یکی از مهمترین مسائل پیش روی شرکت های تولید و توزیع برق در یک بازار برق تعمیر و نگهداری تجهیزات می باشد. در سال های اخیر با توجه به ساختار رقابتی در این بازار شرکت های برق به سمت استفاده از روش های تعمیر و نگهداری مبتنی بر وضعیت (cbm) حرکت کرده اند. هسته ی مرکزی cbm را سیستم های مونیتورینگ وضعیت تشکیل می دهند که این سیستم ها به طور کلی شامل اجزائی از قبیل اکتساب داده، پردازش، تحلیل، استنباط و استخراج اطلاعات مفید از داده ها و تصمیم گیری می باشد. این اطلاعات برای تشخیص وضعیت سلامت تجهیز و انحراف وضعیت آن از حالت عادی مفید می باشد. اگر اینچنین باشد، آنگاه تشخیص وضعیت خطا و پیش-بینی های لازم به عمل می آید. در نهایت در مورد زمان و چگونگی عملیات تعمیر و نگهداری تصمیم گیری می شود. با توجه به اهمیت مونیتورینگ وضعیت به عنوان هسته ی مرکزی cbm در سال های اخیر روش-های مختلفی برای طراحی و پیاده سازی سیستم مونیتورینگ وضعیت بکار گرفته شده است. مسائل پیش روی طراحان این سیستم ها با صرف نظر از جنبه های سخت افزاری سیستم (سنسورها، مبدل ها و سایر اجزای سیستم سخت افزاری اکتساب داده) عبارتند از: حجم زیاد داده های برداشت شده از تجهیز و یا تجهیزات و دشوار بودن تحلیل این داده ها، کمبود افراد خبره برای تحلیل داده های مونیتورینگ و نیاز به استفاده از روش های هوشمند تحلیل داده، پراکنده بودن سیستم از نظر فیزیکی و نیاز به استفاده از شبکه های مخابراتی و یا کامپیوتری برای دسترسی به کل سیستم و همچنین مسائل دیگری از قبیل منعطف و قابل توسعه بودن سیستم مونیتورینگ، آن را تبدیل به یک سیستم هوشمند تحت شبکه با قابلیت توسعه پذیری تبدیل می کند. با توجه به ویژگی های اشاره شده در مورد سیستم مونیتورینگ، از بین روش های موجود برای پیاده سازی این گونه سیستم ها، سیستم های هوشمند تحت web و سیستم های چند عاملی گزینه های مناسبی می باشند. اما از بین این دو روش سیستم های چندعاملی با توجه به ویژگی های منحصر بفرد آن ها ازجمله قابلیت پیاده سازی سیستم-های هوشمند توزیع شده تحت شبکه و منعطف بودن این گونه سیستم ها گزینه ی بسیار مناسبی برای طراحی و پیاده سازی سیستم مونیتورینگ می باشند. همچنین قابلیت اتصال سیستم های چند عاملی به سیستم های تحت web و استفاده ی این گونه سیستم ها از تکنولوژی ها و پروتکل های موجود یکی دیگر از مزایای استفاده از سیستم های چند عاملی می باشد. یک سیستم چندعاملی متشکل از تعدادی عامل نرم افزاری می باشد که این عامل ها دارای ویژگی های خودمختاری، قابلیت ارتباط و واکنش-پذیری هستند. در این پایان نامه ابتدا سیستم های مونیتورینگ وضعیت ترانسفرمر و ژنراتور از جنبه های مختلف مورد بررسی قرار می گیرند. برای این منظور عیوب مختلف و تکنیک های مونیتورینگ این دو نوع تجهیز معرفی می شوند. همچنین سیستم های چند عاملی، تعاریف و استاندارد های آن ها مطرح می-شود و جنبه های مرتبط با طراحی این سیستم ها مورد بحث قرار می گیرد. بسته ی نرم افزاری jade به عنوان یکی از ابزار های قدرتمند پیاده سازی سیستم های چند عاملی معرفی و قابلیت های آن مورد بحث قرار می گیرد. مهم ترین بخش این پایان نامه شامل معرفی یک روش طراحی سیستم های مونیتورینگ وضعیت تجهیزات می باشد. این روش بر اساس تحلیل ملزومات سیستم های مونیتورینگ و همچنین جنبه های مختلف دخیل در طراحی سیستم های چند عاملی ارائه شده است. مهمترین ویژگی های روش طراحی مطرح شده جامع بودن آن برای طراحی سیستم های مونیتورینگ می باشد. همچنین سیستم های طراحی شده توسط این روش قابلیت هایی از قبیل انعطاف پذیری و توسعه پذیری را از سیستم های چند عاملی به ارث می برند. در انتها با استفاده از روش طراحی ارائه شده، یک سیستم مونیتورینگ وضعیت نمونه برای مونیتورینگ تخلیه ی جزئی در ترانسفرمر طراحی می شود. زیر ساخت سخت افزاری سیستم مونیتورینگ نمونه طراحی شده در این پایان نامه یک سیستم مونیتورینگ تخلیه ی جزئی چند کاناله می باشد. داده های خروجی سیستم مونیتوینگ چند کاناله به عنوان داده های خام در سیستم مونیتورینگ نمونه مورد استفاده قرار می گیرند. به عبارت دیگر سیستم مونیتورینگ وضعیت نمونه مکمل سیستم مونیتورینگ چند کاناله می باشد و در راستای ارتقای این سیستم طراحی می شود. سیستم مونیتورینگ نمونه به عنوان گام اول در تحقق سیستم مونیتورینگ توزیع شده می باشد و قابلیت هایی از جمله اتصال و بکار گیری سرویس های web نیز در آن وجود دارد. ساختار این پایان نامه به این صورت می باشد: ملزومات cbm و سیستم های مونیتورینگ وضعیت در فصل اول مطرح می شوند. بخش اول از فصل دوم به معرفی عیوب عایقی و تکنیک های مونیتورینگ ترانسفرمر و ژنراتور اختصاص دارد. بررسی روش های هوشمند بکار گرفته شده در سیستم های مونیتورینگ و معرفی سیستم های چند عاملی از مباحث مطرح شده در بخش دوم از فصل دوم می باشند. در فصل سوم پایان نامه روش طراحی سیستم های مونیتورینگ وضعیت بر پایه ی سیستم های چند عاملی ارائه و روند طراحی سیستم مونیتورینگ نمونه (مونیتورینگ تخلیه ی جزئی در ترانسفرمر) مطرح می شود. جمع بندی مباحث مطرح شده در پایان نامه و ارائه ی پیشنهادات برای کار-های آتی در فصل چهارم انجام می گیرد.

