روش‌­های ردیابی و مانیتورینگ تخلیه جزئی

در اکثر مواقع شکست الکتریکی در ادوات فشار قوی بخاطر تنش‌­های حرارتی، مکانیکی و یا الکتریکی صورت می‌­پذیرد. تخلیه جزئی هم علامتی برای شکست عایقی و هم علامتی برای آسیب دیدن بیشتر عایق است. لذا آشکارسازی تخلیه‌جزئی وضعیت عایقی و مسائل مربوط به تشخیص آن را در عایق­‌های فشار قوی برعهده دارد. از حدود 40 سال پیش، روش­‌های مختلفی برای آشکارسازی تخلیه‌جزئی در ادوات فشار قوی گسترش یافته­‌است. می‌­توان این روش‌­ها را در 4 گروه بر اساس مبنای آشکارسازی تخلیه‌جزئی تقسیم­‌بندی نمود: 1) شیمیایی 2) الکتریکی 3) آکوستیکی 4) نوری

 البته آشکارسازی نوری استفاده‌­ی گسترده­‌ای در ترانسفورماتورها به‌­علت ماهیت غیر شفاف روغن معدنی آن‌­ها، ندارد.

آشکارسازی شیمیایی:

تخلیه‌جزئی به روش شیمیایی می‌­تواند آشکارسازی گردد، چراکه هنگام عبور جریان از حباب در حین تخلیه جزئی، روغن اطراف حباب به مؤلفه­های شیمیایی مختلفی تجزیه می‌­شود. دو روش ابتدایی و عمده که امروزه انجام می‌­گیرد عبارتند از:

  1.  آزمون گازهای حل شده (DGA)   2.  کراماتوگرافی

آزمون آنالیز گازهای حل شده، سطوح گازها را که در روغن ترانسفورماتور بر اثر تجزیه تولید شده، تشخیص می‌­دهد و مقدار آن‌­ را می­‌سنجد. معمولاً گازهای تجزیه شده شامل: استیلن، متان، هیدروژن، دی­اکسیدکربن و اتیلن می‌­باشد. آزمون آنالیز گازهای حل شده می­‌تواند وجود تخلیه‌جزئی را در ترانسفورماتور تشخیص دهد، همچنین با گسترش و تکمیل این روش اطلاعات تشخیصی اضافه­‌ای نیز هم‌اکنون از درون این آزمون می‌­توان استخراج نمود که با توجه به جداول آماری بسیار توسعه یافته برای روش و سطح گازهای تولید شده، شدت تخلیه‌جزئی را نیز تا حدی می‌­توان حدس زد. اما هنوز هم برخی از کارشناسان در مورد غلظت مقدار این گازها برای تشخیص نوع و مقدار خطا بحث می‌­کنند.

آزمون کروماتوگرافی بر مبنای اندازه­‌گیری شکست عایقی روی جداره­‌ی ترانسفورماتور صورت می­‌پذیرد. چون سطح جداره­‌ی ترانسفورماتورها توسط کاغذهای مخصوصی عایق شده‌­است، شکست عایقی، گلوکز و یا مؤلفه­‌های تجزیه شده­‌ی آن را در پی خواهدداشت. آزمون روی مقداری از روغن ترانسفورماتور که از داخل ترانسفورماتور نمونه‌­برداری شده در آزمایشگاه مورد ارزیابی قرار می‌­گیرد. این روش نیز مانند روش آنالیز گازی با موانعی همراه است. به عنوان مثال سطح گلوکز در داخل روغن به علت قابلیت حل شدن پایین آن در روغن، بسیار کم است. لذا این تست نیز با خطا همراه است.

آشکارسازی تخلیه‌جزئی به روش شیمیایی محدودیت­‌های بسیاری دارد. نخست اینکه، این روش به هیچ عنوان اطلاعاتی را در مورد مکان تخلیه‌جزئی ارائه نمی‌کند. مشکل دوم اینکه، روش‌­های شیمیایی در ارائه­‌ی اطلاعات درباره وسعت و میزان تخلیه‌جزئی ناتوان هستند. با این حال تحقیقات زیادی در رابطه با اضافه نمودن برچسب­‌های شیمیایی به عایق ترانسفورماتور صورت‌پذیرفته که در هنگام تخلیه‌جزئی این مؤلفه‌­ها خود را در روغن ترانسفورماتور رها می­‌کنند و باعث شناسایی راحت­‌تر و بهتر تخلیه‌جزئی توسط این روش می‌­شود. اگر این برچسب­‌ها تولید شوند و در عایق ترانسفورماتورهای جدید به کار گرفته‌شوند، روش کروماتوگرافی با عملکرد بالا، اطلاعات دقیق­‌تری را در مورد خطای تخلیه جزئی در اختیارمان قرار خواهد داد. مشکل سوم در مورد روش­‌های شیمیایی این است که، در هنگام روشن بودن و فعالیت ترانسفورماتور این آزمون­‌ها قابل انجام نمی‌­باشد.

آشکارسازی الکتریکی

آشکارسازی تخلیه جزئی توسط این روش بر روی بدست آوردن پالس­‌های الکتریکی ناشی از عبور جریان در حباب­‌ها تمرکز می‌­کند. این پالس‌­ها که چند نانو ثانیه بیشتر طول نمی­‌کشد قابل اندازه­‌گیری با مؤلفه­‌های فرکانسی بزرگتر از  1MHz  می­‌باشد. شکل پالس­‌ها به مکان فاز در سیکل متناوب خود ترانسفورماتور نیز بستگی دارد. در این نوع آشکارسازی، بزرگی سیگنال پالس، اطلاعاتی را در مورد نوع خطای تخلیه جزئی و شدت آسیب عایقی در اختیارمان قرار می‌­دهد.

