آشکارسازی و تحليل سیگنال‌های آکوستيک تغییردهنده‌های تپ زير بار ترانسفورماتورهای قدرت جهت تشخيص خطا
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترعادل یونسی 1 , عباس غایب لو 2 * , حسن رضا میرزائی 3
1 - دانشگاه زنجان
2 - دانشگاه زنجان
3 - دانشگاه زنجان
کلید واژه: ترانسفورماتور, تغییردهنده‌های تپ, تشخیص خطا, سیگنال آکوستیک بدنه, تبدیل موجک, ماشین بردار پشتیبان,
چکیده مقاله :
تغییردهنده‌های تپ قابل قطع زیر بار یکی از مهم‌ترین تجهیزات ترانسفورماتورهای قدرت محسوب می‌شوند. این تجهیزات به‌دلیل داشتن حرکت‌های مکانیکی شدید و ایجاد قوس الکتریکی با انرژی بالا، دارای نرخ خرابی بالایی نسبت به دیگر تجهیزات داخلی ترانسفورماتور هستند. ارزیابی برخط و دقیق صحت عملکرد عادی تغییردهنده‌های تپ توسط روش‌هایی که در عملکرد عادی ترانسفورماتور خللی ایجاد نکنند، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در این مقاله، روند تشخیص عیوب تغییردهنده‌های تپ با استفاده از ویژگی‌های استخراج‌شده از سیگنال‌های آکوستیک مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. این سیگنال‌ها توسط یک سنسور شتاب‌سنج از مخزن یک ترانسفورماتور قدرت و در حین تغییر تپ به‌صورت عملی آشکارسازی شده‌اند. در این مقاله علاوه بر بررسی ویژگی‌های معمول، دو ویژگی جدید شاخص زمان و شاخص فرکانس معرفی شده است. نهایتاً جهت انتخاب ویژگی‌های مناسب جهت تشخیص عیوب و ارائه روشی کارآمد جهت دسته‌بندی آنها، برخی از داده‌های عملی موجود با توجه به نتایج ارائه‌شده در مراجع به‌صورت تصادفی معیوب شده و توسط روش ماشین بردار پشتیبان، داده‌های سالم و معیوب به‌طور موفقیت‌آمیزی طبقه‌بندی شده‌اند.
On load tap changers are very important equipment of the power transformers. Due to the strongly mechanical movements and high-energy arcs, this equipment has a much higher failure rate with respect to other internal transformer equipment. Online and accurate evaluation of well operation of these equipment by indicators with no interfere on the normal operation of the transformer, is very important issue. In this paper, various faults detecting methods in the tap changer have been discussed an investigated by some extracted features of acoustic signals. These signals have been captured experimentally in various tap changing periods by an accelerometer sensor mounted on a power transformer body. In this paper, in addition to common features, two new feathers entitled time and frequency indicators have been introduced. Finally, for selecting the proper features to faults detection and proposing an effective classification method, some available experimental data were randomly defected by results in the references, and classified successfully as healthy and defective data by support vector machine (SVM) method.
[1] M. Foata, R. Beauchemin, and C. Rajotte, "On-line testing of on-load tap changers with a portable acoustic system," in Proc. IEEE 9th Int. Conf. on Transmission and Distribution Construction, pp. 293-295, Montreal, Canada, 8-12 Oct. 2000.#
[2] ا. کرامر، ع. خليق، م. صديقي‌زاده و م. وکيليان، تپ‌چنجرهاي زير بار براي ترانسفورماتورهاي قدرت (اصول عملکرد، کاربردها و انتخاب)، شرکت برق منطقه‌ای خوزستان، 1385.#
[3] P. Kang and D. Birtwhistle, "Condition assessment of power transformer onload tap changer using wavelet analysis," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 16, no. 3, pp. 394-400, Aug. 2001.#
[4] P. Kang and D. Birtwhistle, "Condition assessment of power transformer on-load tap changer using wavelet analysis and self-orginizing: field evaluation," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 18, no. 1, pp. 78-84, Jan. 2003.#
[5] E. Rivas and J. C. Burgos, "Condition assessment of power vibration analysis using wavelet transform," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 24, no. 2, pp. 687-694, Apr. 2009.#
[6] E. Rivas and J. Carlos Burgos, "Vibration analysis using envelope wavelet for detecting faults in the tap selector," IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 25, no. 3, pp. 1629-1636, Jul. 2010.#
