شکل ‏۳‑۸: برش از بالا- نحوه قرارگیری سیم پیچ ها و تانک ترانسفورماتور ۳۰
شکل ‏۳‑۹: خازن استوانهای ۳۱
شکل ‏۳‑۱۰: سیستم عایقی بین سیم پیچ فشارقوی و فشارضعیف ۳۲
شکل ‏۳‑۱۱: مدل ساده شده سیستم عایقی ۳۲
شکل ‏۳‑۱۲: برش بالای استوانه های موازی ۳۳
شکل ‏۳‑۱۳: هادی استوانه ای در برابر صفحه زمین شده ۳۴
شکل ‏۳‑۱۴: ظرفیت های خازنی دوربه دور و دیسک به دیسک در سیم پیچی دیسکی[۴۶] ۳۵
شکل ‏۳‑۱۵: یک جفت دیسک سیم پیچ فشارقوی[۴۶] ۳۶
شکل ‏۳‑۱۶: سیستم عایقی ساده شده بین دیسکی[۵۳] ۳۶
شکل ‏۳‑۱۷: مدار ساده شده به منظور محاسبه ظرفیت خازنی سری ۳۷
شکل ‏۴‑۱: پیکربندی تست نوع اول[۵۲] ۴۲
شکل ‏۴‑۲: پیکربندی تست نوع سوم[۵۲] ۴۳
شکل ‏۴‑۳: درخت نرمال توصیفی مدل متمرکز الکتریکی ترانسفورماتور[۴۶] ۴۴
شکل ‏۵‑۱: پاسخ فرکانسی برای فازهای A و B در حالت سالم در تست نوع اول ۵۰

شکل ‏۵‑۲: پاسخ فرکانسی برای فازهای A و B در حالت سالم در تست نوع سوم ۵۱
شکل ‏۵‑۳: اثر افزایش فاصله بین دیسکی بر پاسخ فرکانسی ۵۳
شکل ‏۵‑۴: اثر کاهش فاصله بین دیسکی بر پاسخ فرکانسی ۵۳
شکل ‏۵‑۵: اثر افزایش شعاع سیم پیچ فشارقوی بر پاسخ فرکانسی در رنج فرکانسی میانی ۵۴
شکل ‏۵‑۶: اثر کاهش شعاع هر دو سیم پیچ بر پاسخ فرکانسی در رنج فرکانسی میانی ۵۵
شکل ‏۵‑۷: اثر افزایش شعاع هر دو سیم پیچ بر پاسخ فرکانسی در رنج فرکانسی میانی ۵۵
شکل ‏۵‑۸: اثر افزایش شعاع هر دو سیم پیچ بر پاسخ فرکانسی در رنج فرکانسی بالا ۵۶
شکل ‏۵‑۹: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در تست نوع اول برای فاز A در حالت سالم، تغییر شکل درجه یک و درجه دو ۵۸
شکل ‏۵‑۱۰: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور تست نوع اول فاز A در حالت سالم، جابه جایی شعاعی درجه یک و درجه دو ۵۹
شکل ‏۵‑۱۱: پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور در تست نوع اول برای فاز A در حالت سالم، جابهجایی محوری به میزان ۱۰۰ میلیمتر در دو جهت بالا و پایین ۶۰
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 ۶۱
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 ۶۲
شکل ‏۵‑۱۴: دیاگرام ولتاژ- جریان ۶۳
شکل ‏۵‑۱۵: دیاگرام ولتاژ-جریان برای حالت سالم و دو حالت معیوب با ۲۰ و ۳۰ درصد از دور اتصال کوتاه شده ۶۴
شکل ‏۶‑۱: درخت تصمیم نمونه ۶۸
شکل ‏۶‑۲: فایل متنی برای نرم افزار Weka 72
شکل ‏۶‑۳: فلوچارت طبقه بندی ۷۶
شکل ‏۶‑۴: ساختار سه درخت تصمیم متفاوت با ورودی های متفاوت ۷۸
شکل ‏۶‑۵: درخت تصمیم اول- با هشت ورودی: مقادیر آستانه به ترتیب ۸۰
شکل ‏۶‑۶: درخت تصمیم دوم- با دو ورودی: مقادیر آستانه به ترتیب ۸۱
شکل ‏۶‑۷: درخت تصمیم سوم- با ده ورودی: مقادیر آستانه به ترتیب : ۸۲
شکل ‏۶‑۸: ساختار سه درخت تصمیم متفاوت با ورودی های متفاوت ۸۳
شکل ‏۶‑۹: درخت تصمیم با ۳۲ ورودی : مقادیر آستانه پارامترها به ترتیب : ۸۴
شکل ‏۶‑۱۰: درخت تصمیم با ۸ ورودی : مقادیر آستانه پارامترها: ترتیب : ۸۵
شکل ‏۶‑۱۱: درخت تصمیم با چهل ورودی: مقادیر آستانه ترتیب : ۸۶