روش آشکارسازی الکتریکی در دو گروه دسته­‌بندی می­‌شود :

1- کاوش مستقیم

2- گسیل فرکانس رادیویی

روش کاوش مستقیم به کوپل کننده­‌های فازی نیاز دارد که به خروجی فازهای ترانسفورماتور وصل می­‌شود. روش دوم، یعنی آزمون گسیل RF با قراردادن یک آنتن در ناحیه­‌ای که ترانسفورماتور قرار دارد، صورت می‌­پذیرد که خود به 2 روش تقسیم­‌بندی می­‌گردد:

الف- VHF: این روش امواج رادیویی در محدوده­‌ی 300-30 مگاهرتز را از طریق یک آنتن هوایی، اندازه­‌گیری می‌­کند. میرایی سیگنال و کاهش نویز شبیه ولی کمتر از فرکانس UHF است.

ب- UHF: در این روش امواج رادیویی در محدوده­‌ی 300 مگاهرتز تا 3 گیگاهرتز توسط دریافت کننده‌­های پنجره­‌ای، اندازه­‌گیری می­‌شود.سیگنال‌­های PD به شدت زمانی­که از بوش‌­ها می­‌گذرند یا مسافت زیادی را در داخل روغن طی می­‌کنند، به شدت میرا می­‌شوند. عملکرد موبایل و ایستگاه­‌های تلویزیونی در پهنای باند UHF ممکن است سبب تولید نویزهای شدید گردد.

روش­‌های آشکارسازی الکتریکی به وسیله­‌ای برای ثبت محدوده­‌ی زمانی جهت ردیابی سیگنال­‌های PD نیاز دارند. این امر با استفاده از پردازش سیگنال دیجیتال محقق می­گردد. روش­‌های پردازش سیگنال می­‌توانند آشکارسازی الکتریکی تخلیه جزئی را بصورت آنلاین فراهم سازند چرا که توانایی سنجش وضعیت زمانی سیستم فشار قوی را دارا می­‌باشد.

همانند روش آشکارسازی شیمیایی، روش آشکارسازی الکتریکی نیز محدودیت­‌هایی دارد. اولین محدودیت آزمون الکتریکی، در معرض خطر بودن آشکارسازی توسط نویز می‌­باشد. محیط پیرامون ترانسفورماتور فشار قوی شامل سطوحی از نویزهای الکتریکی است و پهنای باند کوچک تخلیه جزئی و نویز باعث تداخل و ارائه­‌ی اطلاعات درست می‌­شود. در بعضی شرایط تمایز بین تخلیه جزئی و نویز بخاطر کوچک بودن عرض پالس تخلیه جزئی بسیار سخت است. برای حل این مشکل، ترانسفورماتور می‌­تواند از حالت آنلاین خارج و به یک منبع آزمون برای حذف برخی از نویزها متصل گردد. اما خارج کردن ترانسفورماتور از خط می­‌تواند صدها هزار دلار در هر روز برای شبکه­‌های برق ایجاد هزینه نماید.

مشکل دیگر آشکارسازی الکتریکی این است که دریافت مشخصه­‌های پالسی، وابستگی زیادی به شکل هندسی ترانسفورماتور دارد. اجزای متفاوت ترانسفورماتور می‌­تواند باعث کج شدن شکل پالس مورد نیاز برای مشخص سازی نوع خطای تخلیه جزئی گردد. همچنین این مشکل می‌تواند باعث آشکارسازی نادرست گردد. اگرچه آشکارسازی الکتریکی مشکلات فراوانی دارد، اما این مدل آشکارسازی نیز کاربرد گسترده­‌ای در سیستم­‌های قدرت در سراسر دنیا به جهت ارائه­‌ی اطلاعات با ارزش برای مدیران دارد.

آشکارسازی آکوستیکی (AE) :

این روش نیز همانند روش الکتریکی بر روی اکتساب داده­‌ها و ثبت سیگنال­‌های تولیدشده از تخلیه‌جزئی تمرکز دارد. با این حال به جای بدست‌آوردن سیگنال­‌های الکتریکی، این روش در طول مدتی که تخلیه جزئی اتفاق می­‌افتد، سعی در درک نمودن سیگنال­‌های AE 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 AE 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 تخلیه‌جزئی 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 تخلیه‌جزئی می‌­تواند به تکنسین­‌ها در تعمیر نقطه آسیب عایقی به جهت اطلاعات دقیقی که در مورد مکان تخلیه‌جزئی 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 تخلیه‌جزئی 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 AE 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 AE می‌­باشد. این روش نیز مانند سایر روش‌­ها دارای محدودیت­‌هایی می­‌باشد. اولین مسئله، ماهیت پیچیده­‌ی انتشار آکوستیکی انتشار موج AE است. از آنجایی که ترانسفورماتورهای قدرت شکل ناهمگنی دارند، لذا موج­‌هایی که منتشر می‌شود بصورت کامل در یک محیط کروی سیر نمی‌­کنند. منشاء و منبع تولید سیگنال AE 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.

مقایسه‌ای ما­بین مزیت­‌ها و محدودیت­‌های 3 روش اشاره شده فوق آشکارسازی

مقایسه‌ای ما­بین مزیت­‌ها و محدودیت­‌های 3 روش اشاره شده فوق

 

دانلود مقاله آشکارسازی -ترانسفورماتورهای قدرت 

print