همه شرکت های برق، این روزها نگران نرخ بالای خرابی ترانسفورماتور های توزیع در حال کار هستند. به دلیل تعدد ترانسفورماتور های توزیع و استفاده در نقاط مختلف و بعضاً دور از دسترس، اعمال سرویسهای تعمیر و نگهداری دوره ای منظم به راحتی امکانپذیر نمی باشد و این باعث می گردد تا ترانسفورماتور هائی که در معرض تنش های قویتری قرار گرفته اند و یا از سرویس و نگهداری مناسبی برخوردار نمی باشند پس از مدت نسبتاً کوتاهی معیوب گردیده و از مدار خارج گردند. روش های معمول ارزیابی شرایط که برای ترانسفورماتور های قدرت کاربرد دارند نیز برای ترانسفورماتور های توزیع مقرون به صرفه نیستند. علاوه بر این، با اینکه افزایش نرخ خرابی ترانسفورماتور توزیع، نگرانی بزرگ همه شرکتهای توزیع برق می باشد، دراکثر موارد علل خرابی ها، تحلیل نمی شود. درحالیکه از تحلیل خرابی های ترانسفورماتورهای برکنار شده و گردآوری آن بانک اطلاعاتی مفیدی حاصل می شود. در اینجا سعی شده است با اندازه گیری و تحلیل پارامترهایی که اندازه گیری آنها برای ترانسفورماتورهای توزیع دارای توجیه اقتصادی است، بررسی وضعیت ترانسفورماتورهای توزیع صورت گیرد. در این پایان نامه ابتدا انواع خرابی های ترانسفورماتور به همراه دلایل ایجاد آن ذکر شده سپس رابطه عمر ترانسفورماتور با میزان دما و بارگیری آن توضیح داده می شود. پس از آن تحلیل آماری ترانسفورماتور های معیوب ارائه می شود و سپس چگونگی ساخت دستگاه مانیتورینگ شرح داده می شود. در ادامه، داده های ثبت شده برای هر یک از ترانس های نمونه تحلیل شده و پس از آن مدل حرارتی ترانسفورماتور به دست می آید. در نهایت از مدل حرارتی برای بررسی وضعیت ترانس های نمونه استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای قدرت یکی از مهمترین اجزای سیستم قدرت به شمار میروند و به همین دلیل ارزیابی صحیح از وضعیت آنها و تشخیص خطاهای الکتریکی و حرارتی در آنها موجب افزایش زمان دسترسی به آنها و کاهش زمان لازم برای تعمیر و نگهداری می گردد. به این منظور روشهای متعدد پایش ترانسفورماتور و تشخیص خطاهای بدوی ابداع شده است و به عنوان یکی از مهمترین روشها استفاده از گازهای محلول در روغن از سالهای دور مورد استفاده بوده است. هدف از انجام این پایان نامه پیاده سازی نرم افزاری جهت تشخیص ارتباط گازهای موجود در روغن ترانسفورماتور و عیوب ترانسفورماتورهای قدرت به صورت هوشمند است. در فصل اول روشهای تشخیص عیب و ارزیابی وضعیت ترانسفورماتورهای قدرت بررسی شده اند. در فصل دوم روشهای تشخیص خطا با استفاده از تجزیه و تحلیل گازهای حل شده در روغن بررسی شده اند. در فصل سوم در خصوص ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور با استفاده از آنالیز گازهای محلول مطالبی ارائه شده است. در فصل چهارم با تکیه بر مطالب ارائه شده در فصل دوم و سوم الگوریتمی بر مبنای منطق فازی جهت ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور ارائه و روش ترکیبی iec و دووال به عنوان بهترین روش تشخیص خطا معرفی شده است. در این روش غلظت گازهای کلیدی و نرخ رشد آنها با استفاده از معیارهای بیان شده در مراجع معتبر فازی می شوند و پایگاه قواعد فازی مناسب که بر مبنای روش گاز کلیدی به وجود آمده است, زمان نمونه گیری بعدی و متناظر با آن وضعیت ترانسفورماتور را تعیین می کند. در این فصل جعبه ابزار ایجاد شده به نام dgatoolbox نیز معرفی شده است. در فصل پنجم با استفاده از نمونه های موجود تجزیه و تحلیل گازهای محلول در روغن ترانسفورماتورهای 63 کیلوولت برق تهران توانایی تشخیص ترکیب الگوریتم فازی ارائه شده و روش ترکیبی iec&duval اعتبار سنجی شده است.

