Frekans tepkisi analizi ile güç transformatörü hatalarının değerlendirilmesinde istatistiksel yöntemlerin kullanılması

Yıl 2022, , 2105 - 2118, 28.02.2022

Selim Köroğlu , Mustafa Yıldız Akif Demirçalı Engin Çetin

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.716459

Öz

Güç transformatörleri, iletim hatlarında gerilim seviyesinin değiştirilmesinde görev alan, önemli ve de maliyetli ekipmanlardır. Güç aktarımının sorunsuz, kesintisiz ve güvenli yapılmasında kritik görev alırlar. Güç transformatörleri; imalat, nakliye, montaj ve işletmeye alma aşamaları dahil, işletmede bulundukları sürece, bir dizi rutin kontrol ve testlere tabi tutulurlar. Böylelikle, transformatörlerin genel işletme durumları takip edilerek, olası arıza ve sorunların önüne geçilmesi hedeflenir. Son yıllarda uygulanmaya başlanan Frekans Tepkisi Analizi (FRA) Testi de; özellikle transformatör çekirdeğinin ve sargılarının durumunun, ayrıca kaymanın ve deformasyonun belirlenmesinde kullanılan etkin yöntemler arasındadır. Bu çalışmada; güç transformatörü arızalarının tanılanmasında kullanılan FRA Testi ve test sonuçlarını etkileyen önemli parametreler değerlendirilmiştir. Çalışmada saha uygulaması olarak, iki farklı güç transformatörü için gerçekleştirilen FRA test sonuçları üzerinden ayrıntılı vaka analizi yapılmış ve elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır. Yanı sıra, FRA test sonuçlarının değerlendirilmesinde yaygın ve etkin biçimden kullanılan istatistiksel yöntemlerden; Korelasyon Katsayısı (CC), Çapraz Korelasyon Katsayısı (CCF) , Standart Sapma (SD) ve Logaritmik Hatanın Mutlak Toplamı (ASLE) yöntemleri, bu çalışmada hata indeksi olarak başarı ile kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar göstermiştir ki; transformatör nüvesindeki artık mıknatısiyet ve ölçüm yönü, FRA test sonuçlarını önemli oranda etkilemektedir. Bununla birlikte, FRA Testi’nin, transformatörlerdeki yapısal sargı bozukluğu ve bombeleşme etkisini de hassas bir şekilde tespit ettiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Güç transformatörleri, Hata analizi, Frekans tepkisi analizi, İstatistiksel yöntemler

Teşekkür

Yazarlar, bu çalışmaya vermiş olduğu katkılardan dolayı, TEİAŞ 21. Bölge Müdürlüğü’ne (Denizli) teşekkür ederler.

