ترانسفورماتورهای قدرت

مانیتورینگ تخلیه جزئی با آکوستیک امیشن (AE)

روش آکوستیک امیشن همانند روش الکتریکی بر روی اکتساب داده‌­ها و ثبت سیگنال‌­های تولیدشده از تخلیه‌جزئی تمرکز دارد. با این حال به‌جای بدست ­آوردن سیگنال­‌های الکتریکی، این روش در طول مدتی که تخلیه جزئی در ترانسفورماتورهای قدرت اتفاق می‌افتد، سعی در درک نمودن سیگنال­‌های آکوستیک امیشن و ثبت آن­ها دارد. این سیگنال­‌ها به دلیل عبور جریان­‌های بسیار کوتاه مدت از داخل حباب­ به­‌وجود می­‌آیند. عبور جریان باعث ایجاد حرارت به صورت نوارهای باریکی می­‌شود که باعث بخارشدن مواد پیرامون حباب می­‌گردد. این بخارها همچنین باعث ایجاد یک نوع انفجار انرژی جنبشی می­‌شوند که به صورت انتشار سیگنال­‌های آکوستیک امیشن در داخل مخزن و انتقال به دیواره­‌ی آن نمایان می­‌گردد. با اتصال سنسورها روی دیواره خارجی مخزن روغن، این سیگنال­‌ها دریافت و مکان آن تعیین می­گردد.

مزیت اولیه این روش نسبت به روش­‌های الکتریکی و شیمیایی، اطلاعات موقعیت و مکان تخلیه‌ جزئی است که این روش به راحتی با قراردادن چند سنسور در اختیارمان قرار می‌­دهد. چنین اطلاعاتی از موقعیت PD می‌­تواند ما را در تشخیص نوع آن به همراه شدت آسیب عایقی در محل خطا کمک کند. اطلاعات موقعیت و مکان تخلیه‌ جزئی می‌­تواند به تکنسین­‌ها در تعمیر نقطه آسیب عایقی به جهت اطلاعات دقیقی که در مورد مکان تخلیه‌ جزئی در اختیارشان قرار می‌­دهد کمک نماید. مزیت دیگر این آزمون، مصونیتی است که از عدم تداخل الکترومغناطیسی می‌­توانیم داشته باشیم.

مزیت مصونیت از عدم تداخل الکترومغناطیسی به ما این امکان را می­‌دهد که آشکارسازی تخلیه‌ جزئی را به­‌صورت آنلاین دنبال نماییم. چرا که نسبت نویز به سیگنال بهتری نسبت به پالس­‌های الکتریکی در محیط‌­های با نویز بالا داریم و این امر باعث می­‌شود که سیگنال‌­های آکوستیک امیشن کمتر اطلاعات غلط بدهند. با این حال مصونیت از عدم تداخل الکترومغناطیسی این معنی را نمی‌دهد که سیگنال­‌های AE در سیستم دچار هیچ نویزی نمی­‌شوند. لرزش­‌های مکانیکی در هسته ترانسفورماتور منبعی برای تولید نویزهای آکوستیکی است ولی خوشبختانه محتوای فرکانسی این لرزش‌­ها بقدر کافی کمتر از محتوای فرکانسی سیگنال­‌های آکوستیک امیشن می­‌باشد.

انتشار موج آکوستیک امیشن در مخزن ترانسفورماتور

مسئله­‌ی اصلی در ترانسفورماتورهای قدرت عدم همگنی محیطی است که سیگنال ایجاد شده توسط تخلیه‌ جزئی برای رسیدن به سنسور می‌پیماید. محیط آکوستیکی درون مخزن روغن بسیار پیچیده است که منجر به پدیده­‌هایی از قبیل بازتاب موج و تفرق در مواد مختلف می­‌گردد. بطور کلی موج دو مسیر را برای رسیدن از منبع به سنسور طی می‌­نماید. مسیر مستقیم و مسیری که از طریق دیواره­‌ی مخزن می‌­پیماید. وقتی که موج به دیواره­‌ی مخزن برخورد می‌­کند، ویژگی­‌های فرکانسی آن ثابت می­‌ماند ولی مد انتشار و سرعت انتشار تغییر می­‌کند. شکل زیر این موضوع را بیان می‌کند.

انتشار موج آکوستیک ناشی از PD در ترانسفورماتور

سرعت انتشار موج به محیط انتشار بستگی دارد. سرعت انتشار موج در فلز بیشتر از روغن است. بنابراین ممکن است موج از مسیر بدنه­‌ی مخزن زودتر از مسیر مستقیم به سنسور برسد. اگر مبنای محاسبه­‌ی مسافت بر پایه­‌ی محاسبه­‌ی زمان رسیدن از طریق بدنه با استفاده از سرعت انتشار در روغن باشد، سبب ایجاد خطا در محاسبه­‌ی محل PD می­گردد. بنابراین ضروری است که سرعت انتشار در بدنه­‌ی مخزن را تخمین بزنند.

سرعت انتشار موج در  روغن 20 درجه ساتنیگراد برابر با  1413m/s ، در  صفحات  هسته 1500m/s ، در  مس 3570m/s  و  در  استیل   5100m/s  می­‌باشد. سرعت انتشار موج در روغن وابستگی به دمای روغن و میزان رطوبت دارد.

