شکل 3-27- مدل سیستم با دو عضو موازی یا یک عضو آماده به کار …………………………………………………..
57
شکل 3-28- تغییرات (t)R با افزایش عمر…………………………………………………………………………………..
58
شکل 3-29- توزیع نرمال عمر ترانسفورمر…………………………………………………………………………………..
59
شکل 3-30- نسبت دما، پارامتری برای بدست آوردن دمای ساعتی ………………………………………………………
62
شکل 4-1- نمودار بارگذاری ترانسفورمر نمونه در یک سال ……………………………………………………………..
67
شکل 4-2- دمای بیشینه و کمینه روزانه‌ی سال پایه …………………………………………………………………………
68
شکل 4-3- دمای ساعتی سال پایه …………………………………………………………………………………………….
69
شکل4-4- دسترس‌پذیری سیستم یک و دو ترانسفورمری ………………………………………………………………….
70
شکل 4-5- انرژی انتظاری تامین نشده در بارگذاری سبک – یک ترانسفورمر در حال کار و دیگری آماده به کار و
هر دو در حال کار …………………………………………………………………………………………………………………
71
شکل4-6- مجموع تلفات ترانسفورمرها در بارگذاری سبک – یک ترانسفورمر در حال کار و دیگری آماده به کار و هر دو در حال کار ………………………………………………………………………………………………………………
72
شکل 4-7- مجموع هزینه انرژی انتظاری تامین نشده و تلفات در بارگذاری سبک – یک ترانسفورمر در حال کار و
دیگری آماده به کار و هر دو در حال کار ……………………………………………………………………………………….
73
شکل 4-8- هزینه‌ی بهره برداری در بارگذاری سبک – روش بهره‌برداری جدید ……………………………………….
74
شکل 4-9- میزان بار پست در هر بار تغییر روش بهره‌برداری- بار گذاری سبک ……………………………………..
75
شکل 4-10- انرژی انتظاری تامین نشده در بارگذاری سنگین – یک ترانسفورمر در حال کار و دیگریآماده به کار و
هر دو در حال کار …………………………………………………………………………………………………………………
76
شکل 4-11- مجموع تلفات ترانسفورمرها در بارگذاری سنگین – یک ترانسفورمر در حال کار و دیگری آماده به کار و هر دو در حال کار …………………………………………………………………………………………………………
77
شکل 4-12- مجموع هزینه انرژی انتظاری تامین نشده و تلفات در بارگذاری سنگین – یک ترانسفورمر در حال کار و دیگری آماده به کار و هر دو در حال کار………………………………………………………………………………..
77
فهرست شکل‌ها
عنوان
صفحه
شکل 4-13- هزینه‌ی بهره برداری در بارگذاری سنگین – روش بهره‌برداری جدید ……………………………..
78
شکل 4-14- میزان بار پست در هر بار تغییر روش بهره‌برداری- بار گذاری سنگین ……………………………
79
شکل 4-15- منحنی عمر باقیمانده بدون در نظر گرفتن اثر بارگذاری ………………………………………………
80
شکل4-16- قابلیت اطمینان بدون در نظر گرفتن اثر بارگذاری در دوره فرسایش …………………………………
81
شکل4-17- قابلیت اطمینان ترانسفورمر در دوره عمر نرمال …………………………………………………………
81
شکل 4-18- قابلیت اطیمنان ترانسفورمر بدون در نظر گرفتن اثر بارگذاری ……………………………………….
82
شکل 4-19- منحنی عمر باقیمانده ترانسفورمر ها با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سبک- روش بهره برداری متداول ………………………………………………………………………………………………………………………….
83
شکل 4-20- قابلیت اطمینان دوره فرسایش با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سبک – روش متداول بهره‌برداری…
84
شکل 4-21- قابلیت کل سیستم با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سبک – روش متداول بهره‌برداری …………….
84
شکل 4-22- منحنی عمر باقیمانده ترانسفورمر ها با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سبک – روش بهره برداری جدید …………………………………………………………………………………………………………………………..
86
شکل 4-23- قابلیت اطمینان دوره فرسایش با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سبک – روش جدید بهره‌برداری….
86
شکل 4-24- قابلیت اطمینان دوره عمر نرمال – روش جدید بهره‌برداری ………………………………………….
87
شکل 4-25- قابلیت کل سیستم با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سبک – روش جدید بهره‌برداری ………………
88
شکل 4-26- منحنی عمر باقیمانده ترانسفورمر ها با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سنگین- روش بهره برداری متداول ………………………………………………………………………………………………………………………….
89
شکل 4-27- قابلیت اطمینان دوره فرسایش با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سنگین – روش متداول بهره‌برداری.
90
شکل 4-28- قابلیت کل سیستم با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سنگین – روش متداول بهره‌برداری…………….
