پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
دانلود بررسی علل سوختن ترانسفورماتورهای 66 کیلوولت برق فارس
گزارش حاضر، گزارش نهایی پروژه “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.
در انتها از راهنماییها و زحمات جناب آقای مهندس شرفزاده (ناظر پروژه)، مهندس رضوی، آقای مهندس قرهگزلو، مهندس موسی امیری، مهندس مهدی نعیمی نوقابی و مهندس سیدباقر میرخوشخوی تشکر و قدردانی میگردد.
مقدمه
یک ترانسفورماتور از چهار قسمت اصلی تشکیل شده است:
1- مدارت مغناطیسی
2- سیم بندی ها
3- عایق بندی
4- تجهیزات جانبی
هرکدام از قسمت های فوق وظیفه ای را به عهده دارند که در جمع عمل تبدیل سطح ولتاژ و جریان یا همان عملکرد ترانسفورماتور، را انجام می دهند. به صورت ساده کار مدارات مغناطیسی ایجاد میدان الکترومغناطیسی و ابقا آن جهت تبادل انرژی الکتریکی دو قسمت از شبکه می باشد. میدان الکترومغناطیسی واسط توسط جریان های دو شبکه از دو سیم پیچی مجزا که ارتباط مغناطیسی با یکدگیر دارند بوجود می آید بنابراین سیم بندی ها با عبور جریان شبکه و ایجاد میدان مغناطیسی انرژی الکتریکی شبکه را تحویل گرفته و آن را جهت تبدیل آماده می سازند. همانندتمام سیستم های الکتریکی دیگر جهت جداسازی هادی ها، با سطح ولتاژ متفاوت، یکدیگر از عایق استفاده میشود و در کنار این مجموعه تجهیزات جانبی نظیر قسمت های خنک کننده، قسمت های نگهدارنده مدارات محافظ و … مورد نیاز است تا عملکرد این مجموعه از قابلیت اطیمنان بیشتری برخوردار باشد.اگر تمام عوامل مجموعه مورد نظر بدون نقص و اختلال در کنار هم به کار خود ادامه دهند می توان انتظار داشت که ترانسفورماتور بدون هیچ عیبی به کار خود ادامه دهد. ولی به دلایل متعددی نظم حاکم بر عوامل داخلی ترانسفورماتور به هم می خورد. در چنین حالتی عملکرد ترانسفورماتور از حالت نرمال خارج شده و به اجبار ترانسفورماتور از مدار خارج خواهد شد. برای این که چنین مساله کمتر رخ دهد متخصصین فن به دو صورت عمل می کنند. یعنی یا به بازدیدهای دوره ای پرداخته و در صورت مشاهده هرگونه نابسامانی در ترانسفورماتور با پیش بینی نتایج ناشـی از خارج کردن ترانسفورماتور از مـدار به رفع آنان می پردازند و پس از آن با خارج کردن ترانسفورماتور از مدار به تعمیر آن می پردازند، یا اینکه به بررسی عوامل ایجاد خطا در ترانسفورماتور پرداخته و با شناخت آنها، پیش از وقوع، سیستم را در مقابل خطاهای احتمالی محافظت می کنند. عیب یابی پیشگیرانه نیازمند صرف وقت و نیروی انسانی بیشتری است. در حالیکه در عیب یابی پیشگویانه سیستم های کنترلی هوشمندجای نیروی انسانی را گرفته و در اغلب موارد با دقت و قابلیت اعتماد مناسبی به کار می پردازند.
اولین قدم در راه طراحی سیستم های هوشمندی که قادر به حفاظت هرچه بیشتر و بهتر ترانسفورماتورها باشند، این است که عوامل متعدد بروز خطا و خطاهای ناشی از این عوامل را هرچه بیشتر شناسایی شود. از میان عوامل متعدد مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی و الکتریکی که روی عملکرد عادی ترانسفورماتور تاثیر می گذارند، عوامل الکتریکی از اهمیت بیشتری برخوردار است. این عوامل اغلب بــرروی سیـم پیچـی ها، عایق بنـدی ها، هستـه و مـدارات مغناطیسـی و حتی تجهیزات جانبی تاثیر می گذارند.
شناخت این عوامل و تاثیر آنها برروی ترانسفورماتورها قدم بزرگی جهت نیل به اهداف عیب یابی پیشگویانه خواهد بود. در یک دید عوامل الکتریکی بیرونی تاثیر گذار بر تجهیزات داخلی ترانسفورماتور را به دو گروه کمیات ولتاژ و کمیات جریان دسته بندی می کنیم که هریک به دو بخش گذرا و موقت تقسیم بندی می شوند.
در بررسی اضافه ولتاژهای گذرا به دو مورد زیر توجه بیشتری می شود:
اضافه ولتاژهای گذرا، ناشی از صاعقه
اضافه ولتاژهای گذرا، ناشی از کلیدزنی
در بررسی اضافه ولتاژهای موقت به موارد زیر دقت می شود.
