافی جهت مشخص كردن نوع خطا86
4-6- حلالیت گازها در روغن ترانسفورماتور88
4-7- خرابی عایق سلولزی ترانسفورماتور (كاغذ ترانسفورماتور)88
4-7-1- امتحان غلظت و حل شده در روغن88
4-7-2- امتحان غلظت Co2 و Co در گازهای آزاد بدست آمده از رله های جمع آوری گاز88
4-8- كاربرد روش تحلیلی در گازهای آزاد درون رله های جمع آوری گاز88
4-9- محاسبه غلظتهای گاز حل شده معادل در روغن ترانسفورماتور با غلظتهای گاز آزاد88
4-10- روش تشخیص خطا با استفاده ازگازهای حل شده و حل نشده در روغن ترانسفورماتور88
4-10-1- تعیین نرخ رشد گازها88
4-10-2- ارائه فلوچارت تصمیم گیری88
4-10-3- تعیین زمانهای آزمایش گاز كروماتوگرافی روغن88
4-10-4- تشخیص نوع خطا با استفاده از گازهای متصاعد شده88
4-10-5- تشخیص نوع خطا با استفاده از نسبت گازهای متصاعد شده88
فصل پنجم:روشهای شناسایی محل خطا در ترانسفورماتور89
5-1- روشهای غیر الكتریك تعیین خطا88
5-1-1- طبیعت صوت88
5-2-2- انواع سیستمهای آكوستیكی88
5-3- روشهای الكتریكی تعیین محل خطا88
5-3-1- مانیتورینگ وضعیت ترانسفورماتور در حال كار با استفاده از روش آزمون ضربه ولتاژ پایین LVI88
5-3-2- عیب یابی ترانسفورماتورهای قدرت با استفاده از روش تابع انتقال88
عیب یابی در محل88
5-3-3- روش آشكار سازی بر اساس تخلیه جزئی88
سیستم GULSKI AND KREUGER88
-آنالیز با استفاده از روش مونت كارلو یا سیستم HIKITA88
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 137888
6-1- آمار حوادث منجر به ایجاد خطا و یا خروج ترانسفورماتور از شبكه………………
ضمیمه 188
ضمیمه 2…………………………………………………………………....235
فهرست اشكال
شكل (1-1): خطا در نگهدارنده فلزی سیم پیچ به واسطه اتصال كوتاه درونی8
شكل (1-2):خرابی پایین سیم پیچ فشار ضعیف بواسطه ورود رطوبت9
جدول (1-1): مقادیر ضریب 14
شكل (1-3): ضریب پیك جریان اتصال كوتاه16
شكل (1-4): اثر نیروهای اتصال كوتاه بر سیم پیچ متقارن17
شكل (1-5): تغییر شكل حلقه های درونی و تعداد جدا كننده ها20
شكل (1-6): تاثیر نیروی اتصال كوتاه بر سیم پیچ غیر متقارن24
شكل (1-6): تغییر شكل در اثر تنش فشاری25
شكل (1-7): تغییر شكل توسعه یافته در طول سیم پیچ26
شكل (1-8): كج شدن هادیهای سیم پیچی در اثر نیروی محوری26
شكل (1-9): تاثیرات اتصال كوتاه خارجی روی سیم پیچ27
شكل (2-1)-شكل موج استاندارد ضربه صاعقه37
شكل (2-2): مدار معادل ترانسفورماتور هنگام برخورد ضربه صاعقه38
شكل (2-3): توزیع ولتاژ ضربه بر حسب های مختلف40
شكل (2-4): شیلد الكترواستاتیك برای یكنواخت كردن توزیع ولتاژ41
شكل (2-5): توزیع ولتاژ در ترانسفورماتور بر حسب زمان پیشانی موج ضربه41
شكل (2-6): شكل موج ضربه اصابت شده42
شكل (2-7): شكل موج ضربه استاندارد قطع و وصل44
شكل (2-8): قطع جریان توسط كلید در بارهای اندوكتیو كم46
شكل (2-9): منحنی شارهای مغناطیسی در هسته54
شكل (2-10)-منحنی مغناطیسی هسته55
شكل (2-11): دمای نقاط ترانسفورماتور بر حسب دمای محیط59
شكل (2-12): یك نمونه از اتصالات لولهای ترانسفورماتور60
شكل (2-13): اتصالات اصلاحی لوله61
شكل (2-14): شكل مناسبی از اتصالات لوله به همراه سیم62
شكل (2-15)-نصب عایق بر روی شینهها در پست64
شكل (3-1) : رابطه درجه پلیمریزاسیون با طول عمر كاغذ71
فرسودگی حالت ایده آل71
عمر طبیعی71
