تخمین طول عمر ترانسفورماتورهای روغنی بر مبنای درجه پلیمریزاسیون

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق - دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی

چکیده

امروزه قابلیت اطمینان سیستم قدرت از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. ازاین‌رو وضعیت ترانسفورماتورها به‌عنوان یکی از المان‌های حیاتی و گران‌قیمت سیستم قدرت می‌بایست پایش و ارزیابی شود. عامل غالب در محدودیت طول عمر ترانسفورماتور، عایق کاغذی آن است. در این پژوهش اثر سه پارامتر رطوبت، اکسیژن و دما که بر وضعیت عایق کاغذی تأثیرگذار هستند، بررسی‌شده‌اند. معیار مورداستفاده برای بررسی وضعیت عایق کاغذی، درجه پلیمریزاسیون است که به‌طور غیرمستقیم می‌تواند به‌دست آورده شود. با محاسبه دمای نقطه داغ ترانسفورماتور به‌صورت ساعتی و در نظر گرفتن رشد رطوبت سالیانه خطی، طول عمر ترانسفورماتور بر اساس معیار درجه پلیمریزاسیون به‌عنوان نمونه برای سه جفت دمای محیطی و ضریب بار تخمین زده‌شده است. طول عمرهای به‌دست‌آمده از این تخمین، مطابق طول عمرهای واقعی ترانسفورماتورها هستند. این تخمین طول عمر برای دو نوع کاغذ کرافت و کاغذ کرافت تقویت‌شده انجام‌شده است و همچنین مقایسه‌ای بین طول عمر این دو نوع کاغذ تحت شرایط مختلف محیطی و عملکردی ترانسفورماتور صورت پذیرفته است. درنهایت با توجه به پروفیل درجه پلیمریزاسیون به‌دست‌آمده برای عایق کاغذی ترانسفورماتور، زمان بهینه برای انجام کاهش رطوبت عایق کاغذی در قالب سه سناریوی مختلف ارائه‌شده است. 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Lifetime Estimation of Oil-Impregnated Transformers based on Degree of Polymerization

نویسندگان [English]

  • M. Ariannik
  • A. A. Razi-Kazemi
Faculty of Electrical Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Nowadays, reliability of power system is of great importance. Therefore, the condition of transformers as the expensive and critical components of a power system have to be monitored and assessed. The dominant factor that causes limitation in transformers lifetime is the paper insulation. The influence of moisture, oxygen and temperature that affect the paper insulation have been investigated in this thesis. Degree of polymerization (DP) is the indirect measurable criterion used for assessing paper insulation. With consideration of the calculated hot-spot temperature of transformer in hourly steps along with an annual linear growth rate for the water content, the lifetime of transformer has been estimated with regards to DP criterion for three couple of ambient temperatures and load factors. The resultant lifetimes are in agreement with real lifetime of the transformers. This lifetime estimation has been conducted for Kraft paper and thermally upgraded Kraft paper and lifetime of these two paper types are compared under various operating and environmental conditions. Finally, considering the obtained DP profiles, the optimum time for implementing moisture reduction in the paper insulation has been studied and discussed in form of three scenarios.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Transformer
  • life estimation
  • degree of polymerization
  • paper insulation