90
شکل 4-29- منحنی عمر باقیمانده ترانسفورمر ها با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سنگین- روش بهره برداری جدید …………………………………………………………………………………………………………………………..
91
شکل 4-30- قابلیت اطمینان دوره فرسایش با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سنگین – روش جدید بهره‌برداری..
92
شکل 4-31- قابلیت کل سیستم با در نظر گرفتن اثر بارگذاری سنگین – روش جدید بهره‌برداری …………….
92
فهرست شکل‌ها
عنوان
صفحه
شکل 4-32- دمای نقطه‌ی داغ ترانسفورمر با در نظر گرفتن افزایش دمای سیم‌پیچ در اثر جریان هجومی در بارگذاری سنگین ……………………………………………………………………………………………………………..
93
شکل 4-33- دمای نقطه‌ی داغ ترانسفورمر بدون در نظر گرفتن افزایش دمای سیم‌پیچ در اثر جریان هجومی در بارگذاری سنگین ……………………………………………………………………………………………………………..
94
شکل 4-34- تغییرات ضریب تسریع فرسودگی با در نظر گرفتن افزایش دمای سیم‌پیچ در اثر جریان هجومی در بارگذاری سنگین ………………………………………………………………………………………………………….
94
شکل 4-35- تغییرات ضریب تسریع فرسودگی بدون در نظر گرفتن افزایش دمای سیم‌پیچ در اثر جریان هجومی در بارگذاری سنگین ……………………………………………………………………………………………….
95
فصل اول
مقدمه
پیشگفتار
ترانسفورماتورها از اصلی‌ترین تجهیزات شبکه قدرت جهت تأمین انرژی مشترکین به شمار می روند. با توجه به هزینه‌ی بسیار زیاد تعمیرات و نگهداری ترانسفورماتورهای قدرت و از آنجاییکه تعمیر، تهیه و نصب آنها در صورت خرابی مستلزم صرف زمان طولانی است، رخ دادن خطا و ایجاد خرابی در ترانسفورماتورها باعث قطع طولانی مدت انرژی و متعاقب آن کاهش فروش انرژی و درآمد شرکت‌های برق می‌گردد. از این‌رو بهره‌برداری بهینه از ترانسفورماتورها جهت کاهش هزینه و میزان خرابی آنها، از جمله مسائلی است که در حال حاضر پیش‌روی شرکت‌های مدیریت و بهره‌برداری شبکه‌های قدرت در بسیاری از کشورهای دنیا قرار دارد.
تاکنون مطالعات بسیاری در زمینه‌ی بهره‌برداری اقتصادی و بهینه از ترانسفورماتورهای قدرت مبتنی بر دیدگاه‌های متفاوتی انجام شده است. از آن جمله می‌توان به بهره‌برداری اقتصادی از ترانسفورماتورهای قدرت مبتنی بر توان کل و توان راکتیو، مشخصات و پارامترهای فنی ترانسفورماتورها، بهبود ضریب بار، جابجایی بارو … اشاره نمود]7[. این در حالی است که مطالعات و تحقیقات چندانی در زمینه بهره‌برداری اقتصادی ترانسفورماتورهای قدرت با در نظر گرفتن شاخص‌های قابلیت اطمینان صورت نگرفته است. از طرفی در اندک تحقیقات انجام شده، اثر متقابل عوامل تاثیرگذار بر شاخص‌های قابلیت اطمینان و در نهایت اثر تجمعی آنها بر بهره‌برداری بهینه از ترانسفورماتور دیده نشده است.
نکته‌ی چالش بر انگیز در این خصوص اینست که توجه بیش از حد به قابلیت اطمینان باعث هدر رفتن بودجه و سرمایه و افزایش هزینه‌ها خواهد شد و در مقابل توجه نامعقول و غیر منطقی به مسائل اقتصادی و تلاش برای کاهش هزینه بهره‌برداری بدون در نظر گرفتن شاخص‌های قابلیت اطمینان، سیستم را در ناحیه ریسک و خطر قرار خواهد داد، به همین دلیل ایجاد مصالحه و تعادل بین هزینه‌های بهره‌برداری و شاخص‌های قابلیت اطمینان همواره از مهم‌ترین و پیچیده‌ترین مسائل در مطالعات سیستم‌های قدرت بوده است. از این‌رو مهم‌ترین اصل جهت سیاست‌گذاری در بهره‌برداری بهینه از ترانسفورماتورهای پست‌های فوق توزیع و انتقال مبتنی بر مفاهیم قابلیت اطمینان، یافتن تعادل مناسبی بین هزینه‌ها و قابلیت اطمینان می‌باشد.
