بهبود مدل وابسته به فرکانس ترانسفورماتور با هسته هوایی جهت مطالعات حالت گذرا

چکیده

در این مقاله آنالیز پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور با لحاظ ساختار سیم پیچی آن با استفاده از مدار معادل مشروح مورد بررسی قرار گرفته است. یک روش ابتکاری جهت تخمین پارامترهای مدار معادل مشروح ارائه گردیده است تا بر مشکل تخمین پارامترها در مدارهای معادل بزرگ غلبه نماید. این روش ابتکاری بر روی مدل مشروح نوزده هفتاد و شش سکشنی پیاده سازی گردیده است. از حل معادلات حالت مدار معادل ترانسفورماتور، پاسخ فرکانسی آن استخراج شده است.عناصر مدار معادل وابسته به فرکانس مدل گردیده است. در این مقاله مدار معادل مشروح جدیدی ارائه شده است که کیفیت رفتار ترانسفورماتور را در مقایسه با مدلهای پیشین با کیفیت مطلوب تری مدل می کند. روشی جهت اعتبارسنجی مدار معادل استخراج شده ارائه شده است. روش ها و ایده های جدید بیان شده بر روی یک سیم پیچ واقعی با توان نامی ۱,۶مگا ولت آمپر و ولتاژ نامی ۲۰/۰,۴ کیلو ولت در آزمایشگاه پیاده سازی شده است.

مقدمه

ترانسفورماتور قدرت اغلب بزرگترین و گران ترین تجهیز در سیستم های قدرت هستند.[۱] لذا مراقبت های ویژه در طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی، بهره برداری و تعمیر و نگهداری آن ضروری است. تکنیک های تشخیصی الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی متفاوتی جهت شناسایی عیوب ترانسفورماتور ارائه شده است و این تحقیقات به طور گسترده ادامه دار است. یکی از تکنیک های جدید ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور تحلیل پاسخ فرکانسی است[۲] که به ویژه عیوب مکانیکی سیم پیچ کارآمد و موثر است.

برای یافتن یک مدل مناسب و دقیق در بررسی رفتار ترانسفورماتور در حالت گذرا تلاش های مختلفی صورت گرفته است که می توان به مدلسازی مبتنی بر ساختار فیزیکی ترانسفورماتور .[۵-۳]، مدل جعبه سیاه [۷-۶] و مدل هیبرید [۸] اشاره نمود. مدل مشروح یکی از مرسوم ترین مدل های ترانسفورماتور قدرت است که مبتنی بر ساختار فیزیکی ترانسفورماتور است.[۸-۳] در یک مدل مشروح اعتبار و دقت مدل بستگی به مقادیر پارامترهای مدل، تعداد سکشن های مدار معادل و تابع خطای انتخاب شده دارد. هنگامی که تعداد سکشن های مدار معادل بزرگ انتخاب می گردد گرچه محدوده اعتبار فرکانسی مدل افزایش می یابد در مقابل تعیین مقادیر مناسب پارامترها پیچیده تر شده و با توجه به بزرگتر شدن ابعاد معادلات سیستم، حل آن نیز زمان بر می گردد لذا برقراری مصالحه ای بین دقت مدل و ابعاد مدار معادل در فرآیند مدلسازی نیاز است. روش های مختلفی با استفاده از الگوریتم های تکاملی نظیر الگوریتم ژنتیک، مورچگان [۱۲-۹] و … جهت تعیین پارمترهای مدار معادل بکارگیری شده اند. به دلیل پیچیدگی یافتن پارامترهای مدل، اغلب مدل های بکارگیری شده با تعداد سکشن های محدود بکارگیری شده است در این مقاله یک روش ابتکاری جهت تعیین پارامترهای مدار معادل مدل مشروح بزرگ ترانسفورماتور معرفی می گردد.

در این مقاله برای شبیه سازی رفتار گذرای ترانسفورماتور، مدل های مشروح بزرگ با نوزده و هفتاد و شش سکشن استفاده شده است و مبتنی بر اندازه گیری پاسخ فرکانس از ترمینال های یک ترانسفورماتور واقعی ۲۰/۰٫۴ kv با قدرت اسمی ۱۶۰۰ کیلوولت، مدل مشروح متقارن آن استخراج شده است که سایر مشخصات و ابعاد هندسی ترانسفورماتور در [۹] آورده شده است. فاکتورهای مختلفی سبب پیچیده شدن مدلسازی ترانسفورماتور می گردد که در این مقاله این عوامل بررسی شده است.

نویسندگان : جعفر نصرتیان اهور ، سعید سیدطبایی ، گئورک قره پتیان