شكل (3-2) : تاثیر عمل استخراج آب و اسید از روغن ترانسفورماتور بر طول عمر كاغذ72
فرسودگی حالت ایده ال72
عمر طبیعی72
شكل (4-2) : فلوچارت تعیین نوع خطا با استفاده از گازهای حل شده و حل نشده در روغن88
شكل (4-3) : شناسایی نوع خطا با توجه به گازهای متصاعد شده88
شكل (4-4) : فلوچارت روش تشخیص خطا به روش DOERNENBURG88
شكل (4-5) : فلوچارت روش تشخیص خطا به روش ROGER88
شكل (5-1)-مسیر انتشار صوت88
شكل (5-2)-معادل شدت صوت و مدار الكتریكی88
شكل (5-3)-مدار میكروفون خازنی88
شكل (5-4): مكان یابی منشا پالسهای فراصوتی در هوا به وسیله یك میكروفن فراصوتی88
شكل(5-5): مكان یابی نستباً دقیق تخلیه جزیی با استفاده از یك هدایتگر ساده موج88
شكل (5-6): فرم شماتیكی از سیتم مكان یاب صوتی پالسهای تخلیه جزئی88
شكل (5-7): نشكل شماتیك مدار أشكار ساز صوتی تخلیه جزئی در روغن ترانسفورماتور88
شكل (5-8): ولتاژ و جریان نمونه ضبط شده88
شكل (5-9)-اندازه‌گیری ادمیتانس بر روی ترانسفورماتور سه فاز88
شكل (5-10): مقایسه اندازه‌گیری ادمیتانس توسط اندازه‌گیری مستقیم ولتاژ در C-TAP88
شكل (5-11): مدل دو قطبی در نظر گرفته شده برای ترانسفورماتور88
شكل (5-12): عیب یابی در محل برای ترانسفورماتورهای قدرت88
شكل (5-13): ارزیابی آزمون اتصال كوتاه یك ترانسفورماتور MVA125 با روش تابع تبدیل88
شكل (5-14): تابع تبدیل دو ترانسفورماتور مشابه MVA12588
شكل (5-15): استفاده از خواص تقارنی در ترانسفورماتور قدرت MVA12588
شكل (5-16): شبیه سازی تجربی تغییر شكل شعاعی سیم پیچی تپ ترانسفورماتور MVA20088
شكل (5-17): شبیه سازی تجربی انتقال محوری دو سیم پیچ استوانه‌ای88
شكل (5-18 ): مدار اصلی آشكار سازی الكتریكی تخلیه جزیی88
شكل (5-19 ): نحوه قرار گرفتن امپدانس آشكار ساز88
شكل (5-20)- اجزاء مدار آشكار ساز مستقیم تخلیه جزئی88
شكل (5-21)-بلوك دیاگرام قسمت آنالوگ88
شكل (5-22)- بلوك دیاگرام مدار دنبال كننده پالس (PTC)88
شكل (5-23)-. تجهیزات اندازه گیریهای توزیع دامنه تخلیه جزئی88
شكل (5-24)- بلوك دیاگرام قسمت دیجیتال88
شكل (5-25) مدار استفاده شده در سیستم GULSKI88
مشخصه های و برای یك حفره دایروی88
مشخصه های و برای یك حفره در تماس الكترود88
مشخصه های و برای یك حفره باریك88
مشخصه های و برای حفره های چند گانه88
مشخصه های و برای یك حفره مسطح88
شكل (5-26)- مشخصه تخلیه جزئی اندازه‌گیری شده88
مشخصه های و برای تخلیه سطحی در هوا88
مشخصه های و برای تریینگ روی یك هادی88
مشخصه های و برای یك حفره به همراه تریینگ88
شكل (5-26)-مشخصههای تخلیه جزئی اندازه‌گیری شده (ادامه)88
شكل (5-27)- مدار تست برای اندازه گیریهای تخلیه جزئی در سیستم مونت كارلو88
شكل (5-28)- سنسور خازنی در داخل باس داكت88
شكل (6-1): روند گسترش ظرفیت ایستگاه های فوق توزیع88
شكل (6-2): تولید انرژی برق به تفكیك مناطق در سال 137888
شكل (6-3): تبادل انرژی شركت های برق منطقه ای در سال 137888
شكل (6-4): تعداد و ظرفیت ترانس های كل كشور به تفكیك ولتاژ در پایان سال 137888
شكل (1): گازهای تشكیل شده ناشی از تجزیه روغن ترانس88
ضمیمه 2 ……………………………………………………….………………
شكل (1): گازهای تشكیل شده ناشی از تجزیه روغن ترانس………………………………169
شكل (2): فلوچارت روند عملكرد به منظور تعیین وضعیت ترانس88