مقدمه

مقدمه

یکی از سیستم­های مهم و پیچیده که تاکنون ساخته شده است، سیستم قدرت می­باشد. سیستم الکتریکی قدرت نقش کلیدی در جوامع مدرن بازی می­ کند. ترانسفورماتور­های قدرت^[۱] یکی از مهم­ترین اجزا در هر سیستم قدرتی می­باشند. در حقیقت ترانسفورماتور­های قدرت، نقش لینک ارتباطی بین بخش تولید و انتفال را بر عهده دارند و هر گونه خروج عدم برنامه­ ریزی­شده آن، باعث قطع توان و خاموشی می­ شود. ترانسفورماتور­های قدرت تحت شرایط بهره ­برداری و محیطی مختلف، دچار آسیب­های متفاوتی می­شوند. بعضی از این خطا­ها و آسیب­ها بسیار شدید بوده و ادوات حفاطتی ترانسفورماتور را وادار به عملکرد کرده و به یکباره ترانسفورماتور را از مدار خارج می­ کنند درحالیکه بعضی از خطا­ها این شدت را نداشته و ادوات حفاظتی به راحتی قادر به تشخیص آن­ها نخواهند بود. این دسته از خطا­ها در سیستم عایقی، سیم­پیچ­ها و هسته ترانسفورماتور­های قدرت رخ داده که تشخیص آن­ها مشکل می­باشد.از همین­رو به منظور ارزیابی وضعیت ترانسفورماتور­های قدرت، تست­ها و آزمایش­های مختلفی به صورت برنامه­ ریزی­شده مبتنی بر زمان بر روی آن­ها انجام می­گیرد. اکثر این تست­ها در حالت نابهنگام انجام شده واین مستلزم خروج ترانسفورماتور از مدار بوده که از نظر قابلیت اطمینان سیستم و هزینه­ های مربوط به قطع توان و خاموشی، بهینه و منطقی نمی ­باشد. به دلیل اهمیت ترانسفورماتور­های قدرت و مشکل موجود در تست­های آفلاین، بهره­برداران به انجام تست­ها و تشخیص خطا به صورت بهنگام روی­آوردند تا به­ طور دائم از وضعیت جاری ترانسفورماتور آگاهی داشته و از خروج غیربرنامه­ریزی شده ترانسفورماتور جلوگیری کنند و هزینه­ های خروج را کاهش دهند.
اکثر آسیب­ها که به مرور زمان به خرابی­های بزرگتر تبدیل می­شوند در قسمت فعال ترانسفورماتور یعنی هسته و سیم­پیچ­ها اتفاق می­افتند. بعنوان مثال با تضعیف سیستم عایقی ترانسفورماتور فشار بست­ها کاهش یافته و در نتیجه منجر به کاهش مقاومت مکانیکی می­گردد. بسیاری از خرابی­های دی­الکتریک در داخل ترانسفورماتور نتیجه مستقیم کاهش مقاومت مکانیکی به خاطر تغییر شکل و دفرمه شدن^[۲]، می­باشند[۱]. بنابراین تشخیص هرچه زودتر تغییر شکل­های سیم­پیچ و هسته بسیار قابل توجه و حائز اهمیت خواهد شد.
روش­ها و تست­های مختلفی به منظور ارزیابی شرایط ترانسفورماتور وجود دارد که از آن جمله می­توان به روش­هایی مانند تحلیل پاسخ فرکانسی^[۳]، آنالیز گازهای محلول^[۴]، پردازش سیگنال^[۵]، شار نشتی^[۶] و جریان توالی منفی^[۷] … نام برد[۲]. از بین آن­ها، روش تحلیل پاسخ فرکانسی روشی بسیار محبوب، فراگیر بوده که قابلیت بالایی در تشخیص خطا­ها داشته و پیاده­سازی آن ساده و راحت می­باشد.

