برای درک اثر این تغییرات بر پاسخ فرکانسی، شکل ۵‑۹ پاسخ فرکانسی را برای تغییر شعاعی با دو درجه متفاوت نشان میدهد. در درجه یک، هردو سیمپیچ بطور همزمان و به میزان ۱۰ درصد شعاع و به اندازه ۹۰درجه هر یک دفرمه شده(فرورفتگی له سمت داخل) و در درجه دوم تنها سیمپیچ فشار ضعیف به همین میزان دفرمه شده است.
( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
شکل ۵‑۹: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در تست نوع اول برای فاز A در حالت سالم، تغییر شکل درجه یک و درجه دو
همانطور که از شکلها مشخص است بیشترین تغییرات و عدم تطابق با شکل اصلی و حالت سالم در محدوده بالاتر از محدوده فرکانس پایین رخ داده و علت آن هم این مسئله است که با افزایش فرکانس ظرفیتهای خازنی عامل غالب بوده و پاسخ فرکانسی حساسیت بیشتری از خود نشان خواهد داد. در حقیقت شکلها موید این قضیه میباشند.
جا به جایی شعاعی دیسکها
این خطا هم مانند خطای buckling منجر به تغییر ظرفیتهای خازنی بین سیمپیچهای فشارقوی و فشارضعیف، بین فشارقوی با بدنه تانک و فشارقوی با فاز مجاور میگردد. اثر تغییرات اندوکتانس هم در این حالت هم قابل اغماض میباشد.
با توجه به شکل ۵‑۱۰، که جا به جایی شعاعی را به میزان ۲۵درصد به سمت راست(درجه یک) و سمت چپ(درجه دو) نشان میدهد، تنها رنج فرکانسی میانی و بالا تنها به نمایش درآمده است و علت امر به این سبب میباشد که این خطا در رنج فرکانسی پایین تاثیر چندانی بر نمودار پاسخ فرکانسی نداشته و اثر ظرفیتهای خازنی با افزایش فرکانس غالبتر خواهد شد.
شکل ۵‑۱۰: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور تست نوع اول فاز A در حالت سالم، جابه جایی شعاعی درجه یک و درجه دو
خطای جا به جایی محوری
نیروهای محوری که ناشی از چگالی شار نشتی شعاعی میباشد، به انتهای سیمپیچها در دو سمت نیرو وارد می کند. این نیروها به علت نیروی الکترومغناطیسی نامتوازن که ایجاد می کنند منجر به جا به جایی محوری سیمپیچها خواهند شد. شکل ۵‑۱۱ جا به جایی محوری سیمپیچها را نشان میدهد.
شکل ۵‑۱۱: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در تست نوع اول برای فاز A در حالت سالم، جا به جایی محوری به میزان ۱۰۰ میلیمتر در دو جهت بالا و پایین
با توجه به مراجع [۵]، اثر این خطا بر روی عناصر خازنی و اندوکتیو میباشد. بر اثر جا به جایی محوری، سطح مقابل موثر بین دو سیمپیچ کاسته شده و در نتیجه ظرفیت خازنی بین دو سیمپیچ فشارقوی و فشارضعیف کاهش مییابد. هم چنین به دلیل توزیع آمپر-دور غیر یکنواخت و نامتوازن که بر اثر این جا به جایی بوجود می آید، نه تنها بین اندوکتانسهای نشتی هر سیمپیچ پیوند متقابلی وجود دارد، بلکه در این حالت بین سیمپیچها هم اندوکتانس متقابل وجود خواهد داشت.
از شکلها میتوان مشاهده کرد که تغییرات در پاسخ فرکانسی هم در محدوده فرکانس متوسط و بالا دچار تغییرات شده است. البته از بین تستهای مختلف پاسخ فرکانسی، تست دارای حساسیت بیشتری وجود خواهد داشت.
