ترانسفورماتورها در عین حال که از اصلی‌ترین تجهیزات شبکه قدرت جهت تأمین انرژی مشترکین به شمار می‌روند، اما به دلیل تلفات، جزء مصرف کننده‌های شبکه نیز می‌باشند. از طرفی به منظور بهبود قابلیت اطمینان و تأمین بار در زمان پیک، در پست‌های فوق توزیع و انتقال، معمولاً دو یا سه ترانسفورماتور به صورت موازی نصب می‌گردند. با توجه به آمار و اطلاعات موجود، در زمان‌هایی از سال درصد بارگذاری ترانسفورماتورهای قدرت بسیار پایین است، به نظر می‌رسد خروج عمدی یکی از ترانسفورماتورهای موازی پست‌ها و قرار دادن آن در حالت آماده به کار، عامل موثری در کاهش هزینه بهره‌برداری از ترانسفورماتورها خواهد بود. در زمان‌های بارگذاری خیلی کم ترانسفورماتورهای قدرت، تلفات بی باری بخش اعظمی از تلفات کل را به خود اختصاص می‌دهد]10،7[. لذا در این پایان‌نامه روش جدیدی مطرح می‌شود که با خروج عمدی یک ترانسفورماتور در پست‌های دارای دو ترانسفورماتور و قرار دادن آن در حالت آماده به کار[2]، بتوان تلفات بی باری ترانسفورماتورهای موازی را در زمان‌های کم باری کاهش داد و تأثیر این خروج را بر تلفات مسی بررسی نمود. از طرفی از آنجائیکه خروج یک پست فوق توزیع یا انتقال از مدار، موجب قطع تغذیه تعداد زیادی از مشترکین خواهد شد، مهم‌ترین چالش در این روش، سطح قابلیت اطمینان و دسترس‌پذیری ترانسفورماتورهای پست در این حالت و مقایسه‌ی آن با حالت متداول بهره‌برداری است. عوامل بسیاری به صورت متقابل بر قابلیت اطمینان در این حالت اثرگذار خواهند بود و به تبع آن شاخص‌های اقتصادی آن‌ها بهره‌برداری بهینه‌ی ترانسفورماتورها را تحت تأثیر قرار خواهند داد.
برای بررسی روش پیشنهادی جدید، از منابع کتابخانه‌ای، مقالات چاپ شده معتبر و استانداردهای IEEE ، IEC و ملی در تدوین این پایان‌نامه استفاده شده است.
در این فصل به بررسی تحقیقات و مطالعات انجام شده در خصوص مسائل مربوط به بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای قدرت پرداخته خواهد شد.
پیشینه‌ی تحقیق
در اینجا به نمونه‌هایی از تحقیقات گذشته که در راستای موضوع این پایان‌نامه بررسی شده‌اند اشاره می‌شود:
در مرجع ]1[ به تعیین قابلیت بارگذاری ترانسفورماتور با در نظر گرفتن عملکرد فوق تحریک می‌پردازد. ابتدا مدل تخمین دمای نقطه داغ استاندارد IEEE معرفی می‌شود و در ادامه شرایط فوق تحریک بررسی می‌گردد و مدل با این شرایط اصلاح می‌گردد و در نهایت با استفاده از مدل اصلاح‌شده با توجه به نرخ‌های پیری عایق و تغییرات دمای محیط، قابلیت بارگذاری ترانسفورماتور با شبیه‌سازی تعیین و میزان تأثیر فوق تحریک روی بار مجاز ترانسفورماتور مشخص شده است.
در مرجع ]2[ مدلی برای تخمین دمای نقطه داغ ترانسفورماتور ارائه شده است و با استفاده از آن تأثیر تغییر دمای محیط روی دمای نقطه داغ و عمر عایقی ترانسفورماتور بررسی و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
در مرجع ]3[ دوره برنامه‌ریزی بهینه با توجه به ضریب متوسط بار بیشینه و ارزش واقعی تلفات و قدرت ذخیره برای ترانسفورماتورهای توزیع محاسبه شده است.