بیان مسئله

جریان خطا در ترانسفورماتور قدرت به سیم­پیچ­ها و ساختار مکانیکی متناظر با آن، استرس مکانیکی بسیار شدیدی را وارد می­ کند. این استرس منجر به تغییرات در سیم­پیچ­ها شده و خرابی بالقوه ترانسفورماتور را همراه خواهد داشت. این تغییرات بر مقادیر خازنی و اندوکتیو سیم­پیچ­ها تاثیر گذاشته و در نتیجه باعث تغییر در پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور شده و از این رو براحتی قابل تشخیص خواهند بود.
تحلیل پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور که از سال ۱۹۷۸ ارائه شده است، یک ابزار رایج تشخیص تغییرات سیم­پیچ­های ترانسفورماتور می­باشد. تحلیل پاسخ فرکانسی با تزریق یک سیگنال بین ترمینال­های ترانسفورماتور و محاسبه دامنه و فاز پاسخ دریافتی در مقابل فرکانس، پیاده­سازی خواهد شد[۳]. بطورکلی این روش، یک تکنیک صنعتی برای افراد ماهر در زمینه خطایابی می­باشد که پاسخ فرکانسی را با داده ­های تاریخی ثبت شده یا با اطلاعات ترانسفورماتور مشابه(اصطلاحا ترانسفورماتور خواهر) از نظر ظاهری مورد مقایسه قرار ­دهند.
تغییر شکل­های جزیی در سیم­پیچ­های ترانسفورماتور هیچ اثر قابل توجهی بر مشخصات بهره ­برداری ایجاد نمی­کنند، اما خواص مکانیکی مس ممکن است تغییر کند و هم­چنین مقاومت ضربه^[۸] بطور قابل­توجهی به­خاطر آسیب عایقی و کاهش فواصل، کاهش یابد. هرچند این تغییر شکل­ها بعد از یک دوره زمانی طولانی مدت از طریق تحلیل روغن یا رله بوخهلتز^[۹] قابل شناسایی خواهند بود.
این بدان معناست که روش­های تشخیصی پیشرفته­تری برای ترانسفورماتور با بهره گرفتن از پردازش سیگنال به منظور تشخیص خطای داخلی نیاز است. روش­های پردازش سیگنال برای بیرون کشیدن اطلاعات مفید از سیگنال مورد نظر مورد استفاده قرار می­گیرد. در این روش، سیگنال می ­تواند بصورت شکل موج ولتاژ، جریان تونرال^[۱۰] یا ترکیبی از آن­ها باشد. به دلیل اینکه روش­های موجود برای ارزیابی شرایط داخلی ترانسفورماتور نمی­تواند همه انواع خطا­های مختلف را نشان دهد، به روش­های هوشمندی نیاز است تا قادر به تشخیص خطا و نوع آن باشند. در مراجع مختلف روش­های متفاوتی برای نیل به این مطلب ارائه کرده ­اند.

مروری بر مقالات

این قسمت به مروری بر مقالاتی که در این زمینه تحقیق کرده و منتشر شده پرداخته است. در بععضی از این مقالات به مدل­سازی ترانسفورماتور به منظور تعیین پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور متمرکز شده و در بعضی دیگر مسئله تشخیص و طبقه ­بندی خطای ترانسفورماتور مورد بررسی قرار گرفته است.

• در مرجع [۴] ، مدل شبکه­ ای متوالی الکتریکی^[۱۱] برای سیم­پیچ فشارقوی انتخاب شده و پاسخ فرکانسی آن محاسبه شده است. پاسخ فرکانسی به سه رنج پایین، میانی و بالا تقسیم شده و ظرفیت خازنی سری در رنج فرکانسی پایین و اندوکتانس در رنج فرکانسی بالا در نظر گرفته نشده است و حساسیت پاسخ فرکانسی به تغییرات پارامترها مورد بررسی قرار گرفته است.