1- بروز عیب های مختلف در شبکه
2- قطع و وصل کلیدها و تغییر بارهای اکتیو و راکتیو در شبکه
3- بروز رزنانس و فرورزنانس در شبکه
4- بروز نوسانات قدرت (Power swing)
با ارائه یک توصیف اجمالی در مورد ساختار و اجزا ترانسفورماتور قدرت در بررسی عوامل خطا در ترانسفورماتورها به موارد زیر می توان اشاره کرد؛
عوامل ساختاری
عوامل ناشی از عدم بهره برداری صحیح
عوامل محیطی
در تشریح عوامل ساختاری خطاها در ترانسفورماتور، به مسائلی پرداخته می شود که در کارخانجات سازنده ترانسفورماتور براثر عواملی نظیر عدم دقت در انتخاب مواد، عدم دقت در هنگام نصب و مونتاژ قطعات و عدم کنترل کیفی ترانس در هنگام تحویل به مشتری پیش می آید. در چنین مواقعی اغلب ترانسفورماتورهایی، به مشتریان تحویل می شود که براثر کارکرد حتی در شرایط معمولی به سرعت ازکار افتاده و دچار مشکلات اساسی می شوند. بنابراین برای اینکه استانداردهای کیفی مورد نظر قرار گیرند، کارخانجات سازنده ترانسفورماتور تست هایی را قبل از تحویل کالا به مشتری برروی ترانسفورماتورها انجام می دهند. این تست ها عبارتند از:
تست نسبت تبدیل
اندازه گیری مقاومت اهمی سیم پیچ
اندازه گیری گروه اتصال
اندازه گیری تلفات و جریان بی باری
اندازه گیری ولتاژ و تلفات اتصال کوتاه
آزمایشات عایقی شامل عایق بندی سیم پیچ ها نسبت به هم و به زمین و ولتاژ القایی با فرکانس بالاتر از شبکه
آزمایشات حرارتی
آزمایش ولتاژ ضربه
آزمایش تلفات دی الکتریک و ظرفیت خازنی
آزمایش صدا
آزمایش های خلا و نشتی روغن
بنابراین بافرض این که کلیه آزمایشات فوق روی ترانس انجام می پذیرند و مراحل مختلف کنترلی از جمله کنترل مواد اولیه، کنترل پارامترهای تولید، کنترل کیفی و کنترل نهایی روی ترانسفورماتورها وجود دارد، فرض می شود که ترانسفورماتور تحویل داده شده توسط کارخانه کاملاً سالم باشد.
ترانسفورماتور سالمی که از کارخانه بیرون می آید، براساس استانداردهای موجود، بایستی حدود 40 تا 50 سال بدون بروز عیب به کار خود ادامه دهد تا عمر عایق بندی آنها کاسته شده و ترانسفورماتور جهت تعمیرات کلی و تعویض برخی قطعات از مدار خارج شود. اما آنچه که در عمل دیده می شود و در بررسی های آماری که صورت گرفته یافت می شود این است که نیمی از ترانس های موجود در شبکه برق تا 10 سال بدون احتیاج به تعمیرات اساسی به کار خود ادامه می دهند و پس از آن جهت تعمیر از مدار خارج شده و جای خود را به ترانسفورماتور دیگری می دهند. بنابراین لازم به نظر می رسد که دلایل این مساله مورد بررسی قرار گیرد.
همانطور که قبلاً اشاره شد دو دسته عامل مهم در جهت کاهش طول عمر مفید ترانسفورماتورها وجود دارند. شاید نتوان به راحتی این دودسته را از هم تفکیک نمود اما به هرحال وجود این عوامل به نحوه بهره برداری از ترانسفورماتورها تاثیر زیادی می گذارد. نه تنها ترانسفورماتورها را تا سرحد تعمیرات اساسی جلو می برد، بلکه باعث می شود که هزینه های زیادی در این میان به هدر رود، همچنین از قابلیت اعتماد سیستم قدرت نیز کاسته و قدرت مانور سیستم را کاهش می دهد. لذا باید هرچه بیشتر در شناخت این عوامل کوشید و روش های برطرف کردن آنها را مورد بررسی قرارداد.
بطور کلی عوامل تاثیرگذار برکارکرد ترانسفورماتور به شرح ذیل می باشند:
عوامل الکتریکی
عوامل شیمیایی
عوامل مکانیکی
اگر ترانسفورماتور در نقطه کار خود که پایین تر از مقادیر نامی می باشد تنظیم شود و این نقطه کار تغییری نکند می توان امیدوار بود که ترانس سالیان زیادی به کار خود ادامه دهد. اما تمام عوامل فوق باعث برهم خوردن نقطه کار ترانس می شوند و آن را در جهتی پیش می برند که براثر عوامل مختلف به ساختار ترانس صدمه بزنند. باید دانست که مهمترین و معروفترین عامل تخریب در ترانسفورماتور حرارت می باشد، زیرا حرارت باعث کاهش طول عمر عایق بندی ترانس می شود. البته عوامل دیگری نظیر رطوبت نیز باعث کاهش استقامت الکتریکی عایق های ترانس می شود و با کاهش استقامت الکتریکی خطر از مدار خارج شدن ترانس افزایش می یابد.
در ادامه عوامل فوق که باعث تغییر نقطه کار و بروز عیب در قسمت های مختلف ترانسفورماتور
میگردد بررسی میشود.
1- 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
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
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
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
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………………………………………………………………………………………………………….. 89
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
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
فرمت فایل: Word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 398
حجم: 684 کیلوبایت