در مرجع [4] به تأثیر بارگذاری روی قابلیت اطمینان ترانسفورماتور پرداخته شده است. در ابتدا قابلیت اطمینان دوره عمر مفید بررسی‌شده و سپس با استفاده از تغییرات عمر مفید در اثر بارگذاری با به‌کارگیری تابع توزیع نرمال قابلیت اطمینان در دوره فرسایش بررسی‌شده است.
مرجع ]5[ به ارزیابی عمر عایقی یک ترانسفورماتور قدرت تحت تنش‌های مختلف حرارتی، الکتریکی و محیطی می‌پردازد. ابتدا به بررسی مدل تنش حرارتی یک ترانسفورماتور قدرت با استفاده از معادله آرینیوس پرداخته و سپس مدل به دست آمده بر اساس تنش الکتریکی اصلاح می‌گردد. و در پایان با استفاده از مفهوم پیری عایقی و ضریب تسریع فرسودگی به تخمین مقدار کاهش عمر یک ترانسفورماتور می‌پردازد.
در مرجع ]7[ به بررسی بهره‌برداری اقتصادی از ترانسفورماتور با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان پرداخته شده است. این مقاله بر یافتن یک نقطه بحرانی بار مورد نیاز جهت استفاده از دو ترانسفورماتور پست به طور همزمان استوار است. برای تبدیل شاخص‌های قابلیت اطمینان به شاخص‌های اقتصادی از هزینه قطعی مشترکین استفاده شده و جهت محاسبه انرژی قطعی مشترکین از روش تخمینی استفاده نموده است. در این مرجع تاثیر این شیوه بهره‌برداری بر عمر ترانسفورماتورها بررسی نشده است.
در مرجع ]11[ روشی بر اساس آنالیز هزینه/ فایده قابلیت اطمینان مبتنی بر ارزش قابلیت اطمینان مشترکین جهت بررسی بارگذاری نرمال و تعیین ظرفیت اضطراری با در نظر گرفتن سطوح مختلف بارگذاری ترانسفورماتورها قدرت ارائه شده است. در این مقاله هزینه انرژی انتظاری تأمین نشده به عنوان یک شاخص تأثیرگذار در سناریوهای مختلف محاسبه شده است و با محاسبه هزینه ظرفیت استفاده نشده و نرخ ظرفیت اضطراری ترانسفورماتورها، درصد بهینه بارگذاری ترانسفورماتورها تعیین شده است. این مرجع همچنین ضابطه‌ای جهت تعیین میزان بارگذاری اضطراری ترانسفورماتورهای تحت بهره‌برداری ارائه کرده است.
در مرجع ]12[ روشی برای به دست آوردن کاهش عمر ترانسفورماتور بر اساس آنالیز وابستگی تصادفی بین شرایط بارهای غیرعادی ترانسفورماتور و دمای محیط ارائه شده است. تمرکز این مرجع بر رفتار اتفاقی دمای محیط بر مطالعات کاهش عمر ترانسفورماتور می‌باشد.
در مرجع ]13[ یک مدل هیبریدی خروج وابسته به موقعیت ترانسفورماتور ارائه شده تا قابلیت اطمینان را ارزیابی کند. در این مقاله چهار حالت شکست ترانسفورماتور (مدل دمای نقطه داغ، مدل نقص فرسودگی وابسته به دمای نقطه داغ، مدل نقص اتفاقی وابسته به دمای محیط، مدل خروج به واسطه نقص حفاظت اضافه بار) به صورت ترکیبی بیان شده است. یکی از حالت‌های این مدل خروج به سبب اختلال در
حفاظت اضافه بار می‌باشد که با استفاده از تابع توزیع نرمال قابلیت اطمینان سیستم را بررسی نموده است.
در مرجع ]14[ جهت تعیین ظرفیت بارگذاری ترانسفورماتورها مبتنی بر مسئله‌ی کاهش عمر انتظاری ترانسفورماتور از مدلی احتمالی با در نظر گرفتن عوامل تأثیرگذار بر کاهش عمر انتظاری ترانسفورماتور، از جمله منحنی بار روزانه، نرخ خروج اجباری ترانسفورماتور، مدت زمان خروج‌ها، طول مدت زمان اضافه بار انتظاری استفاده شده است.