اولین گام در بهره گیری از امواج uhf در آشکارسازی تخلیه جزئی، مدل سازی و شبیه سازی انتشار امواج uhf ناشی از تخلیه جزئی در تجهیز تحت آزمایش و بررسی سیگنال های دریافتی از نقاط مختلف آن می باشد. در این پایان نامه ضمن بررسی مطالعات انجام شده در این زمینه، شبیه سازی های جدید سه بعدی در نرم افزار cst انجام شده است. با توجه به محدودیت های پردازشی این نرم افزار، مدلسازی مورد نظر با به کار گیری روش تفاضل محدود در حوزه زمان به صورت کد نویسی در محیط matlab و c++، نیز صورت گرفته است. نتایج این شبیه سازی ها برای یک محیط نمونه نوعی مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است که مشاهده گردید تطابق خوبی بین آنها وجود دارد. با بهره گیری از محیط شبیه سازی ایجاد شده، تاثیر عوامل مختلف بر سیگنال های دریافتی توسط سنسورها مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با ایجاد چنین محیطی، امکان بررسی وقوع تخلیه جزئی در سیستم عایقی بخش های مختلف ترانسفورماتورها امکان پذیر می گردد که تاکنون در مطالعات انجام شده لحاظ نگردیده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که بخش فعال ترانسفورماتور، تاثیر بسزایی در سیگنالهای دریافتی دارد و میبایستی در شبیه سازی ها مد نظر قرار گیرد. همچنین از سیگنال های دریافتی می توان در بررسی صحت الگوریتم مکانیابی استفاده نمود که در این پایان نامه با تلفیق الگوریتم pso و fdtd، مکانیابی تخلیه جزئی نیز انجام شده است. از جمله کاربردهای دیگر این محیط شبیه سازی شده می تواند ارزیابی آنتن های طراحی شده در باند uhf باشد.

نقش ترانسفورمرها در قابلیت اطمینان شبکه های تولید وانتقال با فرارسیدن موج پیری ترانسفورمرها و خصوصی سازی از اهمیت بیشتری برخوردار شده است. از یکسو بهره برداران سعی در استفاده حداکثری از این تجهیزات داشته و از طرف دیگر بروز خرابی ناخواسته در این تجهیزات علاوه بر هزینه های ناشی از خرابی و تعمیرات، جریمه های ناشی از خروج ازمدار را نیز به بهره بردار تحمیل خواهد کرد. بنابر ملاحظه فوق روشهای تعمیر و نگهداری از حالت مبتنی بر تعمیرات دوره ای در بازه های زمانی مشخص به تعمیر و نگهداری مبتنی بر وضعیت تجهیز در حال تغییر هستند. استفاده از این روش تعمیر ونگهداری نیازمند داشتن روشهای ارزیابی وضعیت موثری است که بتواند به صورت برخط وضعیت تجهیز را پایش نموده و به بهره بردار اطلاعات لازم راجع به وضعیت فعلی ترانسفورمر را ارائه نماید. تاکنون روشهای مختلفی جهت ارزیابی وضعیت ترانسفورمر معرفی شده اند. پاره ای از این روشها به صورت کلاسیک مورد استفاده قرار می گرفته اند و پاره ای از آنها نیز در سالهای اخیر معرفی و تکمیل شده اند. در این پژوهش تلاش شده است تا از روشهائی استفاده شود که از قابلیت ارزیابی برخط برخوردار بوده و از قدرت همپوشانی در اظهارنظر راجع به عیوب مشترک برخوردار باشند. برای این منظور روشهای تحلیل گازهای حل شده در روغن، اندازه گیری برخط تخلیه جزئی، مدلسازی حرارتی، اندازه گیری میزان لرزش و پایش وضعیت بوشینگ انتخاب شدند. هر روش به منظور استفاده به صورت برخط توسعه داده شد و علاوه بر این در روش تحلیل گازهای حل شده در روغن و مدل حرارتی از روشهای ترکیب اطلاعات جهت بهبود کارآئی استفاده گردید. در نهایت یک مدل ارزیابی ترکیبی وضعیت عایقی ترانسفورمر براساس پارامترهای استخراجی هر روش و همپوشانیهای موجود ارائه گردید. به جهت وسعت دامنه پارامترها و وجود دانش مورد نیاز در این زمینه برای این کار از یک سیستم فازی استفاده شد. چنین سیستمی با استفاده از نرخ تولید گاز مربوط به هر عیب و پارامتر کمکی(انحراف مدل حرارتی، غلظت گازهای محلول در روغن و یا میزان تخلیه جزئی) به تعیین شدت عیب ترانسفورمر پرداخته که نهایتاً بر اساس آن به ارزیابی وضعیت ترانسفورمر پرداخته شده است. وضعیت بوشینگ و شدت لرزشهای مکانیکی نیز به صورت موازی جهت تشخیص وضعیت مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بررسیهای مذکور به صورت عملی نیز در یک سیستم جامع پیاده سازی گردیده و اعتبار روشها مورد تحقیق قرار گرفته است.

یکی از مهمترین فاکتورهای تولید قیمت تمام شده میباشد, به این منظور از نانو فیلر پرداخت نشده استفاده شده و همینطور برای مخلوط کردن نانو به صورت یکنواخت در نمونه از دستگاه مخلوط کن با سرعت بالا همراه با دستگاه ultrasonic استفاده شده است. از آنجایی که چگونگی مخلوط شدن نانو داخل اپوکسی دارای اهمیت بالایی میباشد, برای مشاهده چگونگی مخلوط شدگی نانو داخل اپوکسی از عکسهای میکروسکوپی sem ( scanning electron microscope) استفاده شد. در آخر نیز اینگونه نتیجه میشود که با افزایش نانو در برخی از خواص الکتریکی و دی الکتریک بهبود حاصل گشته است که در داخل متن به طور جامع مورد بحث قرار میگیرد.