تغییر فضای بین دیسکها
تغییر فضای دیسک بصورت تغییر در ظرفیت خازنی سری در محل خطا و تغییر در بعضی از عناصر ماتریس اندوکتانس مرتبط با مکان خطا شبیهسازی خواهد شد[۳۲]. شکل ۵‑۱۲ پاسخ فرکانسی را برای خطای تغییر فضای دیسک در فاز و برای سیمپیچ فشارقوی نشان میدهد.
شکل ۵‑۱۲: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در تست نوع اول برای فاز A در حالت سالم، تغییر فضای بین دیسکی در دیسکهای بالایی و میانی به میزان ۷۵ درصد ارتفاع اولیه بین دیسکها
با توجه به اینکه خطای مزبور تنها برظرفیتهای خازنی سری تاثیرگذار خواهد بود، در نتیجه باید انتظار داشت که تنها در رنج فرکانسی بالا اثر آن مشهود باشد، چرا که با افزایش فرکانس مدار متمرکز الکتریکی خاصیت خازنی شدیدی پیدا خواهد نمود.
خطای اتصال حلقه
بر اثر تضعیف عایق هادیها یا بر اثر ارتعاشات و لرزشهایی که توسط نیروهای الکترومغناطیسی ایجاد میگردد، این خطا حادث خواهد شد. خود این خطای اتصال کوتاه موجب افزایش جریان در سیمپیچ شده خود خطاهای دیگری مانند تغییر شکل، گرمای بیش از حد روغن و حتی آسیب به هسته را به دنبال دارد. با اتصال کوتاه شدن دورها، مقاومت سری و اندوکتانسها در محل خطا کاهش مییابند. شکل ۵‑۱۳ پاسخ فرکانسی را با اتصال کوتاه شدن ده دور در دیسک اول و ده دور در دو دیسک بالا و میاتی نشان میدهد.
شکل ۵‑۱۳: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در تست نوع اول برای فاز A در حالت سالم، اتصال کوتاه ده دور در دیسک اول و ده دور در دیسکهای اول به همراه میانی
همانطور که از شکلها مشخص است، این خطا نسبت به خطاهای دیگر دارای اختلاف بیشتری نسبت به حالت سالم دارد. در حقیقت با اتصال کوتاه شدن دورها، بعضی از فرکانسهای رزونانس که در حالت سالم وجود دارد، در حالت معیوب وجود نخواهد داشت. البته خطای اتصال کوتاه در نقاط مختلف و بصورت ترکیبی و با شدتهای مختلف نیز شبیه سازی شده است که به دلیل پیچیده شدن شکل، تنها به چند حالت بسنده کردهایم.
دیاگرام ولتاژ- جریان
در مرجع [۵۶] از شاخص و مفهوم دیگری برای تشخیص خطا و طبقه بندی آن در ترانسفورماتور استفاده شده است. در این مراجع اختلاف ولتاژ ورودی- خروجی را برحسب جریان ورودی رسم کرده که نگارنده با ارائه روابط ریاضیاتی اثبات کرده که شکل حاصل همیشه بصورت یک نمودار بیضوی خواهدبود. برای درک بهتر این مطلب ازشکل ۵‑۱۴ استفاده شده است که همانطور مشخص است این نمودار بصورت بیضی میباشد. با بروز خطا در درون ترانسفورماتور، مقادیر ولتاژها و جریانها تغییر کرده و در نتیجه بیضی حاصل از این ولتاژها و جریان در حالت معیوب با حالت سالم متفاوت خواهد بود. در همین راستا با ارائه پارامترهایی که مخصوص بیضی میباشند، به تشکیل جدول ویژگی[۱۰۳] پرداخته است که برای خطاهای مختلف جدول وبژگی را با بهره گرفتن از پارامترهای پیشنهادی پر کرده است. این دو پارامتر عبارتند از مرکز بیضی[۱۰۴] و زاویه بین دو قطر بزرگ[۱۰۵] و کوچک[۱۰۶] که این پارامتر در شکل ۵‑۱۴ مشخص میباشد. معادله (۵‑۱) پارامتر مرکز بیضی را نشان میدهد.