از طرفی با توجه به تأثیر تغییر روش بارگذاری ترانسفورماتورها بر عمر آنها، تخمین طول عمر باقیمانده ترانسفورماتورهای قدرت در هر لحظه با حفظ سطح قابل قبولی از قابلیت اطمینان، از دغدغه‌های اصلی اغلب دارندگان این تجهیزات، مخصوصاً در مواقعی که ترانسفورماتور در شرایط اضافه بار پیوسته و دوره‌ای قرار می‌گیرد، می‌باشد.
از عوامل مهم در تعیین عمر متوسط ترانسفورمرها در محدوده ترانسفورمرهای قدرت، فوق توزیع و توزیع، توجه به مسائل عایقی این تجهیزات می‌باشد. عوامل مختلفی در این زمینه وجود دارند که می‌توانند هر یک بر عمر عایقی ترانسفورمر اثرگذار باشند.
زوال عایق تابعی از دمای کار، رطوبت و اکسیژن موجود در عایق می‌باشد. امروزه با سیستم‌های مدرن فرآوری و نگهداری روغن و عایق‌های دیگر ترانسفورمر، اکسیژن و رطوبت عایق‌ها حداقل شده است، از آنجا که توزیع دما در ترانسفورمر یکنواخت نیست، تحقیقات روی تعیین داغ‌ترین نقطه ترانسفورمر (اصطلاحاً نقطه داغ) متمرکز شده است و از آن به عنوان عامل اصلی تعیین فرسایش عایقی یاد می‌شود.
حد بارگذاری ترانسفورمر به صورت جداولی در استانداردهای IEEE به شماره‌های C57.91-1981، C57.92-1982 و C57.115-1991 ارائه شده است. اما در استاندارد C57.91-1995 مربوط به بارگذاری ترانسفورمرهای روغنی، این جداول حذف شده‌اند و به جای آنها مدل انتقال حرارتی ارائه شده است که کاربر می‌تواند بر مبنای روابط حالت گذرای آن و با بهره گرفتن از مشخصات حرارتی ترانسفورمر مورد نظر به دست آمده از آزمایش، دمای نقطه داغ را تعیین کند. برای تعیین دمای نقطه داغ در این مدل حرارتی، بارگذاری وارد روابط می‌شود. از این رو بارگذاری یکی از موارد تأثیرگذار روی دماهای ترانسفورمر مخصوصاً دمای نقطه داغ می‌باشد.
از طرفی تا زمانی که ترانسفورمر به محدوده عمر متوسط وارد نشده صرفاً خرابی‌های اتفاقی اجزاء در دوره عمر مفید در تعیین قابلیت اطمینان نقش دارند [8]. ولی
این مطلب را هم بخوانید :
پایان نامه روانشناسی درباره روانشناسی خط
در زمان ورود ترانسفورمر به محدوده عمر متوسط، فرسایش نیز روی قابلیت اطمینان ترانسفورمر تأثیرگذار خواهد بود. مهم‌ترین عامل در تعیین قابلیت اطمینان در مرحله فرسایش، عمر متوسط ترانسفورمر می‌باشد [8،9]. همان طور که ذکر شد عمر متوسط ترانسفورمر متأثر از دمای نقطه داغ و در نتیجه بارگذاری می‌باشد.
هدف تحقیق
ارزیابی دسترس‌پذیری و قابلیت اطمینان پست دارای دو ترانسفورماتور موازی در یک دوره بهره‌برداری بلندمدت و معین با اعمال روش پیشنهادی با فرض خروج عمدی یک ترانسفورماتور آن و قرار دادن آن در حالت آماده به کار.
محاسبه مجموع تلفات ترانسفورماتورها و انرژی انتظاری تأمین نشده[1] و تبدیل آنها به شاخص‌های اقتصادی و مقایسه دو روش بهره‌برداری متداول و روش جدید پیشنهادی با رویکرد حداقل نمودن هزینه کل بهره‌برداری از ترانسفورماتور در افق زمانی معین.
بررسی تأثیر روش جدید بهره‌برداری بر طول عمر ترانسفورماتورها و تخمین طول عمر باقیمانده آنها و همچنین قابلیت اطمینان سیستم در دوره فرسایش.
در این پایان‌نامه با مطالعه موردی روی یکی از پست‌های انتقال کشور نشان داده خواهد شد که بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای موازی یک پست بر اساس روش جدید پیشنهادی در این تحقیق چه تأثیری بر هزینه بهره‌برداری، قابلیت اطمینان، طول عمر و زمان شروع فرسایش ترانسفورماتورها خواهد داشت در حالی که تاکنون در هیچ پژوهشی این روش بهره‌برداری مطرح و مورد بررسی قرار نگرفته است.
فصل دوم
مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه‌ی بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای قدرت
مقدمه
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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از تغییرات عمر مفید در اثر بارگذاری با به‌کارگیری تابع توزیع نرمال قابلیت اطمینان در دوره فرسایش بررسی‌شده است.
