تشخیص خطای اتصال کوتاه در سیم‌پیچ ترانسفورماتور قدرت مبتنی بر سنجش ولتاژ و جریان سیم‌پیچ با استفاده از سیستم عصبی-فازی

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 5، دوره 13، شماره 50، شهریور 1401، صفحه 83-94   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

همایون مشگین کلک^* ؛ مهیار محمدپور

دانشکده برق- دانشگاه تفرش، تفرش، ایران

چکیده

خرابی عایق بین حلقه‌های سیم پیچ یکی از دلایل اصلی خطای اولیه سیم پیچ در ترانسفورماتور است. در حین کار ترانسفورماتور، میدان‌های الکتریکی قوی به مواد دی الکتریک سیم پیچ‌های آن اعمال می‌شود. خرابی و پیری دی الکتریک یکی از مهمترین عوامل خطای اتصال کوتاه در سیم پیچ‌های ترانسفورماتور است. به سبب فراوانی این خطا و احتمال گسترش آن، تشخیص و شناسایی آن در مراحل اولیه اهمیت دارد. در این مقاله نشان داده شده است که با سنجش و بررسی اختلاف فاز میان ولتاژ و جریان در فازهای ترانسفورماتور در حالت بارداری می‌توان به وجود خطا پی برد. در این راستا اثر اتصال کوتاه حلقه در یک سیم پیچ بر سیم پیچ‌های دیگر نیز بررسی شده است. به منظور تشخیص خطای برخط، استفاده از یک سیستم هوشمند (سیستم عصبی-فازی)نیز پیشنهاد شده است. نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی برای یک ترانسفورماتور نمونه، بیان‌گر صحت و قابلیت روش ارائه شده در تشخیص برخط خطای سیم پیچ  در ترانسفورماتور است.

کلیدواژه‌ها

اتصال کوتاه؛ ترانسفورماتور قدرت؛ سیستم عصبی-فازی

مراجع

[1] CIGRE Working Group A2.37, "Transformer reliability survey", CIGRE Brochure 642; CIGRE: Paris, France, Dec. 2015.

[2] J. Chong, A. Abu-Siada, "A novel algorithm to detect internal transformer faults", Proceeding of the IEEE/­P­E­S,  pp. 1-5, Detroit, MI, USA, July 2011 (doi: 10.1109/PES.2011.6039472).

[3] D. Kweon, Y. Kim, "Interpretation of turn-to-turn insulation fault by dissolved gas analysis", IEEE Trans. on Dielectrics and Insulation Materials, vol. 25, no. 4, pp. 1560-1566, Aug. 2018 (doi: 10.1109/TDEI.2­018.0­07­4­77).

[4] H.D. Faria, J.G. Costa, "A review of monitoring methods for predictive maintenance of electric power transformers based on dissolved gas analysis", Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 46, pp. 201-209, June 2015 (doi: 10.1016/j.rser.2015.02.052).

[5] S. M. Ghoneim, I.B.M. Taha, "A new approach of DGA interpretation technique for transformer fault diagnosis", International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 81, pp. 265-274, Oct. 2016 (doi: 10.1016/j.ijepes.2016.02.018).

[6] H. Mirzaei, A. Akbari, E. Gockenbach, K. Miralikhani, "Advancing new techniques for UHF PD detection and localization in power transformers in the factory tests", IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 22, no. 1, pp. 448-455, Feb. 2015 (doi: 10.1109/TDEI.2014.004249).

[7] S. Tenbohlen, S. Coenen, M. Djamali, A. Muller, M.H. Samimi, M. Siegel ,"Diagnostic measurements for power transformers", Energies, vol. 9, no. 5, Article Number: 347, May 2016 (doi: 10.3390/en9050347).

[8] M. Tahir, S. Tenbohlen, "Transformer winding condition assessment using feedforward artificial neural network and frequency response measurements", Energies, vol. 14, no. 11, Article Number: 3227, pp. 1-25, May 2021 (doi: 10.3390/en14113227).

