تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق

تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق

چکیده

این موضوع اثبات شده است که ارائه و بهره گیری از سیستم­ها جهت کنترل پیوسته­ وضعیت فنی ترانسفورماتور قدرت مشخص کننده ضرورت توسعه­ی روش­های محاسبه­ حالت­های گرمایی، پوشش عایق­ بندی و عمر سرویس باقیمانده­ تجهیزات می­باشد. معایب روش­های جاری که توسط مستندات و قوانین محلی و خارجی توصیه شده است ذکر می­شوند. به نظر می­رسد بایستی در عمل پارامترهای محیطی، حفظ حالت گرمایی و غیر خطی بودن مشخصه­های گرمایی را در نظر گرفت. ساختار الگوریتم محاسبه­ نمودارهای دما نسبت به پارامترهای بار با توجه به تاثیر عوامل فوق ارائه می­شود. بعلاوه، نرم­افزار توسعه یافته نیز به صورت مختصر تشریح می­گردد. هدف نهایی گسترش و مطالعه­ مدل توسعه ­یافته جهت محاسبه­ مشخصه گرمایی طراحی شده برای سیستم­های موجود نظارت برخط وضعیت فنی ترانسفورماتور است.

کلمات کلیدی: ترانسفورماتور قدرت، وضعیت فنی، حالت گرمایی، گرم­ ترین نقطه، دما، عمر مفید، الگوریتم، برنامه نرم­افزاری، تحلیل

تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق

۱- مقدمه

ارائه رویکردهای روش ­شناختی مقاوم برای محاسبه و پیش ­بینی عمر باقیمانده­ قطعات ترانسفورماتور بسیار ضروری است. این موضوع بخاطر مشکل ضرورت نوسازی تعداد بالایی از ترانسفورماتورها به دلیل عمر عملی آن­ها مطرح می باشد. به همین دلیل است که مشخص سازی و مستند سازی واقعی اولویت ها و توالی های زمانی در خصوص سازماندهی مجدد صنعت برق بعنوان یک امر مهم جلوه گر می شود. علاوه بر این، عیب یابی مهم مشخصه­ها در سیستم­های نظارت برخط که در ترانسفورماتورهای توان ولتاژ بالا معرفی شد شامل مقادیر دما، عمر باقیمانده و عمر سرویس ­دهی سیستم های عایق­ از جمله موارد مهم می­باشند [۱]. در این خصوص، مشکلات محاسبه­ دقیق دمای گرم ­ترین نقطه بر اساس پارامترهای بار ترانسفورماتور نیز بعنوان یک خصیصه اساسی و  حیاتی مطرح می­گردد.

مستندات و دستورالعمل ها بخش­های اصلی روش و الگوریتم ­های محاسبه حالات گرمایی ترانسفورماتور را تعریف می­کنند [۲]. به هر حال، الگوریتم­های پیشنهادی معایبی اساسی دارند که دقت محاسبه را کاهش می­دهند. از این رو مدل گرمایی سیستم خنک­ ساز که در GOST 14209-97 پیشنهاد شد ویژگی­های فیزیکی زیر که برای حالت­های گرمایی ناپایدار تعیین شده­اند را در نظر نمی­گیرد:

• دمای قطعات ترانسفورماتور در حین فرایندهای ناپایدار براساس وابستگی­های غیرخطی تغییر می­کند.

• دمای سیم­پیچی حفظ حرارت خود را داشته و بخاطر وابستگی غیرخطی تغییر می­کند.

• دمای دستگاه خنک­ کننده بر روی حالت گرمایی ترانسفورماتور قدرت با توجه به ثابت زمانی حرارت­دهی آن تاثیر می­گذارد.

تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق

۲- بخش اصلی

در اجرای ترانسفورماتورهای قدرت روغنی به مشکلی برخورد می­کنیم که با دمای گرم­ترین نقطه­ی عایق­بندی سیم­پیچی مرتبط است. این مشکل تاثیری عکس بر شرط عایق­بندی داشته و ممکن است موجب خطای جدی آن شود. این همان موضوعی است که بخاطر آن دمای را بایستی در اجرای ترانسفورماتور بطور مداوم نظارت کرد. اندازه­گیری مستقیم این دما فعالیتی متداول نیست. بنابراین با توجه به افزایش دما  در لایه­های بالاتر روغن تعیین می­گردد.

