Avvolgimento

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20157 (2022) Citare questo articolo

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I trasformatori di potenza sono apparecchiature importanti nei sistemi di alimentazione e richiedono un sistema di protezione reattivo e accurato per garantire l'affidabilità del sistema. In questo articolo viene presentato un algoritmo di localizzazione dei guasti per trasformatori di potenza basato sulla trasformata wavelet discreta e sulla rete neurale di retropropagazione. Il sistema è modellato su parte del sistema di trasmissione e distribuzione della Thailandia. Il software ATP/EMTP viene utilizzato per simulare segnali di guasto per convalidare l'algoritmo proposto e le prestazioni vengono valutate in varie condizioni. Inoltre, varie funzioni di attivazione negli strati nascosti e di output vengono confrontate per selezionare le funzioni adatte per l'algoritmo. I risultati dei test mostrano che l'algoritmo proposto può individuare correttamente i guasti sull'avvolgimento del trasformatore in diverse condizioni con un errore medio inferiore allo 0,1%. Questo risultato dimostra la fattibilità dell'implementazione dell'algoritmo proposto in sistemi di protezione reali per trasformatori di potenza.

I trasformatori di potenza, che sono apparecchiature essenziali nei sistemi di alimentazione, consentono la trasmissione di potenza tra diverse sezioni della rete a diverse tensioni. A causa dell’aumento del consumo energetico negli ultimi dieci anni dovuto all’urbanizzazione e alla crescita economica, i sistemi energetici e le reti elettriche interconnesse si sono espansi rapidamente e sono diventati più complessi. I trasformatori di potenza, che svolgono un ruolo significativo in questi cambiamenti, sono vulnerabili ai guasti e riducono l’affidabilità della rete. Pertanto, è importante stabilire un sistema di protezione per identificare accuratamente i guasti e isolarli dal sistema. L'individuazione dei guasti durante la diagnosi può anche aiutare il personale operativo e di manutenzione a rispondere correttamente ai guasti nei trasformatori di potenza. I guasti agli avvolgimenti sono comuni nei trasformatori di potenza; si verificano all'interno del trasformatore e sono causati dal degrado dell'isolamento dell'avvolgimento1,2. Se il guasto non può essere risolto in modo rapido e corretto, può danneggiare irreparabilmente il trasformatore. I trasformatori di potenza sono generalmente protetti utilizzando una combinazione di relè di sovracorrente, relè di pressione e relè differenziali3. L'Autorità per la Generazione di Elettricità della Thailandia (EGAT) attualmente utilizza metodi convenzionali per diagnosticare i guasti nei trasformatori di potenza, come l'analisi dei gas disciolti4, l'analisi della risposta in frequenza (FRA)5 e le misurazioni dell'impedenza degli avvolgimenti6. Questi metodi, che presentano sia vantaggi che svantaggi, possono essere migliorati per aumentare l’efficienza e l’affidabilità del sistema.

L'analisi dei guasti è stata studiata utilizzando varie tecniche per rilevare, identificare e localizzare con successo i guasti nei sistemi di alimentazione. Nei trasformatori di potenza7 è stato implementato un sistema di rilevamento dei guasti tra le spire che utilizza una corrente neutra sul lato primario per indicare lo stato di guasto. La perdita di potenza attiva a vuoto e la potenza reattiva possono essere applicate per rilevare guasti tra le spire nei trasformatori di potenza8. Utilizzando le armoniche di corrente come fattore determinante, possono rilevare correttamente se un trasformatore di potenza è in uno stato di guasto9,10. Un sistema di protezione basato sull'Internet delle cose può monitorare e analizzare un segnale ottenuto11. Per il trasformatore, il guasto tra avvolgimento e terra è una condizione anomala che può portare al danneggiamento dell'apparecchiatura, motivo per cui molte ricerche hanno analizzato questa caratteristica per diagnosticarla correttamente12,13. Tuttavia, l’implementazione è limitata perché tali sistemi richiedono componenti aggiuntivi o non sono adatti per applicazioni specifiche. Pertanto, sono stati utilizzati strumenti matematici per ottenere un algoritmo migliorato con una più ampia applicabilità.

La trasformata wavelet è uno strumento matematico che può essere utilizzato per analizzare i segnali per vari scopi. Nelle applicazioni nei sistemi di alimentazione, può superare gli svantaggi della trasformata di Fourier per l'analisi del segnale. Anche l'onda madre utilizzata nell'analisi influisce sulle prestazioni degli algoritmi e le prestazioni di varie onde madre nelle applicazioni dei sistemi di alimentazione sono state confrontate per selezionare l'onda madre ottimale per l'analisi dei guasti. Uno studio precedente ha illustrato che le wavelet di Daubechies sono adatte per l'analisi di condizioni di faglia transitorie14,15. Un algoritmo basato su wavelet per la protezione differenziale del trasformatore di potenza ha rilevato correttamente diversi tipi di guasto16. La trasformata wavelet continua è stata implementata anche elaborando il segnale FRA per identificare la deformazione dell'avvolgimento17. Un altro algoritmo di rilevamento basato su wavelet che richiede solo i componenti ad alta frequenza ha rilevato i guasti a terra con una precisione simile18. La caratteristica del valore del coefficiente è stata presentata anche in lavori precedenti, che hanno dimostrato che questa caratteristica può essere utilizzata per l'applicazione della diagnosi dei guasti19. Queste applicazioni hanno fornito informazioni sull'idoneità delle wavelet come strumento matematico per analizzare i segnali di guasto transitori. Tuttavia, è auspicabile una migliore precisione.