رابطه­‌ی بین دمای روغن و سرعت موج

روشی مناسب برای تمیز قائل شدن بین موجی که از طریق بدنه منتقل شده‌است با موجی که مسیر مستقیم درون روغن را پیموده‌­است، آنالیز مود ارتعاشی موج است. در سیالات مانند روغن، تنها امواج فشاری منتشر می­‌گردند در حالی که در جامدات مانند استیل انواع مختلفی از حرکت موج مشاهده می‌­گردد. موج برشی دامنه­‌ی بالاتری دارد و بدینوسیله قابل شناسایی است. در حالیکه موج فشاری سریعتر است و ممکن است زودتر به سنسور برسد.

موج برشی و موج فشاری

فرکانس اصلی PD با بزرگی حدود 150pC برابر با 100KHz است. معمولا کاربران از سنسورهایی با فرکانس رزونانس 60KHz  یا 150 استفاده می‌کنند. برای PD های بزرگتر، فرکانس باید کاهش یابد. همچنین میراشدن فرکانس­‌های بالا بیشتر از فرکانس­‌های پایین است. معمولا سنسورهای 60KHz  برای آزمون در کارخانه و آزمایشگاه و سنسورهای 150KHz  زمانی که آزمون در سایت انجام می‌­شود، مورد استفاده قرار می­گیرد. در سایت فرکانس‌­های مزاحم در محدوده­‌ی فرکانسی 20KHz  الی 60KHz وجود دارد که می‌­تواند منجر به ایجاد خطا در ردیابی PD گردد به همین دلیل از سنسورهای متفاوتی نسبت به تست آزمایشگاهی استفاده می­‌شود. برای اتصال سنسورها به دیواره‌ی مخزن از ژل یا گریس مخصوص معروف به کوپلنت استفاده می‌­گردد. کوپلنت­‌های با ویسکوزیته­‌ی بالاتر مناسب‌تر است زیرا کوپلنت­‌های با ویسکوزیته­‌ی پایین نمی‌­تواند امواج برشی را منتقل نماید. شکل­‌های زیر محل­‌های نصب و تعبیه سنسورها در انواع ترانسفورماتورها را توضیح می‌دهد.

محل­‌های نصب سنسورها

البته این روش نیز مانند سایر روش­‌ها دارای محدودیت­‌هایی می‌باشد. اولین مسئله، ماهیت پیچیده­‌ی انتشار موج آکوستیک امیشن است. از آنجایی که ترانسفورماتورهای قدرت شکل ناهمگنی دارند، لذا موج­‌های منتشر شده بصورت کامل در یک محیط کروی سیر نمی­کنند. منشاء و منبع تولید سیگنال آکوستیک امیشن متأثر از موضوع بازتاب و انعکاس در داخل مخزن و نویزپذیری در مسیرهای چندگانه­‌ی انتشار و همچنین آشفتگی و پراکندگی و جذب در روغن، باعث می­‌شود که دامنه­‌ی سیگنال­‌ها تضعیف گردد.

مطالعات موردی

مورد (1) :

در حین آزمون ولتاژ القا شده در آزمایشگاه، فعالیت PD در یک ترانس 3فاز، MVA 250، KV10,5/121/400، ساخته شده در سال 1998 توسط روش الکتریکال آنالوگ اندازه­‌گیری شد. با استفاده از آزمون آکوستیک امیشن محل PD مشخص گردید که نتایج آن در شکل زیر مشخص است.

نمایش محل­‌های PD در مخزن ترانسفورماتور

پس از دمونتاژ کردن ترانسفورماتور، یک تخلیه الکتریکی غیرعادی داخلی در فاز A ملاحظه گردید (شکل زیر). عایق بین استرس رینگ سیم­‌پیچ 110KV  و هسته­‌ی بالایی شکسته بود.

تخلیه الکتریکی داخلی

مورد (2) :

نتیجه­‌ی آزمون آنالیز گازی برای یک ترانس 350MVA مدل 1976، KV35/115/400 در جدول زیر آمده­‌است. وجود دی­اکسیدکربن نشانه­‌ای از وجود PD در عایق سلولزی می‌­باشد.

نتیجه­‌ی آزمون آنالیز گازی برای یک ترانس 350MVA مدل 1976

فعالیت ناپایدار تخلیه‌ جزئی در طی 14ساعت داده‌­برداری با آزمون آکوستیک امیشن ملاحظه شد که پس از مکان‌­یابی مشخص شد که محل خطا در نزدیکی هسته‌­ی خنک کننده­‌ی فاز A بوده­‌است (شکل زیر) و لذا تصمیم­‌گیری شد که ترانس در سرویس باقی بماند.

نمایش محل­ فعالیت­‌های آکوستیکی در مخزن ترانسفورماتور

گزارش آزمون گازکروماتوگرافی :

جدول میزان عناصر موجود در روغن ترانسفورماتور به شرح زیر است :

میزان عناصر موجود در روغن ترانسفورماتور

وجود عناصر مختلف و میزان آن در روغن، می‌­تواند راهنمایی جهت بررسی اتفاقات و نوع عیوبات موجود در ترانسفورماتور باشد. جدول زیر این موضوع را توضیح می‌­دهد (IEEE Guide C57.104).

مقایسه­‌ی نوع عیب با عناصر موجود در روغن

مقایسه جداول فوق (وجود عناصر هیدروژن و استیلن)، وجود دو عیب تخلیه‌ جزئی وجرقه زنی در روغن را پیش­‌بینی می‌­نماید.

 

 

دانلود مقاله ترانسفورماتورهای قدرت- بخش سوم

print