شکل ۵‑۱۴: دیاگرام ولتاژ- جریان
| (۵‑۱) |
در معادله فوق و به ترتیب قطر بزرگ و کوچک بیضی میباشند.
برای درک بهتر این مسئله چند خطای مختلف شبیهسازی شده را در نظر گرفته و دیاگرام ولتاژ- جریانی مورد نظر را رسم کرده و سپس جدول ویژگی را با پارمترهای مزبور پر میکنیم. البته باید توجه کرد که تست مورد نظر با اعمال منبع ولتاژ سینوسی با فرکانس مشخص به ترمینال فشارقوی فاز و دریافت ولتاژ خروجی از مقاومت انجام میگیرد. محور عمودی بر حسب ولتاژ و محور افقی بر حسب جریان میباشد. با این تفاسیر شکل ۵‑۱۵ این شبیهسازی را نشان میدهد.
شکل ۵‑۱۵: دیاگرام ولتاژ-جریان برای حالت سالم و دو حالت معیوب با ۲۰ و ۳۰ درصد از دور اتصال کوتاه شده
در این مراجع، شبیهسازی در فرکانس ۵۰ هرتز انجام گرفته است. با توجه به خطاهای ذکر شده و اثرات آنها بر المانهای الکتریکی مدل و در نتیجه تغییر بر روی نمودارهای پاسخ فرکانسی، تغییرات دیاگرام مورد نظر در این فرکانس برای این خطاها قابل تمایز نخواهد بود. این مطلب را میتوان با توجه به شکل فوق به راحتی استنباط کرد. برای تحقیق بیشتر برای درستی این مدعا بر اساس مراجع مذکور، خطاها را با شدت بیشتری مورد شبیهسازی قرار گرفت که در این حالت میتوان با بهره گرفتن از این روش خطاهای مختلف را مورد بررسی و تمایز قرار داد. البته اگر خطاهایی با این شدت در ترانسفورماتور رخ دهد اثر آن ملموس بوده و بر روی مشخصات بهره برداری اثرات محسوسی خواهد داشت و با بهره گرفتن از سیستم حفاظتی براحتی قابل شناسایی خواهد بود.
الگوریتم های طبقه بندی
مقدمه
در بخشهای قبل خطاهای مختلف در درون ترانسفورماتور ومنشا آنها و اثری که بر عناصر مداری مانند ظرفیتخازنی، اندوکتانس و مقاومت دارند، مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. در بعضی از این خطاها ظرفیتهای خازنی تغییرات محسوس داشته و اثر غالب بر پاسخ فرکانسی ایجاد میکردند و در بعضی دیگر اندوکتانسها عامل موثر تغییر بر پاسخ فرکانسی بودند.
روش پاسخ فرکانسی براساس مقایسه بین حالت سالم و حالت اندازه گیری شده میباشد. نکته مهم در مورد مقایسه، این مسئله میباشد که توابع بدست آمده در شرایط اندازه گیری یکسانی انجام گرفته است یا خیر؟ که این مشکل با قابلیت تکرارپذیری بالایی که روش پاسخ فرکانسی دارد قابل حل خواهد بود.
نکته بعد در مورد تفسیر نتایج خاصله از پاسخ فرکانسی میباشد. بدین معنا که بین تغییرات ایجاد شده در پاسخ فرکانسی با نوع و شدت خطاهای حادث شده در درون ترانسفورماتور چه ارتباطی وجود خواهد داشت. بدین منظور برای انجام مقایسه و تفسیر نتایج حاصله از نمودارهای پاسخ فرکانسی نیاز به افراد با تجربه بالا میباشد که آشنایی خوبی نسبت به خطاهای مختلف و نتایج آن دارند، که در اینصورت تا حدودی می تواند پی به وجود خطا و نوع آن برد. اما برای کسانی که آشنایی چندانی به نمودارهای پاسخ فرکانسی و مبحث خطایابی ندارند، کار بسیار مشکلی خواهد بود. همچنین تا کنون هیچ روش جامع و فراگیری به منظور برقراری ارتباط بین این دو مسئله و تفسیر نتایج حاصله از پاسخ فرکانسی پیشنهاد نشده است. البته در مراجع [۲۰-۲۲] روشهای مختلفی پیشنهاد شده است که هر کدام از آنها دارای معایب و مزایایی میباشد و به طور کلی روشی فراگیر نبودهاند. در همه آنها از سیستمهای خبره[۱۰۷] به منظور تفسیر نتایج استفاده شده است. پس باید به دنبال سیستمای خبرهای بود تا کار تفسیر نتایج را تا حد ممکن به درستی انجام دهند. از جمله این سیستمهای خبره میتوان به شبکه های عصبی و درخت تصمیم[۱۰۸] نام برد.