مراجع

[1]      W. J. McNutt, “Insulation thermal life considerations for transformer loading guides,” IEEE Trans. Power Del., vol. 7, no. 1, pp. 392-401, Jan. 1992.
[2]      CIGRE Task Force D1.01.10, "Ageing of cellulose in mineral-oil insulated transformers", CIGRE Brochure No. 323, 2007.
[3]      Y. Bertrand, C. Tran-duy, V. Murin, A. Schaut, S. Autru, and S. Eeckhoudt, “MV/LV Distribution transformer: research on paper ageing markers”, CIGRE D1-103, France, 2012.
[4]      A. Schaut, S. Autru, and S. Eeckhoudt, “Applicability of methanol as a new marker for paper degradation in power transformers,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 18, no. 2, pp. 533-540, Apr. 2011.
[5]      T. Oommen and T.  Prevost, “Cellulose insulation in oil-filled power transformers: part II maintaining insulation integrity and life”, IEEE Electr. Insul. Mag., vol. 22, no. 2, pp. 5-14, 2006.
[6]      بهروز وحیدی، قادر رسولی هاشم‌آباد، «تحلیل بارداری استاتیکی روغن ترانسفورماتورها با استفاده از سیستم مدار بسته»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 39، شماره 1، صفحه 57-66، 1388.
[7]      امید قادری، محمدرضا فیضی، «روش جدید برای تخمین عمر باقی‌مانده ترانسفورماتورهای قدرت با استفاده از آنالیز گازهای محلول در روغن»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 39، شماره 1، صفحه 25-36، 1388.
[8]      A. Teymouri, and B. Vahidi, "CO2/CO concentration ratio: A complementary method for determining the degree of polymerization of power transformer paper insulation", IEEE Electr. Insul. Mag., vol. 33, no. 1, pp. 24-30, 2017.
[9]      O. Arroyo-Fernandez, I. Fofana, J. Jalbert, E. Rodriguez, L. Rodriguez, and M. Ryadi, "Assessing changes in thermally upgraded papers with different nitrogen contents under accelerated aging", IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul, vol. 24, no. 3, pp. 1829-1839, 2017.
[10]      A. Emsley and G. Stevens, “Review of chemical indicators of degradation of cellulosic electrical paper insulation in oil-filled transformers,” IEE Proceedings - Science, Measurement and Technology, vol. 141, no. 5, pp. 324-334, Sep. 1994.
[11]      L. E. Lundgaard, W. Hansen, D. Linhjell, and T. J. Painter, “Aging of oil-impregnated paper in power transformers,” IEEE Trans. Power Del., vol. 19, no. 1, pp. 230-239, Jan. 2004.
[12]      N. Lelekakis, D. Martin, and J. Wijaya, “Ageing rate of paper insulation used in power transformers part 1: oil/paper system with low oxygen concentration,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 19, no. 6, pp. 1999-2008, Dec. 2012.
[13]      N. Lelekakis, D. Martin, and J. Wijaya, “Ageing rate of paper insulation used in power transformers part 2: oil/paper system with medium and high oxygen concentration,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 19, no. 6, pp. 2009-2018, Dec. 2012.
[14]      محمدرضا آرین نیک، تخمین عمر باقی‌مانده ترانسفورماتورهای روغنی بر مبنای ارزیابی درجه پلیمریزاسیون، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، 1395.
[15]      M. Koch, “Improved determination of moisture in oil-paper-insulations by specialised moisture equilibrium charts,” Proceedings of the XIVth International Symposium on High Voltage Engineering, p. 508, Beijing, China, 2005.
[16]      CIGRE Working Group A2.30, “Moisture equilibrium and moisture migration within transformer insulation systems,” CIGRE Brochure No. 349, Jun. 2009.
[17]      Power Transformers Part 7: Loading Guide for Oil-Immersed Power Transformers, International standard IEC 60076-7, 2005.
[18]      “Weather History & Data Archive | Weather Underground”, Wunderground.com, 2016. [Online]. Available: https://www.wunderground.com/history/. [Accessed: 04- Jul- 2015].
[19]      “Commercial and residential hourly load profiles for all TMY3 locations in the united states - OpenEI Datasets”, En.openei.org, 2016. [Online]. Available: http://en.openei.org/datasets/. [Accessed: 15- Nov- 2015].
[20]      M. Humayun, B. Sousa, A. Safdarian, M. Ali, M. Degefa, M. Lehtonen, and M. Fotuhi-Firuzabad, "Optimal capacity management of substation transformers over long-run", IEEE Trans. Power Syst., vol. 31, no. 1, pp. 632-641, 2016.
[21]      L. Lundgaard, W. Hansen, and S. Ingebrigtsen, “Ageing of mineral oil impregnated cellulose by acid catalysis”, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., vol. 15, no. 2, pp. 540-546, 2008.
[22]      CIGRE Working Group A2.18, “Guide for life management techniques for power transformers,” CIGRE Brochure No. 227, Jan. 2003.
[23]      M. Arian Nik, K. Fayazbakhsh, D. Pasini, and L. Lessard, "Surrogate-based multi-objective optimization of a composite laminate with curvilinear fibers", Composite Structures, vol. 94, no. 8, pp. 2306-2313, 2012.
[24]      Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Oil in Equipment, IEEE Std. C57.106-2002.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار