Made available in DSpace on 2014-07-29T15:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Denise_Cascao.pdf: 1591418 bytes, checksum: 55f9defd04efd2a9bc7c76958f16557a (MD5) Previous issue date: 2008-08-20 / Power transformers have a fundamental role in an electrical power system, in addition to representing a significant amount of investment required for the implantation of this system. To reduce the costs associated with a transformer s life cycle and to guarantee its reliability and durability, it is essential to monitor its operating conditions, its insulation system as well as the working conditions of its accessories and other components. Therefore, the aim of this work is to study the faults and defects that occur in power transformers of 34.5kV, 69kV, 138kV, and 230kV of Celg s electrical system, the latter being a highly important electric energy concessionaire in Goiás State, Brazil. The results of this study corroborate its contributions to the field, namely, the efficacy of the predictive technique in the maintenance area during the last twenty-eight years (from 1979 to 2007), the characterization of faults and defects during this period, and the presentation of proposals to implement improvements in the predictive technique, in order to reduce the number of interruptions in the electrical power system. / Os transformadores, além de serem fundamentais para o sistema elétrico de potência, eles também representam uma parte significativa dos investimentos pertencentes à implantação desse sistema. Dessa forma, o acompanhamento e a monitoração das suas condições operativas, de seu sistema isolante, e das condições de funcionamento de seus acessórios e demais componentes, são essenciais para que se reduzam os custos associados ao seu ciclo de vida, bem como para que se possa garantir a sua confiabilidade e a sua durabilidade. Nesse sentido, o objetivo desta pesquisa é realizar um estudo sobre as falhas e os defeitos ocorridos em transformadores de potência de 34,5kV, 69kV, 138kV e 230kV, na Celg como estudo de caso, pelo fato de ser uma concessionária de energia elétrica de grande importância para o sistema elétrico do Estado de Goiás. Portanto, diante dos resultados, cabe ressaltar a contribuição deste trabalho, que são: a evidência dos bons resultados das técnicas existentes na área de manutenção (nos últimos vinte e oito anos, de 1979 a 2007), a caracterização das falhas e dos defeitos neste período e a apresentação de propostas de implementação de melhorias das técnicas preditivas, de modo a reduzir os números de .interrupções no sistema elétrico de potência

Transformadores de potência, como produtos não seriados, estão sujeitos a uma série de possíveis desvios de processo. As divergências que transformadores podem apresentar em relação ao seu projeto original podem ter consequências em sua capacidade de suportar carregamentos mecânicos que lhe serão aplicados. Seu transporte da fábrica às subestações elétricas é um dos principais eventos durante o qual suas estruturas são carregadas. Este trabalho foca em descrever e analisar um transformador de potência genérico em um modelo bidimensional, sob o ponto de vista da Mecânica Analítica e da análise de variabilidades com o objetivo de identificar parâmetros importantes à integridade estrutural do equipamento, especialmente aqueles relacionados ao modo de falha de destacamento das chapas do núcleo nos step laps. O modelo numérico do transformador consiste na representação de corpos rígidos conectados entre si por elementos de rigidez e amortecimento, tendo o conjunto do núcleo ferromagnético particularmente mais detalhado de modo a descrever o atrito existente em suas junções. A avaliação dos esforços nesses locais é feita por meio do método dos multiplicadores de Lagrange, ao considerar o atrito como uma restrição ao movimento, sendo que as forças e momentos limites para que ocorra o deslizamento planar das chapas do núcleo são determinados utilizando-se Newton-Raphson ou outras técnicas de otimização. / Power transformers, as non serialized products, are subject to a number of process deviations. The divergences that transformers present from their original design may have consequences on their ability to withstand mechanical loads which will be applied on them. Their transportation from workshop to power plants is one of the main events their structures are loaded. This work focuses on describing and analyzing a generic power transformer in a two-dimensional model, under the sight of Analytical Mechanics and Structural Reliability in order to identify important parameters related to their structural integrity, especially those concerning the failure mode of dismantling of the ferromagnetic core in the step-lap joints. The numerical model of the transformer consists of a representation of rigid bodies, connected to each other by stiness and damping elements, having the assembly of the ferromagnetic core more detailed in order to describe the friction present on their step-lap joint. The evaluation of friction in these locations is made using the Lagrange Multipliers Method, by considering it as a movement restriction, and the limit values of forces and moments to which the planar sliding of the core sheets occurs, damaging the behavior of the electric machine, are determined using Newton-Raphson and Optimization Methods.

This thesis is devoted to analysis of the diagnostic methods used in practice. It is divided into two parts: theoretical and practical. The theoretical part concerns with the general description of the transformers. Further it provils informatik about systems for sampling oil from transformers with insulating oil – paper system. Another important part is the description of gas chromatography and TRANSPORT X. Description of the most appropriate evaluation methods for assessment of the state of the transformer is included as well.