عملکرد ترانسفورماتورها در سطوح مختلف نقش کلیدی و موثری در حفظ پایداری و ارتقای قابلیت اطمینان شبکه قدرت دارد. اما عوامل متعددی از قبیل بهره برداری غلط، عدم انجام سرویس و تعمیرات به موقع که ناشی از عدم دسترسی به اطلاعات جامع درخصوص ترانسفورماتورها است، موجب به وجود آمدن شرایط بحرانی برای آن می شود. این شرایط بحرانی علاوه بر اینکه منجر به کاهش طول عمر ترانسفورماتورها (پیری زودرس) و یا تحمیل هزینه های تعمیرات و تعویض قطعات آن می شود، بعضاً موجب از مدار خارج شدن ترانسفوماتورها و به دنبال آن محدودیت در انتقال قدرت در شبکه می شود. با توجه به اهمیت ترانسفورماتور، در سال های اخیر بهره برداری بهینه آن در دنیا مورد توجه قرار داشته است. برای رسیدن به این هدف سیستم های مانیتورینگ on-line ترانسفورماتورها، که بر پایه استخراج پارامترهای ترانسفورماتور و پردازش و آنالیز آنها عمل می کنند، طراحی و ساخته شده اند. امروزه بیشتر تولید کنندگان ترانسفورماتورهای قدرت با سایزهای بزرگ، آن ها را مجهز به سیستم-های مانیتورینگ می کنند. اما ترانسفورماتورهای توزیع و سایزهای کوچک به علت عدم صرفه اقتصادی توجه ای به آن ها نمی شود. زیرا این ترانسفورماتورها در منطقه وسیع جغرافیایی پراکنده شده اند و جمع آوری اطلاعات آن ها، بر اساس روش ها سنتی، مشکل می باشد و هزینه زیادی را متحمل می کند. اما با توجه به این موضوع که بستر شبکه های مخابراتی امروزه تقریباً در تمام مناطق وجود دارد، استفاده از این بستر را برای انتقال اطلاعات در ذهن تداعی می کند. با توجه به مطالب ذکر شده، ما در این پایان نامه به معرفی یک سیستم جمع آوری اطلاعات ترانسفورماتورهای توزیع پرداختیم. این سیستم از شبکه gsm و مودم های gsm برای انتقال اطلاعات ترانسفورماتورها به یک مرکز کنترل ، استفاده می کند. این اطلاعات به صورت برخط در داخل یک سرور کامپیوتر ذخیره خواهد شد. عمل تحلیل و تشخیص وضعیت ترانسفورماتورها با استفاده از نرم افزارdtmas که مطابق با ساختار سخت افزاری طراحی شده است، انجام می شود. تحلیل های این نرم افزار براساس استاندارهای معتبر، که در پایان نامه ذکر شده است، انجام می گیرد و با اعلام پیام هشدار کاربر شبکه را از وضعیت نامطلوب احتمالی آگاه می کند.

power transformers are important equipments in power systems. thus there is a large number of researches devoted of power transformers. however, there is still a demand for future investigations, especially in the field of diagnosis of transformer failures. in order to fulfill the demand, the first part reports a study case in which four main types of failures on the active part are investigated based on current diagnostic methods. in details, section 2 presents an overview of power transformers and statistics of transformer failures from a report of cigre. then a test transformer is introduced as an object of the thesis and four failure modes consisting of open-circuit, short-circuit-disc-to-disc, short-circuit-to-ground and ungrounded core are simulated on the test transformer. section 3 introduces the so-called state-of-the-art diagnostic techniques which can be divided into two groups: traditional- and advanced methods. traditional methods such as transformer ratio, magnetic balance, short-circuit impedance tests etc. are performed normally at power frequency. advanced methods such as frequency response analysis, frequency response of stray losses etc. are performed at different frequencies. afterwards, section 4 applies several appropriate traditional- and advanced diagnostic methods to give interpretation for detection of simulated failures on the transformer. furthermore, in order to verify measured results, the finite element method (fem) is exploited for simulation of flux distribution in the transformer in healthy- and open-circuit failure mode.

در این پایان نامه مدل امواج صوتی ناشی از تخلیه جزئی و نحوه انتشار آن در ساختار یک ترانس روغنی ارائه شده است. تخلیه جزئی به صورت یک منبع فشار صوت نقطه ای، به شکل یک پالس گوسی مدوله شده در فرکانس مرکزی 125 کیلوهرتز در نظر گرفته شده است. روش تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd)1 برای این مدل سازی در محیط برنامه نویسی c++ مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به نتایج بدست آمده نشان داده می شود که استفاده از مدل منبع مدوله شده، جواب های بهتری نسبت به منبع تک پالس در پی دارد. علت دشواری آشکارسازی تخلیه های داخل سیم پیچ، با بررسی الگوی انتشار و میزان تضعیف صوت در گذر از یک محیط به محیط دیگرمشخص و همچنین مکانی برای نصب حسگرها پیشنهاد شده است. در پایان نیز روشی برای مکان یابی صوتی تخلیه جزئی در ترانسفورماتور با استفاده از همبستگی میان سیگنال های مرجع اندازه گیری شده توسط سنسورها و سیگنال-های بدست آمده در شبیه سازی ارائه گردیده است.