شكل (3): ارزیابی گازهای كلیدی88
شكل (4): فلوچارت روش DOERNENBERG88
شكل (7): فلوچارت روش ROGERS88
شكل(6):مثلث DURVALبه منظور تعیین نوع خطا88
شكل (7): آشكارساز هیدروژن موجود در روغن88
شكل(8):اصول كار سنسورهیدران88
شكل (9): شمایی دیگر از اصول كار سنسور هیدران88
شكل (10): افزایش ناگهانی هیدروژن در ترانس MVA370 و KV230/73588
شكل (11):مقدار هیدروژن در یك رآكتور شانت KV73588
شكل (12): نرخ افزایش هیدروژن در ترانس KV8/13/50088
شكل (13): تغییر هیدروژن در ترانس KV4/21 و MVA30088
شكل (14): نمونه‌برداری از گاز با سرنگ88
شكل (15): نمونه‌برداری از گازهای آزاد به روش جابجایی روغن88
شكل (17): نمونه‌برداری از روغن با سرنگ88
2شكل (18): اولین روش آماده‌سازی استاندارد گاز88
شكل (20): نمونه‌ای از دستگاه STRIPPER88
شكل (22): محلهای نصب سنسور هیدران88
شكل (23): نحوه نصب سنسور هیدران88
ضمیمه 1…………………………………………………………………………
شكل (1): رلهگذاری دیفرانسیلی درصدی برای حفاظت ترانسفورماتور88
شكل (2): حفاظت دیفرانسیلی یك ترانسفورماتور88
شكل (3): حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور سه پیچه88
شكل (4): ساختمان داخلی رله بوخهولتز88
شكل (5): نحوه اتصال رله جریان زیاد زمین88
شكل(7): رله تویبر88
شكل (8): انواع برقگیرهای اكسید روی88
فهرست جداول
جدول (3-1) آزمایشات و مشخصات مطلوب روغن قبل از پر كردن ترانسفورماتور با آن76
جدول (3-2) : آزمایشهای اضافی روی روغن قبل از برقدار كردن ترانسفورماتور76
جدول (3-3) : حد مشخصات روغن برای انجام تصفیه فیزیكی77
جدول (3-4) : حد مشخصات روغن برای انجام تصفیه فیزیكی – شیمیایی79
جدول (4-1) : گازهای تولید شده در روغن ترانسفورماتور در اثر معایب مختلف88
جدول (4-2) : تعیین نوع عیب حرارتی یا الكتریكی براساس نسبت گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتور88
جدول (4-3) : تعیین بهتر و مشخص تر نوع عیب براساس نسبت گازهای حل شده در روغن ترانسفورماتور88
جدول (4-4) : حلالیت گازهای متفاوت در یك نوع روغن ترانسفورماتور88
جدول (4-5) : ضرایب استوالد در 20 و 5088
جدول (4-6) : غلظت گازهای حل شده در روغن88
جدول (4-7) : نوع عملكرد در رابطه با نتایج آزمایش TCG88
جدول (4-8) : نوع عملكرد در رابطه با نتایج آزمایش TDCG88
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 DOERNENBURG88
جدول (4-11) : روش تشخیص نوع خطا با استفاده از نسبت گازها به روش ROGER88
ضمیمه 1: ………………………………………………………………………………………
جدول (1):تجمع گازهای حل شده درون روغن88
جدول (2):دوره‌های نمونه‌برداری برحسب سطوح TCG88
جدول (3):دوره‌های نمونه‌برداری بر حسب سطوح مختلف TDCG88
جدول (4):مجمع گازهای حل شده درون روغن88
جدول (5):نسبت گازهای كلیدی در روش DOERNENBERG88
جدول (6):نسبت گازهای كلیدی در روش ROGERS88
جدول (7):نسبت ROGRES با جزئیات بیشتر نقاط داغ88
جدول (8):سطوح قابل قبول گازها برحسب عمرترانس88
جدول (9):سطوح قابل قبول گازها برحسب نوع ترانس88
جدول (10):سطوح خطرناك گازها برحسب نوع خطا88
جدول (11):مقادیر خطرناك اتیلن بر حسب نسبت CO2/CO88
جدول (12):ضرایب حلالیت برای روغن نمونه88
جدول(13):حدود مجاز به منظور آشكارسازی88
جدول(14):صحت مقادیر گازها88
دانلود طرح توجیهی پوشال کولر