برای محاسبه­ی دمای پیشنهاد می­شود معادله­ی حرارت بخش­های سیم­پیچی مجاور را به گرم­ترین نقطه­ی عایق­بندی اعمال کنیم. داده­های اولیه برای محاسبه عبارتند از: جریان سیم­پیچی، دمای لایه­های روغنی بالاتر ترانسفورماتور و نوع خنک سازی (طبیعی یا اجباری). در حالت بار ایستای ترانسفورماتور، فرمول­های اثبات­ شده در [۲] استفاده می­شوند: برای خنک سازی طبیعی (ON):

۲٫۱ محاسبه­ دما در حالت گرمایی ناپایدار

از فرمول­های (۱) و (۲) نتیجه می­شود که تغییر بار ترانسفورماتور موجب تغییر اختلاف بین دماهای گرم­ترین نقطه و لایه­های بالاتر روغن می­شود. این وابستگی­ها فرایندهای گذرایی که در زمان تغییر این دما روی می­دهد را منعکس نمی­کنند اما ممکن است با استفاده از مدل مشابه [۳] بدست آیند.

۲٫۲ شرح الگوریتم توسعه یافته

در الگوریتم برنامه­ی نرم­افزاری توسعه یافته، تصحیحات زیر راجع به مدل گرمایی ترانسفورماتورهای قدرت معرفی می­شود:

• در روش­های تکراری محاسبه­ی حالت گرمایی، نرخ تغییر مقاومت­های اهمی سیم­پیچ به مقدار دمای محاسبه شده بستگی دارد.

• در محاسبه­ی حالت گرمایی با توجه به ثابت زمانی حرارت­دهی، دمای محیط در نظر گرفته می­شود.

• بار برای هر حالت بار ترانسفورماتور محاسبه می­شود.

ساختار الگوریتم توسعه یافته برای محاسبه­ی حالت­های گرمایی در شکل۱ نشان داده می­شود. نسبت­های بار در نمودار مجموعه و با توجه به تغییرات دمای محیط وسیله­، محدوده دمای تنظیمی گرم­ترین نقطه و پوشش با روش­های تکراری محاسبه می­شوند [۲].

۲٫۳ مثالی از برنامه کاربردی

شکل۲ نمودارهای زمان­بندی تغییر توان اکتیو P و توان راکتیو Q ترانسفورماتور TDMS 63000/100000110U1 را نشان می­دهد. شکل­ها برای یک حالت ۲۴ ساعته زمستانی نمونه تحت شرایط اجرای ترانسفورماتور در یکی از ایستگاه­های فرعی اجرایی تبدیل رسم می­شود.

تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق

۳- نتیجه­ گیری

برنامه­ی توسعه یافته گزینه­های زیر را ارائه می­کند:

• محاسبه و پیش­بینی حداکثر دماها با توجه به تغییرات دمای محیط و همچنین تغییر بار ترانسفورماتور در زمان تابستان و زمستان؛

• در نظر گرفتن مشخصه­های گرمایی ترانسفورماتورهای قدرت مختلف با سیستم­های خنک­ساز متفاوت؛

• تصویر کردن دمای گرم­ترین نقطه و روغن در لایه­های بالاتر در کنار رفتار پوشش ترانسفورماتور؛

• محاسبه­ی سالیانه­ی پوشش عایق نسبی براساس تغییر دمای گرم­ترین نقطه­ی ترانسفورماتور در ۲۴ ساعت و یک سال؛

• فراهم آوردن اطلاعات جریان برای کارکنان بخش کنترل.

الگوریتم توسعه یافته محاسبه­ی حالات گرمایی ترانسفورماتور و نیز تحلیل وضعیت گرمایی در حالت نظارت برخط را ممکن می­سازد. بدین منظور به داخل الگوریتم­های نرم­افزاری سیستم­های نظارتی معرفی شده در ترانسفورماتورها [۷,۸] گنجانده می­شود. این کار موجب افزایش بازدهی کنترل فنی حالت می­شود [۹,۱۰].

نرم­افزار سیستم نظارتی ترانسفورماتور بایستی شامل مدل­های گرمایی نیز باشد. این موضوع برای فهم دقیق حالت عملکردی ترانسفورماتور جهت تشخیص سریع خطا شرطی لازم است. منطقی است سیستم­هایی را توسعه دهیم که خطاها را به وسیله­ی مقایسه­ی نتایج اندازه­گیری با مقادیر “پیش­بینی­شده” از مدل مقایسه می­کنند [۱۱-۱۳]. این روشی برای مشخص ساختن بارهای ترانسفورماتوری در شرایط محیطی ذهنی و کاهش تلفات توان الکتریکی ناشی از بهینه سازی بار است.

تحلیل وضعیت حرارتی ترانسفورماتور قدرت نیروگاه های انحصاری برق