[7] E. Rivas, J. Ignacio Rodriguez, and C. Hernandez, "Analysis of the vibration modes in the diverter switch of load tap changer," Contemporary Engineering Sciences, vol. 10, no. 20, pp. 973-986, 2017.#
[8] J. Seo, "A practical scheme for vibration signal measurement-based power transformer on-load tap changer condition monitoring," in Proc. Condition Monitoring and Diagnosis (CMD'18), 4 pp., Perth, Australia, 23-26 Sept. 2018.#
[9] J. Seo, H. Ma, and T. K. Saha, "Analysis of vibration signal for power transformer on-load tap changer (OLTC) condition monitoring," in Proc. IEEE Power & Energy Society General Meeting, PESGM'18, 5 pp., Portland, OR, USA, 5-10 Aug. 2018.#
[10] Z. Liu, et al., "Fault diagnosis of OLTC based on time-frequency image analysis of vibration signal," in Proc. Condition Monitoring and Diagnosis, CMD'18, 6 pp., Perth, Australia, 23-26 Sept. 2018.#
[11] X. Li, T. Gao, Z. Zhang, and J. Zhang, "Mechanical features extraction of on-load tap changer based on multi-wavelet transform," in Proc. IEEE Int. Conf. on High Voltage Engineering and Application, ICHVE'18, 4 pp., Athens, Greece, 10-13 Sept. 2018.#
[12] R. Yang, D. Zhang, and Z. Lin, "Vibration analysis using variational mode decomposition for mechanical fault diagnoosis in the diverter switch of on load tap changer," in Proc. IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe, ISGT-Europe'19, 5 pp., Bucharest, Romania, 29 Sept.-2 Oct. 2019.#
[13] F. Wang, D. Zhou, and S. Zhang, "Mechanical condition monitoring of on-load tap changer based on textural featurse of recurrence plots of vibration signal," in Proc. 5th Int. Conf. on Electric Power Equipment-Switching Technology, ICEPE-ST'19, pp. 560-564, Kitakyushu, Japan, 13-16 Oct. 2019.#
[14] Z. Zhang, W. Chen, J. Lei, and H. Gu, "Vibration signal processing and state analysis technology for on-load tap-changer," in Proc. Int. Conf. on Diagnostics in Electrical Engineering, Diagnostika'20, 4 pp., Pilsen, Czech Republic, 1-4 Sept. 2020.#
[15] J. G. Bi, et al., "Influence factors of acoustic fingerprint detection of m-type on-load tap changer," in Proc. IEEE 5th Int. Electrical and Energy Conf., CIEEC'22, pp. 3564-3568, Nangjing, China, 27-29 May. 2022.#
[16] H. Li, L. Dou, S. Li, Y. Kang, X. Yang, and H. Dong, "Abnormal state detection of OLTC based on improved fuzzy c-means clustering," Chinese J. of Electrical Engineering, vol. 9, no. 1, pp. 129-141, Mar. 2023.#
[17] X. Liang, Y. Wang, and H. Gu, "A mechanical fault diagnosis model of on-load tap changer based on same-source heterogeneous data fusion," IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. 71, 9 pp., Article ID: 3519709, 2021.#
[18] م. حسين‌خانلو و س. علي‌محمدي، "عیب‌یابی تپ سلکتور تپ‌چنجرهای قابل قطع زیر بار با استفاده از آنالیز گازهای محلول در روغن به‌همراه مطالعه موردی،" مجموعه مقالات سومین دوره کنفرانس بين‌المللي ترانسفورماتور، 5 صص.، تهران، ایران، 17-16 1395 شهریور.#
[19] S. L. Marple, "Computing the discrete-time analytic signal via FFT," IEEE Trans. on Signal Processing, vol. 47, no. 9, pp. 2600-2603, Sep. 1999.#
[20] ح. وروانی فراهانی و ح. سعیدی سورک، "تبديل موجک و کاربردهاي آن براي پايش وضعيت ارتعاشي تجهيزات دوار (روش‌ها، راهکارها و مثال‌هاي عملي)،" نشريه علمي ترويجي صوت و ارتعاش، سال 5، شماره 11، صص. 76-55، ، بهار و تابستان 1396.#
[21] A. Akbari, H. R. Mirzaei, M. Mazhabjafari, and A. Mazhabjafari, "New Informative Features of Partial Discharges and Limitations of Conventional Measuring Devices," in Proc. 15th Int. Symp. on High Voltage Engineering, ISH'07, 5 pp., Ljubljana, Slovenia, 27-31 Aug. 2007.#
[22] ع. م. زارع و ا. نصيري، ارزيابي امنيت استاتيکي سيستم قدرت به کمک ماشين بردار پشتيبان، کارشناسي، دانشگاه کازرون، کازرون، صص. 42-44-45، 1386.#