عایق های سلولزی به خاطر خواص خوب الکتریکی و دسترسی وسیع در طبیعت از بیش از یک قرن پیش به صورت گسترده در تجهیرات فشار قوی شامل ترانسفورماتورها و کابل ها مورد استفاده قرار گرفته اند. با توجه به اینکه عمر این تجهیزات به شدت وابسته به عمر عایق های سلولزی می باشد، بنابراین تعیین وضعیت عایق سلولزی برای شناسایی وضعیت دقیق سلولز به منظور جلوگیری از خسارت های شدید و برون رفت های غیر منتظره تجهیزات از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هنگامی که عایق کاغذ دچار پیری می شود زنجیره سلولز پاره شده که موجب کاهش شدید استقامت مکانیکی آن می شود. روش های تشخیصی متنوع و رهیافت های مبتنی بر آن برای تعیین وضعیت عایق سلولز معرفی گردیده اند. این روش ها در تعیین دقیق وضعیت عایق کاغذ یا به عبارتی درجه پلیمریزاسیون آن ناموفق بوده اند. این پایانامه عمدتاً تأثیر احتمالی درجه پلیمریزاسیون بر روی پاسخ دی الکتریک عایق در دو حوزه زمان و فرکانس را مورد مطالعه قرار می دهد. در این تحقیق نمونه های کاغذ و پرس بُرد با چگالی بالا در مدت زمان های متفاوت تحت استرس حرارتی قرار گرفتند، تا نمونه هایی با درجه پلیمریزاسیون متفاوت بدست آید. به منظور تحقیق اثر منحصر به درجه پلیمریزاسیون برروی پاسخ دی الکتریک عایق، همه نمونه ها با حلال هگزان شسته شدند، سپس نمونه ها با روغن یکسان آغشته گردیدند. اندازه گیری پاسخ دی الکتریک در حوزه زمان و فرکانس، تأثیر پیری یا به عبارتی دیگر کاهش درجه پلیمریزاسیون را آشکار نمود. آزمایش تخلیه جزئی و ولتاژ شکست بر روی نمونه های ذکر شده، عدم اثر گذاری کاهش درجه پلیمریزاسیون را بر روی مقدار ولتاژ شروع تخلیه جزئی و اندازه استقامت دی الکتریک عایق های کاغذ آغشته به روغن را نشان داد. نهایتاً تأثیر کاهش درجه پلیمریزاسیون بر روی ظرفیت جذب آب کاغذ مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی نشان داد، ظرفیت جذب آب توسط کاغذ به شدت با کاهش درجه پلیمریزاسیون کاهش می یابد.

سیستم های خروجی فشارقوی در ترانسفورماتورهای قدرت، متشکل از لایه های سلولزی تو در تو می باشند که با ساختارهای هندسی مختلف در ناحیه های مختلف خروجی فشارقوی قرار دارند. وظیفه این بخش های سلولزی لایه ای ایجاد مسیر عایقی برای هدایت هادی سر فاز در ترانسفورماتور هایی با خروجی سر از وسط، به دم بوشینگ در برج مقره، با فراهم نمودن حاشیه اطمینان تعیین شده از سوی طراح عایقی ترانسفورماتوردر داخل فضای ترانسفورماتور می باشد. این ساختار عایقی حول یک بدنه فلزی که علاوه بر وظایف مکانیکی وظیفه تعدیل میدان الکتریکی را نیز برعهده دارد، قرار دارد، به همین علت به این ساختار عایقی "سیستم عایقی مرکب" اطلاق می گردد. این سیستم ها به عنوان جزئی از سیستم عایقی بخش فعال ترانسفورماتور دائما در معرض تنش های الکتریکی موجود در شبکه قرار دارد، از طرف دیگر رقابت میان تولیدکنندگان ترانسفورماتور های قدرت بر سر تولید ترانسفورماتورهایی که به لحاظ قیمت و ابعاد محصولی بهینه باشد طراحان را بر آن داشته تا با عبور از مرحله استفاده از مواد با کیفیت به طراحی عایقی بهینه متناسب با قابلیت های تولید بیاندیشند. یکی از بخش های مهم سیستم عایقی ترانسفورماتور، خروجی های فشارقوی می باشند که بسته به ساختار داخلی ترانسفورماتور طراحی عایقی آنها میتواند منجر به کاهش حجم ترانسفورماتور و همچنین کمتر شدن قطعات عایقی ویژه به کار رفته در خود این سیستم ها گردد که در نهایت کاهش قیمت ترانسفورماتور را در پی خواهد داشت، لذا در این پایان نامه با استفاده از شبیه سازی این ساختار با استفاده از روش المان محدود پارامترهای تاثیر گذار برمیدان الکتریکی در ساختار خروجی فشارقوی به منظور طراحی عایقی بهینه به همراه پارامترهای موثر بر تولید یک طرح بهینه در یک ترانسفورماتور نیروگاهی مپنا مورد بررسی قرار گرفته و سپس با ارائه روش تحلیل تنش های الکتریکی و متد بهینه سازی بر مبنای حاشیه اطمینان، ساختارهای بهینه ای که حاشیه اطمینان تعیین شده از سوی طراح عایقی را برآورده می سازند ارائه شده اند.