در مرجع ]15[ اثر حرارتی بارگذاری به طور کامل شرح داده شده و در مورد شرایط بارگذاری فراتر از مقادیر نامی بحث شده است. روش استفاده از استاندارد IEEE برای محدودیت‌های بارگذاری ترانسفورماتور توضیح داده شده و مدل حرارتی طبق استاندارد برای به دست آوردن دمای نقطه داغ ارائه شده است. در نهایت با استفاده از یک رله میکرو پروسسوری حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه بار و محدودیت مجاز حرارتی ترانسفورماتور، طراحی و شبیه‌سازی گردیده است.
در مرجع [16] به بررسی دو مدل در (IEEE Loading Guide) که یکی در بخش هفتم و دیگری در پیوست G این استاندارد مطرح شده است برای محاسبه دمای نقطه داغ پرداخته شده است. در این مقاله مطالعه‌ای مقایسه‌ای بین این دو روش از طریق ارزیابی دمای نقطه داغ چهار ترانسفورماتور با سیستم‌های خنک‌کنندگی ONAN، ONAF، OFAF و ODAF و تحت شرایط بار پایدار، بار روزانه و پروفیل‌های دمای محیط و یک دوره کوتاه اضافه بار، انجام شده است.
در مرجع [17] یک مدل ریاضی یک ترانسفورماتور از دیدگاه گرمایی ارائه شده و در این مدل دمای نقطه داغ[3] برای بارگذاری‌های مختلف و پیوسته بررسی‌شده‌اند.
مرجع [18] به مسئله بارگذاری ترانسفورماتور با رویکرد تحریک بیش از حد پرداخته و در آن یک روش ارزیابی بارگذاری پیشنهاد شده است. داده‌های آن از 50 تست واقعی ترانسفورماتور قدرت بوده و به وسیله آن داده‌ها به تأثیر تحریک اضافی روی عمر ترانسفورماتور پرداخته است.
در مرجع [19] توصیفی جامع از فلسفه اضافه بار[4] و روش‌های محاسبه منحنی عمر ترانسفورماتور ارائه شده و با استفاده از یک برنامه کامپیوتری این موارد را تشریح نموده است. در این مقاله قابلیت اطمینان ترانسفورماتور مورد مطالعه قرار نگرفته است.
در مرجع [20] روشی برای ارزیابی احتمالات افزایش دمای بیشینه ترانسفورماتور و افت انتظاری عمر ترانسفورماتور با در نظر گرفتن بار گذشته پست و دمای محیطی بیان شده است و همچنین طرح‌های توسعه پست برای مطابقت دادن با بار پیش‌بینی‌شده منطقه بر اساس ارزش اقتصادی در مقابل قابلیت اطمینان مقایسه شده است. ولی فرسایش و میزان عمر ترانسفورماتور مورد ارزیابی قرار نگرفته است.
مرجع [21] تشریح می‌کند که چگونه مشخصات فرسایش می‌تواند از نظر کمی روی محاسبه شاخص‌های قابلیت اطمینان از قبیل انتظار از دست دادن بار[5]، زمان انتظاری قطع بار[6]، فراوانی قطع بار[7]، انرژی انتظاری تأمین نشده در سیستم قدرت تأثیر بگذارد. برای ایجاد سابقه تعمیر و خرابی اجزا روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو زنجیره‌ای با استفاده از مدل کردن فرایند نقطه تصادفی معرفی شده است و از نرم‌افزار MATLAB برای شبیه‌سازی سیستم IEEE RTS، 24 باسه تک منطقه‌ای استفاده شده و در نهایت این شاخص‌ها محاسبه و با هم مقایسه شده‌اند.