[9] S. Miyazaki, M. Tahir, S. Tenbohlen, "Detection and quantitative diagnosis of axial displacement of transfo­rmer winding by frequency analysis", IET Generation, Transmission and. Distribution, vol. 13 no. 15, pp. 3493-3500, Aug. 2019 (doi: 10.1049/iet-gtd.2018.6032).

[10] S. Hajiaghasi, K. Abbaszadeh, A. Salemnia, "A new approach for transformer interturn faults detection using vibration frequency analysis", Iranian Journal of Electrical and Electronic Engineering, vol. 15, no. 1, pp. 14-28, March 2019 (doi: 10.22068/IJEEE.15.114).

[11] M. Tahir, S. Tenbholen, S. Miyazaki, "Analysis of statistical methods for assessment of power transformer frequency response measurements", IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 36, no. 2, pp.618-626, April 2020 (doi: 10.1109/TPWRD.2020.2987205).

[12] H. Zhou, K. Hong, H. Huang, J. Zhou, "Transformer winding fault detection by vibration analysis methods", Applied Acoustics, vol. 114, pp. 136-146, Dec. 2016 (doi: 10.1016/j.apacoust.2016.07.024).

[13] C.Q. Su, "A new fuzzy logic method for transformer incipient fault diagnosis", Proceeding of the IEEE/ICFS, pp. 324-327, Vancouver, BC,  Canada, July 2016 (doi: 10.1109/FUZZ-IEEE.2016.7737704).

[14] IEC60076-18, "Measurement of frequency response", ED.1', IEC Std. March 2012, International Electr­otechnical Commission: Geneva, Switzerland, 2012.

[15] IEEE Std C57.149-2012., "IEEE giude for the application and interpretation of frequency response analysis for oil-immersed transformers", IEEE Standard Association, New York, NY, USA, 2013.

[16] L. Sevev, U. Khan, Z. Zhang, "Enhancing power transformer differential protection to improve security and dependability", IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 53, no. 3, pp. 2642-2649, Feb. 2017 (doi: 10.110­9/TIA.­20­17.2670525).

[17] A.S. Masoum, N. Hashemnia, A. Abu-Saida, M.A.S. Masoum, S.N. Islam, "Online transformer internal fault detection based on instantaneous voltage and current measurements considering impact of harmonics", IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 32, no. 2, pp. 587-598, Sept. 2014 (doi: 10.1109/TPWRD.2014.2358072).

[18] N. Asadi, H. Meshgin-Kelk, "Modeling, analysis, and detection of internal winding faults in power transformers", IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 30, no. 6, pp. 2419-2426, May 2015 (doi: 10.1109/TPW­RD.20­15.2­431972).

[19] R.A Hooshmand, M. Parastegari, Z. Forghani, "Adaptive neuro-fuzzy inference system approach for simultaneous diagnosis of the type and location of faults in power transformers", IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 28, no. 5, pp. 32-42, Aug. 2012 (doi: 10.1109/MEI.2012.6268440).

[20] M. Maleki, "Design and implementation of a monitoring system for the detection of internal winding faults in power transformers", Msc. Thesis, Tafresh University, 2017 (in Persian).

[21] X. Yan, W. Zengping, L. Qing, "A novel inductance calculation method in power transformer model based on magnetic circuit", Proceeding of the IEEE/TENCON, pp. 1-4, Melbourne, VIC, Australia, Nov. 2005 (doi: 10.1109/TENCON.2005.301303).

[22] M. Maohammadpour, "Detection of short circuit fault in power transformer by neuro-fuzzy system", Msc. Thesis, Tafresh University, 2018 (in Persian).

[23] T.J. Ross, "Fuzzy logic with engineering applications", 3^rd Edition, University of New Mexico, USA, 2010.

[24] K. Ramesh, M.Sushama, "Inter-turn fault detection in power transformer using fuzzy logic", Proceeding of the IEEE/ICSEMR, pp. 1-5, Chennai,  India, Nov. 2014 (doi: 10.1109/ICSEMR.2014.7043581).