اولین گام در بهره گیری از امواج uhf در آشکارسازی تخلیه جزئی، مدل سازی و شبیه سازی انتشار امواج uhf ناشی از تخلیه جزئی در تجهیز تحت آزمایش و بررسی سیگنال های دریافتی از نقاط مختلف آن می باشد. در این پایان نامه شبیه سازی های جدید سه بعدی در نرم افزار cst برای یک ترانسفورماتور توزیع انجام شده است. به دلیل محدودیت های پردازشی این نرم افزار در مورد ترانسفورماتورهای قدرت با ابعاد بالاتر، مدل سازی مورد نظر با به کارگیری روش تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd) در محیط c++ کدنویسی شده است. بر اساس نتایج حاصله، تطابق خوبی بین سیگنال های دریافتی از برنامه نوشته شده در محیط c++ در نقاط مختلف ترانسفورماتور توزیع با نتایج بدست آمده از نرم افزار cst وجود دارد. برنامه نوشته شده قابلیت بررسی انتشار امواج uhf در ترانسفورماتورهای قدرت در سطوح ولتاژی 230 کیلوولت و 400 کیلوولت را دارد. با بهره گیری از محیط شبیه سازی ایجاد شده، تأثیر عوامل مختلف بر سیگنال های دریافتی توسط سنسورها و وقوع تخلیه جزئی در سیستم عایقی بخش های مختلف ترانسفورماتورها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که بخش فعال ترانسفورماتور، تأثیر بسزایی در سیگنال های دریافتی دارد و می بایستی در شبیه سازی ها مد نظر قرار گیرد. در انتها به بررسی تجربی انتشار امواج uhf در ترانسفورماتور واقعی در آزمایشگاه پرداخته و با نتایج حاصل از برنامه نوشته شده مقایسه گردیده است.

در این رساله، نحوه انتشار امواج الکترومغناطیسی حاصل از عیوب pd در داخل ترانسفورماتورهای قدرت به منظور تعیین مکان عیب مورد بررسی و تحقیق قرار گرفته است. برای این منظور به کمک شبیه سازی در نرم افزارهای مبتنی بر حل عددی، تأثیر مخزن، روغن و بخش فعال ترانسفورماتور اعم از هسته و سیم پیچ روی انتشار امواج الکترومغناطیسی pd بررسی شده است. انعکاس های این امواج داخل مخزن، تضعیف دامنه موج و تأخیر زمانی به وجود آمده در انتشار این امواج از محل عیب pd تا محل نصب آنتن های آشکارسازی مورد مطالعه قرار گرفته اند. همچنین به منظور بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی حاصل از pd در داخل ترانسفورماتورهای قدرت، یک برنامه عددی مبتنی بر الگوریتم تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd) تدارک دیده شده است. این برنامه نرم افزاری قادر است انتشار امواج uhf حاصل از pd را در فضای داخل یک ترانسفورماتور قدرت بسیار بزرگ شبیه سازی کند. بر پایه نتایج بدست آمده از شبیه سازی های عددی، روشی جدید برای تعیین زمان رسیدن اولین موج به آنتن ها پایه ریزی شده است. در این روش جدید، تأثیر وجود بخش فعال ترانسفورماتور در مسیر انتشار امواج، میزان تضعیف دامنه و تأخیر آن ها در رسیدن به آنتنهای uhf لحاظ شده است. در این تحقیق یک روش جدید نیز برای تعیین اتوماتیک زمان شروع سیگنال های uhf اندازه گیری شده معرفی شده است. همچنین یک روش نوین برای مکان یابی محل pd به کمک داده های بدست آمده از اندازه گیری uhf ارائه شده است. این روش که مبتنی بر الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات (pso) می باشد، دارای دقت مناسبی در زمینه تعیین محل عیب pd است. سیستمهای اندازه گیری تخلیه جزئی در حوزه uhf در ترانسفورماتورهای قدرت شامل آنتن، تقویت کننده و یک اسیلوسکوپ دیجیتال هستند. حساس ترین و تعیین کننده ترین بخش سیستم های اندازه گیری uhf را می توان آنتن های uhf دانست. در رساله حاضر، هفت نوع آنتن مختلف شامل آنتن حلزونی، آنتن متناوب لگاریتمی، آنتن مخروطی، آنتن مخروطی زمین شده و آنتن حلقوی قطاعی کوپل شده (csla) طراحی و ساخته شده است.

چکیده ترانسفورماتورهای قدرت ادوات گران قیمتی هستنند که نقش بسیار مهمی را در سیستم های قدرت ایفا می کنند. در سالهای اخیر روشهای مختلفی جهت تشخیص خطا و مونیتورینگ ترانسفورماتورها ارائه شده است. در این پایان نامه برخی از این روشها جهت تعیین پارامتر های ترانسفورماتور در شرایط سالم و خطاهای مختلف در محدوده ی وسیعی از فرکانس بررسی شده است. همچنین با استفاده از روش اجزای محدود و محاسبات بر پایه فرمول های تجربی، پارامترهای ترانسفورماتور محاسبه شده و در نهایت این نتایج با نتایج به دست آمده از اندازه گیری های آزمایشگاهی مقایسه شده است. محاسبات با استفاده از فرمول های تجربی در شرایط سالم ترانسفورماتور موثر می باشد. در حالیکه از روش اجزای محدود می توان در تحلیل ترانسفورماتور در شرایط سالم و خطا استفاده کرد. خطاهایی نظیر اتصال کوتاه یک دیسک، اتصال کوتاه سیم پیچ به زمین و مدار باز، برخی از انواع خطا هستند که با روش های اجزای محدود قابل تحلیل می باشند.