در این مراجع با بهره گرفتن از شبکه های عصبی به طبقه بندی[۱۰۹] خطاهای مختلف در درون ترانسفورماتور با بهره گرفتن از پاسخ فرکانسی پرداختهاند. در همه این روشها لازم است که یک سری از شبیهسازی از خطاهای گوناگون انجام گرفته و به عنوان منبع اطلاعاتی برای آموزش شبکه عصبی یا درخت تصمیم مورد استفاده شود. هر چه تعداد این شبیهسازیها بیشتر باشد آنگاه کار طبقه بندی و تشخیص خطا در درون ترانسفورماتور با دقت بالا و درصد خطای پایین انجام خواهد گرفت. اندازه گیری پاسخ فرکانسی بطور آزمایشگاهی کار بسیار مشکلی میباشد، زیرا نمی توان خطاهای مختلف را برای یک ترانسفورماتور ثیت کرده و سپس به عنوان داده های آموزشی برای شبکه خبره استفاده نمود. بدین منظور از مدل ریاضیاتی و محاسباتی که بدرستی شرایط درونی ترانسفورماتور را نشان دهد، استفاده شده و با پیادهسازی و شبیهسازی خطاهای مختلف در مدل ریاضیاتی، به داده های آموزشی مناسب برای شبکه خبره دست پیدا کنیم. همانطور که در فصل سوم اشاره شده مدل متمرکز به عنوان مدل ترانسفورماتور پیشنهاد شده بود.
انتخاب سیستم خبره
در مسائل مرتبط با طبقه بندی عوامل گوناگونی در انتخاب سیستم خبره موثر خواهند بود. در این انتخاب نوع مسله، ویژگیهای مورد استفاده، دقت و سرعت عملکرد سیستم خبره پارامترهای بسیار مهم و تاثیرگذاری میباشند. نوع مسئله می تواند بصورت عددی[۱۱۰] یا ردهای[۱۱۱] باشد. ویژگیهای مورد استفاده مشابه شاخص های بخش۶-۳- می تواند باشد. به عنوان مثال یک شاخص در یک سیستم خبره خاص جواب بهتری خواهد داشت. دقت و سرعت پارامترهایی هستند که هر چه میزان آنها بزرگتر و بیشتر باشد، کیفیت سیستم خبره بهتر و مورد قبول خواهد بود.
شبکه های عصبی
در اکثر مراجعی که ذکر شد از شبکه های عصبی برای تشخیص و طبقه بندی خطاهای مختلف استفاده شده است. ساختارشبکههای عصبی بر اساس نرون[۱۱۲] بوده که از چندین لایه تشکیل میگردد. بعضی از این لایه ها به عنوان لایه های ورودی خروجی[۱۱۳] و بعضی دیگر به عنوان لایه های مخفی[۱۱۴] نامگذاری میشوند. فعل و انفعالات و محاسبات داخل لایه های مخفی آنها مشخص نبوده و از قانون خاصی پیروی نمیکنند و به مثابه جعبه سیاه عمل خواهند کرد. برای مسائلی مانند طبقه بندی خطا در درون ترانسفورماتور، به شبکه هایی با تعداد نرونهای بیشتر و مجموعه اطلاعات آموزشی و زمان بیشتر برای آموزش نیازمند خواهیم بود.
