SUPERVISOR
Ali asghar Ensafi,Mehdi Moallem
علی اصغر انصافی (استاد مشاور) مهدی معلم (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Aboohosseini
محمد ابوحسینی درزی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Development of an Intelligent Algorithm for Estimating the Remnant Life of Power Transformers
Transformers are one of the most expensive components of power systems and their sudden departure from the circuit will cause great damage. Therefore it is essential to evaluate and estimate their remaining life. Life of a transformer is estimated at the design stage, but due to different climatic and operating conditions, it is different with its real life. Transformer’s life is proportional to its insulation life; in transformers insulations are divided into two types of solid and liquid insulations. Transformer insulating oil can be refined and replaced if it is old or degraded, but cellulose insulation normally can not be replaced and repaired, For this reason, the life of transformers are equal to the life of their cellulosic insulation life. The cellulosic insulations in the transformers are also divided into two types: the preoards and paper insulations. The papers have less strength than preoards, so their life is shorter and is equal to transformer’s life. The best way for estimating the remnant life of these paper insulations is to sample the insulations and to have degree of polymerization experiment on them. But it is required to turn off and open the operating transformers that usually it is not possible. For this reason, many researches have been done to find the aging and cellulose degrading effects in the transformer oil. They have found furfural as the best material for describing the aging of cellulose papers. Then, some methods for estimating the remaining life of the cellulosic insulations based on the oil experiments in acceleration aging have proposed but these methods, because of being just experimental, are not accurate and do not have a suitable answer for real transformers. For these reasons, in this thesis for estimating the transformer remnant life, a combination of methods is proposed. The aim of this thesis is to develop an algorithm for estimating the remnant life of power transformers, based on the field experiments on the transformers. Toward this goal, four methods are used. These methods are as following: structural artificial neural network, life estimation from the top oil temperature, using the transformer health index and life estimation from the furfural concentration dissolved in oil. These four methods are needed to performvarious experiments and measurements.Theseexperiments are chosen byassessing the elements that have effectson the life of transformer insulations and experiments that are useful for measuring these effects. Finally, an algorithm that uses a fuzzy system is designed. This algorithm estimates the remnant life oftransformers, by inserting the four methods results as its inputs. The final results from this algorithm are compared with the other usual methods based on experimental works. In addition, these results are compared with the measured ones from the real transformers. The results of this comparison show that the algorithm can estimate the remnant life of transformers properly, except in the cases that aging is not significant.Furthermore, in this thesis, some samples of oil and paper insulations of some power transformers have been taken and these samples have been investigated in the chemistry labratory. Keywords: Transformer, Estimating Life, Furfural, Degree of Polymerization, Neural Network, Health Index, HotSpot temperature
ترانسفورمرهایکی از مهمترین و گرانترین اجزای سیستمهای قدرت میباشند و خروج ناگهانی آنها از مدار باعث ایجاد خسارات فراوانی میشود، بنابراین ارزیابی و تخمین عمر باقیماند? آنها امری مهم و ضروری میباشد. عمر ترانسفورمرکه در مرحله طراحی تخمین زده میشود به دلیل شرایط مختلف آب و هوایی و بهرهبرداری، با عمر واقعی آن متفاوت میباشد. عمر ترانسفورمرها متناسب با عمر عایقی آنها میباشد، در ترانسفورمر دو نوع عایق روغنی و سلولزی وجود دارد، که عایق سلولزی نیز خود به دو نوع پرسبورد و عایق کاغذی تقسیم میشود. عایق روغنی ترانسفورمر در صورت پیر و یا تخریب شدن قابل تصفیه و تعویض میباشد ولی عایق سلولزی در حالت عادی قابل تعویض و تعمیر نمیباشد، به همین دلیل برای تخمین عمر ترانسفورمر، عمر عایق سلولزی آن را تخمین میزنند. بهترین و قابل اعتمادترین روش برای تخمین عمر باقیمانده این عایقهای سلولزینمونهگیریاز آنها و انجام آزمایش درجه پلیمریزاسیون بر روی آنها میباشد، ولی برای اینکار نیاز به باز کردن ترانسفورمر میباشد که برای ترانسفورمرهای درحال کار امکانپذیر نمیباشد و نیاز به خاموشی بلند مدت است. به همین دلیل محققان، تحقیقاتی برای پیدا کردن آثاری از پیری و از بین رفتن سلولز در روغن ترانسفورمر انجام دادند و یافتند که بهترین ماده برای بیانگر بودن پیری سلولز مادهای به نام فورفورال میباشد. سپس روشهایی برای تخمین عمر باقیمانده عایق سلولزی مبتنی بر نتایج آزمایشهای روغن در پیریهای تسریع شده ابداع شده است ولی این روشها به دلیل صرفاً آزمایشگاهی بودن آنها دقیقنبوده و بر روی ترانسفورمرهای واقعی جواب درستی نمیدهند. به همین دلیل در این پایاننامه از روشی ترکیبی برای تخمین عمر باقیمانده ترانسفورمرها استفاده شده است. در این پایاننامه، هدف تدوین الگوریتمی برای تخمین عمر باقیمانده ترانسفورمرهای قدرت میباشد که مبتنی بر نتایج آزمایشها بر روی ترانسفورمرهای واقعی میباشد. بدین منظور از چهار روش برای بدست آوردن عمر باقیمانده ترانسفورمر استفاده شده است که شامل روشهای شبکه عصبی اصلاح شده،تخمین عمر با استفاده از دمای فوقانی روغن، استفاده از شاخص سلامتی ترانسفورمر با استفاده از سیستم فازی و تخمین عمر از طریق مقدار غلظت فورفورال حل شده در روغن میباشد. این چهار روش مستلزم انجام آزمایشها و اندازهگیریهایی میباشند، که با بررسی عوامل موثر بر عمر ترانسفورمر و آزمایشات مختلف برای اندازهگیری این عوامل موثر، این آزمایشات انتخاب شده و طریقه انجام هر یک بطور کامل شرح داده شده است.در قسمت آخر الگوریتمیطراحیشده که با استفاده از یک سیستم فازی و قرار دادن نتایج بدست آمده در آن، عمر باقیمانده ترانسفورمرتخمین زده میشود. نتایج حاصل از این الگوریتم با نتایج اندازهگیری شده از ترانسفورمرهای واقعی مقایسه شده است. نتایج حاصل از این مقایسه نشان میدهند که این الگوریتم بجز در مواردی که ترانسفورمر به پیری قابل توجهی نرسیده است، بطور مطلوبی عمر باقیمانده ترانسفورمرها را تخمین میزند. کلمات کلیدی : عمر باقیمانده، ترانسفورمر، تست فورفورال، درجه پلیمریزاسیون، دمای نقطه داغ، شاخص سلامتی