با تغییر در ساختار بازار برق، بهینه سازی هزینه ها برای ادارات برق و صنایع یکی از اهداف مهم است. همچنین زیرساخت ها و تجهیزات آن ها نیز به مرور زمان دچار پیری می شوند. بوشینگ ها یکی از تجهیزات مهم در سیستم قدرت محسوب می شوند که خرابی آن ها باعث خروج از مدار ترانس و حتی آسیب رساندن به تجهیزات مجاور می شود. با استفاده از تست های رایج که به صورت زمانی انجام می-شوند نمی توان این عیب ها را شناسایی کرد. برای گذر از این مشکل، گزینه تعمیر و نگهداری برمبنای شرایط معرفی شد. دردست داشتن اطلاعات از شرایط بوشینگ به منظور انجام عملیات تعمیر و نگهداری بر مبنای شرایط ضروری است. در این حالت مانیتورینگ برخط بوشینگ می تواند اطلاعات بوشینگ را در هرلحظه بدست دهد. اندازه گیری ضریب تلفات عایقی مهمترین تست برای ارزیابی وضعیت بوشینگ است. در این پروژه برآنیم که به اندازه گیری این پارامتر بپردازیم. بدین منظور در فصل اول در مورد تست های ترانس و بوشینگ مطالبی آورده شده است. در فصل دوم انواع روش-هایی که تاکنون برای اندازه گیری ضریب تلفات عایقی استفاده شده اند، معرفی و سپس مشکلات هریک بیان می شود. در فصل سوم روش پیشنهادی برای اندازه گیری ضریب تلفات آورده شده است. به منظور شناسایی اتصال کوتاه در لایه های بوشینگ لازم است ظرفیت خازنی بوشینگ نیز به همراه ضریب تلفات عایقی آن اندازه گیری شود. بنابراین در روش های ارائه شده هدف اندازه گیری ظرفیت خازنی به همراه ضریب تلفات عایقی می باشد. در فصل چهارم نیز ابتدا با انجام شبیه سازی کارایی الگوریتم در شرایط مختلف مانند نوسان شبکه، نویز و ... بررسی شده است. سپس با طراحی و ساخت یک برد به منظور انجام آزمایش عملی روی بوشینگ به اعتبار سنجی این نتایج پرداخته شد. در این آزمایشات در تمام موارد خطای کمتر از 0.5% برای اندازه گیری ضریب تلفات حاصل شد.

بررسی فیزیک پدیده تخلیه جزیی درک عمیقی از ماهیت این پدیده ارائه می کند.در این پایان نامه شبیه سازی تخلیه جزیی در داخل یک حفره گازی درون یک عایق جامد از دیدگاه ذره ای ارائه شده است. در هنگام تخلیه گاز ماهیت پلاسما از خود نشان می دهد. چگونگی تولید ذرات باردار در اثر یونیزاسیون و حرکت آنها بعنوان حامل های جریان تخلیه الکتریکی در طول زمان نمایش داده می شود. مشاهده می شود در هنگام تخلیه، بار های فضایی تولید می شوند که میدان را در داخل حفره تغییر می دهند.بارهای تولید شده به سمت دیواره های کاتد و آند حفره حرکت می کنند. با رسیدن آنها به سطح عایق حفره وبا تجمع بار ها ویا به اصطلاح در تله افتادن آنها در سطح عایق حفره، افت میدان در حفره ایجاد می شود.این افت میدان در نهایت باعث خاموشی تخلیه در حفره می گردد. نمودار های مربوط به تغییرات میدان در حفره و تجمع بار های الکتریکی با پلاریته مختلف در سطح داخلی حفره ارائه شده است.نمودار تغییرات جریان تخلیه الکتریکی در داخل حفره نیز ارائه شده که دید جالبی از زمان وقوع و شدت وقوع تخلیه در حفره ارائه می کند.