Kaynakça

• 1. Aslam M., Arbab M.N., Basit A., Ahmad T., Aamir M., A review on fault detection and condition monitoring of power transformer, International Journal of Advanced and Applied Sciences, 6 (8), 100-110, 2019.
• 2. Wang M., Vandermaar A.J., Srivastava K.D., Review of condition assessment of power transformers in service, IEEE Electr. Insul. Mag., 18 (6), 12-25, 2002.
• 3. Dietrich W., An international survey on failures in large power transformers in service, Electra, 88, 1-29, 1983.
• 4. Sun H-C., Huang Y-C., Huang C-M., A review of dissolved gas analysis in power transformers, Energy Procedia, 14, 1220-1225, 2012. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.12.1079.
• 5. Koroglu S., A case study on fault detection in power transformers using dissolved gas analysis and electrical test methods, J. Electr. Syst., 12 (3), 442-459, 2016.
• 6. Han G., Jeon J., Park J., Cast-resin transformers: development of health assessment technique based on electromagnetic partial discharge detection, Electr Eng., 101, 1211-1220, 2019. https://doi.org/10.1007/s00202-019-00845-2
• 7. Ramírez-Niño J., Pascacio A., Acoustic measuring of partial discharge in power transformers, Meas. Sci. Technol., 20 (11), 1-9, 2009.
• 8. Alsuhaibani S., Khan Y., Beroual A., Malik N.H., A review of frequency response analysis methods for power transformer diagnostics, Energies, 9 (879); 1-17, 2016. doi:10.3390/en9110879.
• 9. Liu Y., Ji S., Yang F., Cui Y., Zhu L., Rao Z., Ke C., Yang X., A study of the sweep frequency impedance method and its application in the detection of internal winding short circuit faults in power transformers, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 22 (4), 2046-2056, 2015.
• 10. Koch M., Prevost T., Analysis of dielectric response measurements for condition assessment of oil-paper transformer insulation, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 19 (6), 1908-1915, 2012.
• 11. Miyazaki S., Tahir M., Tenbohlen S., Detection and quantitative diagnosis of axial displacement of transformer winding by frequency response analysis, IET Gener. Transm. Distrib., 13 (15), 3493–3500, 2019.
• 12. Samimi M.H., Tenbohlen S., Akmal A.A.S., Mohseni H., Improving the numerical indices proposed for the FRA interpretation by including the phase response, Int. J. Electr. Power Energy Syst., 83, 585-593, 2016. doi.org/10.1016/j.ijepes.2016.04.044.
• 13. Hashemnia N., Abu-Siada A., Masoum M.A.S., Islam S.M., Characterization of transformer FRA signature under various winding faults, In Proceedings of the International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD), Bali-Indonesia,446-449, 23-27 September, 2012.
• 14. Pandya A.A., Parekh B.R., Interpretation of sweep frequency response analysis (SFRA) traces for the open circuit and short circuit winding fault damages of the power transformer, Int. J. Electr. Power Energy Syst., 62, 890-896, 2014. doi.org/10.1016/j.ijepes.2014.05.011
• 15. Senobari R.K., Sadeh J., Borsi H., Frequency response analysis (FRA) of transformers as a tool for fault detection and location: a review, Electr. Power Syst. Res., 155, 172-183, 2018. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2017.10.014.
• 16. Pandya A.A., Parekh B.R., Interpretation of sweep frequency response analysis (SFRA) traces for the multiple winding faults which are practically simulated on the 10 kva power transformer, Journal of Electrical and Electronics Engineering, 9 (1), 01-06, 2014.
• 17. Özçelik B., Tör O.B., Cebeci M.E., Tanrıöven K., Bara A., Oprea S., Implementation of sweep frequency response analysis (SFRA) for condition assessment of power and distribution transformers, 2.nd South East European Regional CIGRE Conference, Kyiv- Ukraine, 1-8, 2018.
• 18. Sofian D.M., Wang Z.D., Jayasinghe S.B., Frequency response analysis in diagnosing transformer winding movements-fundamental understandings, In Proceedings of the 39th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Bristol- UK, 138-142, 6-8 September, 2004.
• 19. Kraetge A., Krüger M., Velasquez J.L., Viljoen H., Dierks A., Aspects of the practical application of sweep frequency response analysis (SFRA) on power transformers, Cigre 6.th Southern Africa Regional Conference, Paris-France, 1-10, 2009.
• 20. Chhajer D., Naranjo V., Sweep frequency response analysis: failure mode analysis, 46’th Annual Transmission and Substation Design and Operation Symposium, Dallas-USA, 30-40, 2013.
• 21. IEEE Guide for the Application and Interpretation of Frequency Response Analysis for Oil-Immersed Transformers, IEEE Std C57.149-2012, 1-72, 2013.
• 22. IEC 60076-18 Ed.1: Power transformers - Part 18, Measurement of frequency response, 2012.
• 23. Yousof M.F.M., Ekanayake C., Saha T.K., An investigation on the influence of tap changer on frequency response analysis, 2015 IEEE 11th International Conference on the Properties and Applications of Dielectric Materials (ICPADM), Sydney- Australia, 963-966, 2015. doi: 10.1109/ICPADM.2015.7295434.
• 24. Reykherdt A.A., Davydov V., Case studies of factors influencing frequency response analysis measurements and power transformer diagnostics, IEEE Electr. Insul. Mag., 27 (1), 22-30, 2011. doi: 10.1109/MEI.2011.5699444
• 25. Abeywickrama N., Serdyuk Y.V., Gubanski S.M., Effect of core magnetization on frequency response analysis (FRA) of power transformers, IEEE Trans. Power Delivery, 23 (3), 1432-1438, 2008. doi: 10.1109/TPWRD.2007.909032
• 26. Wesley N., Bhandari S., Subramaniam A., Bagheri M., Panda S.K., Evaluation of statistical interpretation methods for frequency response analysis based winding fault detection of transformers, IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies (ICSET), Hanoi- Vietnam, 36-41, 2016. doi: 10.1109/ICSET.2016.7811753
• 27. Yousof M.F.M., Ahmad H., Yaacob M.M., Eyam A., Muhammad S., Ahmed S.S., Using absolute average difference (DABS) in interpreting the frequency response of distribution transformer”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Melaka-Malaysia, 226, 1-9, 6-7 May, 2017. doi:10.1088/1757-899X/226/1/012144
• 28. Yousof M.F.M., Ekanayake C., Saha T.K., Frequency response analysis to investigate deformation of transformer winding, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 22, 2359-2367, 2015.
• 29. Murthy A.S., Azis N., Al-Ameri S., Yousof M.F.M., Jasni J., Talib M.A., Investigation of the effect of winding clamping structure on frequency response signature of 11 kv distribution transformer, Energies, 11 (9), 1-13, 2018. doi:10.3390/en11092307
• 30. Saleh S.M., El-Hoshy S.H., Gouda O.E., Proposed diagnostic methodology using the cross-correlation coefficient factor technique for power transformer fault identification, IET Electr. Power Appl., 11 (3), 412-422, 2017.