در مرجع [22] مدل قابلیت اطمینان ترانسفورماتور برای خرابی اتفاقی اجزا در حالت خنک‌کنندگی روغن طبیعی ـ هوا اجباری ارائه شده است که در آن اجزا ترانسفورماتور را به سه زیرسیستم تقسیم‌بندی کرده و از روش مدل‌سازی مارکوف در 11 حالت قابلیت اطمینان سیستم را تحلیل نموده است. در نهایت مقادیر قابلیت اطمینان را در حالت‌های ظرفیت بار کامل، نیمه ظرفیت و حالت خروج به دست آورده است. در این مقاله قابلیت اطمینان با محوریت خنک‌کنندگی بررسی‌شده است و به بحث‌های بارگذاری و فرسایش ترانسفورماتور پرداخته نشده است.
در مرجع ]23[ در چندین کشور برای ترانسفورماتورهایی که بالای 30 سال عمر داشته و مقدار نامی ولتاژ آن‌ها حداقل 72 کیلوولت بوده، اطلاعات بیش از 1000 خطا در بین سال‌های 1968 تا 1978 جمع‌آوری شد. اطلاعات نشان می‌دهد که نرخ خرابی ترانسفورماتور در حدود 2% در سال می‌باشد. تحقیقات انجام‌گرفته نشان می‌دهد افزایش ولتاژ نامی و دارا بودن تپ چنجر نرخ خطا را افزایش می‌دهد. در این مقاله خرابی‌ها به انواع خرابی‌های الکتریکی، دی الکتریک، مکانیکی و گرمایی و یک بار دیگر به خرابی‌های تولید، طراحی و نگهداری، آذرخش و خطاهای سیستم دسته‌بندی شده‌اند و درصد هر کدام از انواع خطا مشخص شده‌اند. علاوه بر این‌ها در این تحقیق خرابی‌ها بر اساس اجزا آسیب دیده ترانسفورماتور نیز تقسیم‌بندی شده‌اند.
در مرجع ]24[ روش جدیدی برای ارزیابی عمر ترانسفورماتور با توجه به دمای محیط ارائه شده است. این تخمین عمر باقیمانده، می‌تواند زمان تعمیرات و یا جایگزینی ترانسفورماتور را تعیین کند. علاوه بر روش‌های ذکر شده در این مرجع، روش‌های دیگری هم وجود دارند که با استفاده از تکنیک‌های قابلیت اطمینان به این کار می‌پردازند.
جمع‌بندی
همان‌طور که ملاحظه گردید، در هیچ‌کدام از تحقیقات گذشته مطالعه‌ای بر روی تغییر در نحوه بارگذاری و روش بهره‌برداری ترانسفورماتورها انجام نشده است. از طرفی در بعضی از تحقیقات انجام شده مدل‌های بررسی‌شده مربوط به یک ترانسفورماتور بوده و مطالعه در زمینه‌ی بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای موازی یک پست و اثر متقابل آن‌ها بر یکدیگر با در نظر گرفتن مفاهیم قابلیت اطمینان صورت نگرفته است.
در تحقیقات گذشته برای بررسی اثر دمای محیط بر عمر ترانسفورماتورها از داده‌های ساعتی استفاده نشده و همچنین اثر جریان هجومی ترانسفورماتور بر مدل حرارتی کاهش عمر ترانسفورماتور بررسی نگردیده است.
این پایان‌نامه با پیشنهاد روشی جدید در زمینه‌ی بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای موازی پست‌های انتقال مبتنی بر خروج عمدی یکی از ترانسفورماتورها و تعیین یک نقطه بار بحرانی و محدوده‌ی اقتصادی بهره‌برداری برای ترانسفورماتورهای موازی، به تأثیر این روش بهره‌برداری بر عمر متوسط ترانسفورماتور و قابلیت اطمینان سیستم در دوره فرسایش با استفاده از تابع توزیع نرمال پرداخته است.
همچنین در این پایان‌نامه با استفاده از مدلی پیشنهادی اثرات دمای محیط به صورت ساعتی در محاسبات گنجانده شده و تأثیر جریان هجومی بر مدل حرارتی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
[1] – Expected Energy Not Supply (EENS)
[2] – Standby
[3] – Hotspot Temperature
[4] – Overloading
[5] – Loss of Load Expection (LOLE)
[6] – Loss of Load Duration (LOLD)
[7] – Loss of Load Frequency (LOLF)
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
فرم در حال بارگذاری ...