با توجه به افزایش روزافزون سطح گازهای گلخانه ای و منع استفاده از این گازها در محصولات تولیدی کارخانجات و در جهت اجرای موافقتنامه کیوتو [1-2,11]، در سالهای اخیر جایگزین نمودن کلیدهای sf6 با کلیدهای خلاء که عاری از هرگونه گاز می باشند، با ساختار نسبتا ساده تر و تعداد بسیار بالاتر دفعات قطع و وصل بعنوان یک اولویت در صنعت تولید کلیدهای فشارقوی در حال پیگیری می باشد[1,62]. از مهمترین چالشهای پیش رو در جهت طراحی داخلی محفظه قطع این کلیدها با توجه به عوامل چهارگانه دخیل در شکست الکتریکی در محیط خلاء[1,2] ، کاهش و کنترل شدت میدان الکتریکی بویژه در ناحیه سطح کنتاکتها می باشد[14]. هرگونه تلاش در جهت کاهش شدت میدان مذکور با تاثیر بر چگالی جریان ناشی از پدیده گسیل میدانی [1]، باعث افزایش سطح ولتاژ قابل تحمل در این کلیدها می گردد. به همین دلیل در سالهای اخیر تحقیقات زیادی بویژه در زمینه بهینه سازی ساختار هندسی درون محفظه کلید، صورت پذیرفته است که در همگی آنها تمرکز بر یک ناحیه خاص از محفظه (با تعداد پارامترهای طراحی انگشت شمار و محدود) بخصوص در ناحیه سطوح کنتاکتها بوده است [12-13]، همچنین روش غالب بهینه سازی مورد استفاده در این مطالعات بر پایه استخراج منحنی تغییرات شدت میدان الکتریکی و یافتن نقطه مینیمم منحنی مذکور بنا نهاده شده است. [12-15]. با توجه به تعدد پارامترهای دخیل در طراحی و نیاز به بهینه سازی کلی محفظه، هیچ یک از این مطالعات نتوانسته اند تمامی نواحی بحرانی داخلی کلید را تحت پوشش قرار داده و روش جامعی جهت بهینه سازی ارائه نمایند. در بخش نخست این پایان نامه با استفاده از ابزارهای مدرن تخمین الگو و بهینه سازی تکاملی چندهدفه، روشی جامع و فراگیر جهت کنترل حداکثر شدت میدان الکتریکی در تجهیزات فشار قوی(با تاکید بر کلیدهای خلاء) و مرتفع ساختن مشکل مذکور بدون هیچگونه دخالت و اعمال سلیقه طراح، ارائه گردیده است. در طرح بهینه نهایی بدست آمده شدت میدان الکتریکی داخلی بصورت متوسط 58 درصد کاهش نشان می دهد که افت حدودی 80 درصدی در جریان گسیل میدانی را بدنبال خواهد داشت. همچنین محیط پلاسمایی قوس فلزی ایجاد شده در محیط خلاء، باید خودبخود و در حضور ولتاژهای برگشتی شدید اعمالی از سوی شبکه قدرت، واپاشی نموده و خاصیت عایقی اولیه خود را بازیابد. مدلسازی واپاشی محیط پلاسمایی مذکور درون یک محفظه خلاء نوعی و استخراج شکل موج جریان حاصل از واپاشی پلاسما که انعکاسی از سرعت واپاشی پلاسمای فلزی می باشد بعنوان مهمترین دستاورد در فصل سوم این پایان نامه ارائه گردیده است. بررسی واپاشی پلاسمای کلید با توجه به ساختار پیچیده آن هم اکنون از مهمترین چالشهای پیش روی محققان می باشد و با استفاده از روشهای مختلف ایده های متفاوتی جهت مدلسازی آن پیاده سازی شده است. در ابتدای فصل چهارم با استفاده از تئوری گسترش غلاف یونی تلاش خواهد شد اثر انتخاب جنس کنتاکتها بر پدیده واپاشی پلاسما و بازیابی کوتاه مدت عایقی بتفصیل مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. پس از اتمام ذخایر پلاسمایی محیط و باقیماندن بخارات فلزی بنظر می رسد هنوز فرایند بازیابی عایقی تکمیل نگردیده است[46-48]. در ادامه و در فصل چهارم که از اهمیت بالایی در رفتارشناسی دینامیکی محفطه خلاء برخوردار می باشد، بازه طولانی مدت مذکور که حدود چند میلی ثانیه بطول می انجامد مورد مطالعه قرار گرفته و تلاش می گردد منحنی بازیابی عایقی کلید با استفاده از مدار طراحی شده و با اعمال پالسهای فشار قوی در زمانهای قابل تنظیم محک زده شده و برازش گردد. تلاش خواهد شد عوامل دخیل در قطع ناموفق جریان در کلید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند. در طراحی مدار پیشنهادی این پایان نامه تلاش شده است برخلاف مطالعات تجربی صورت گرفته تاکنون که با توجه به توپولوژی مدار مورد استفاده جهت آزمایش که به اجبار فاصله دو کنتاکت کاملا ثابت در نظر گرفته می شد، ساختار جدیدی جهت انجام تستها ارائه گردیده و فرایند بازیابی همراه با جداشدن واقعی دو کنتاکت از یکدیگر و مطابق با عملکرد واقعی محفظه، مورد مطالعه قرار گیرد. از مهمترین دستاوردهای این پایان نامه نیازسنجی طراحی یک مکانیزم با عملکرد سنکرون جهت نصب بر روی محفظه در جهت کاهش چگالی پلاسمای تشکیل شده و افزایش راندمان قطع جریان، می باشد.

در این پایان نامه ابتدا به معرفی و بررسی پدیده تخلیه جزئی و آثار مخرب این پدیده بر روی سیستم عایقی تجهیزات و ادوات فشارقوی ، بویژه ترانسفورماتورهای قدرت پرداخته شده است. سپس اهمیت سیستم های اندازه گیری و آشکارسازی تخلیه جزئی برای ترانسفورماتورها و انواع روش های موجود برای تشخیص این پدیده و عوارض ناشی از آن، بر روی دستگاه های فشار قوی مورد مطالعه قرار گرفته است. و ضمن معرفی انواع روش های آشکارسازی، مقایسه ای بین این روش ها صورت گرفته است. ترانسفورماتورهای قدرت جدید مجهز به یک اتصال خازنی مخصوص در زیر بوشینگ هر یک از فازها هستند که توسط آن می توان سیگنالهای فرکانس، بالا که در اثر فعالیت پدیده تخلیه جزئی در ترانسفورماتور بوجود می آید را آشکار سازی و اندازه گیری نمود. البته قطع ارتباط این اتصال از زمین مشکلاتی در توزیع ولتاژ در طول بوشینگ ایجاد می نماید. با توجه به اینکه ترانسفورماتورهای قدیمی چنین امکانی ندارند. و از طرفی اندازه گیری میزان تخلیه های جزئی به دلیل عمر بالا و احتمال زیاد خرابی در این ترانسها ضروری می باشد، بررسی و ارائه راه حل مناسب جهت تجهیز ترانسفورماتورها به نوعی سنسور خازنی صورت گرفته است. این سنسور به خصوص برای اندازه گیریهای on-line تخلیه جزئی در صورت انتقال سیگنال با استفاده از فیبر نوری بسیار مناسب است. همچنین در ادامه پارامترهای مختلف تأثیر گذار بر ظرفیت این سنسور و چگونگی دستیابی به سنسور بهینه مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی ساختار بوشینگ های خازنی و چگونگی ایجاد ظرفیت خازنی بر روی سنسور و محاسبات مربوط به سنسور خازنی بحث مطرح شده بعدی می باشد. در پایان به تحلیل نتایج شبیه سازیها، آزمایشات و اندازه گیری های on-line انجام شده پرداخته شده است. که این بخش شامل آزمایشات بر روی بوشینگ های فشارقوی با اعمال پالس مصنوعی تخلیه جزئی و اندازه گیری های انجام شده بر روی ترانسفورماتورهای فشارقوی در حال کار می باشد. و