In the present thesis, we propose and investigate a new approach to diagnose the effects of the various degradation mechanisms, including thermal degradation at hot spots, winding deformations due to the mechanical forces from short circuit currents, partial discharges due to local electric field surges, and increased moisture levels in the cellulose insulation due to decomposition, that affect electric power transformers during their normal operation in an electric power grid. Although the proposed diagnostics method can in principle be used to detect various degradation mechanisms mentioned above, we focus in the present thesis on mechanical deformations of transformer winding structures. Such mechanical deformations are most often caused by mechanical forces from short circuit currents, but they may also be caused by initial manufacturing errors and inconsistencies not detected by the power transformers’ suppliers quality assurance processes. We model a transformer winding surrounded by the transformer-tank wall and the magnetic core as a two-dimensional parallel plate waveguide or as a three-dimensional coaxial waveguide, where one metallic boundary (plate or cylinder) represents the wall of the transformer tank and the other metallic boundary (plate or cylinder) represents the iron core that conducts the magnetic flux. In between there is a set of parallel or coaxial conductors representing the winding segments. The new principle proposed in the present thesis is to insert a number of antennas into a transformer tank to radiate and measure microwave fields interacting with metallic structures and insulation. The responses from the emitted microwave radiation are expected to be sensitive to material properties that reflect the changes caused by any harmful deterioration processes mentioned above. Specifically, we investigate the mechanical deformations of transformer winding structures by determining the locations of the individual winding segments or turns, using measurements of the scattered fields at both ends of the winding structure. We solve the propagation problem using conventional waveguide theory, including mode-matching and cascading techniques. The inverse problem is solved using modified steepest-descent optimization methods. The optimization model is tested by comparing our calculated scattering data with synthetic measurement data generated by the commercial program HFSS. A good agreement is obtained between the calculated and measured positions of winding segments for a number of studied cases, which indicates that the diagnostics method proposed in the present thesis couldbe potentially useful as a basis for the design of a future commercial on-line winding monitoring device. However, further development of the theoretical analysis of a number of typical winding deformations, improvements of the optimization algorithms and a practical study with measurements on an actual power transformer structure are all needed to make an attempt to design a commercial winding monitoring device feasible. / <p>QC 20131007</p>

Substation apparatus failure plays a major role in reliability of power delivery systems. Traditionally, most utilities perform regular maintenance in order to prevent equipment breakdown. Condition-based maintenance strategy monitors the condition of the equipment by measuring and analyzing key parameters and recommends optimum maintenance actions. Equipment such as transformers and standby batteries which are valuable and critical assets in substations has attracted increased attentions in recently years. An automated monitoring and diagnosis tool for power transformers based on dissolved gas analysis, ANNEPS v4.0, was developed. The new tool extended the existing expert system and artificial neural network diagnostic engine with automated data acquisition, display, archiving, and alarm notification functions. This thesis also studied substation batteries types and failure mode and surveyed the market of current on-line battery monitors. A practical battery monitoring system architecture was proposed. Analysis rules of measured parameters were developed. The above study and results can provide basics for further designing of a simple battery monitoring system in industry applications. / Master of Science

No contexto metodológico desse trabalho, foram desenvolvidas as tecnologias lógicas, baseadas em arquiteturas de sistemas inteligentes, que auxiliem nos diagnósticos de avarias em transformadores de transmissão. O sistema desenvolvido tem como dados de entrada os resultados de ensaios de isolação, de relação de transformação, do fator de potência da isolação, de ensaios de tensão induzida, além de outros e, por meio de técnicas de inferência, indicarão a existência de possíveis avarias que devem ser averiguadas (de forma mais detalhada) antes de se retornar o transformador ao serviço. A particularidade que caracteriza a inovação sobre este assunto está justamente na elaboração de um novo ferramental, a ser disponibilizado por meio de um software inteligente de suporte à decisão, o qual produzirá respostas que permitirão o completo diagnóstico de falhas e avarias em transformadores de transmissão submetidos a esforços eletromagnéticos severos. As respostas serão produzidas a partir da análise integrada de resultados advindos de módulos inteligentes incumbidos de apoiar os diversos ensaios a serem realizados no equipamento. Assim, será possível estimar, inclusive, qual o momento de se proceder com a manutenção preventiva no equipamento. / In methodological context of this work, the logical technologies were developed based on smart systems architectures, which help in diagnosis of faults in transmission transformers. The developed system has as data input the results of insulation tests, the transformation ratio of the insulation power factor of induced voltage test, and others, and by inference techniques, indicate the existence of possible faults that must be ascertained (in more detail) before the processor returns to service. The special featuring innovation on this subject is exactly in the drafting of a new tooling, to be made available through intelligent decision support software, which will produce answers that will allow the full fault diagnosis and failure in transmission submitted transformers the severe electromagnetic efforts. The answers will be produced from the integrated analysis of results arising from intelligent modules responsible for assisting the various tests to be performed on the equipment. Thus, you can estimate, even when it\'s time to proceed with preventive maintenance on the equipment.

O objetivo deste trabalho de pesquisa foi de fazer a modelagem por meio de sistemas de inferência Fuzzy da análise da concentração dos gases dissolvidos no óleo mineral isolante e desta forma diagnosticar defeitos elétricos internos em transformadores de Potência. Assim sendo o sistema proposto deve fornecer respostas que auxiliem no diagnóstico de falhas e avarias nos interiores dos transformadores e no processo de tomada de decisões no acompanhamento da evolução destas falhas de forma a aumentar a confiabilidade em relação à utilização dos métodos individualmente. O sistema desenvolvido baseou-se na pesquisa acadêmica de normas e técnicas mais utilizadas na literatura que relacionam o gás dissolvido no óleo mineral isolante com a falha. O sistema proposto foi validado por meio de dados reais de dois transformadores pilotos e vários sistemas Fuzzy foram construídos, cada um especialista em um determinado método. Os resultados encontrados mostraram-se compatíveis com aqueles obtidos pelos métodos convencionais comprovando que a ferramenta pode ser utilizada como suporte para uma análise rápida e confiável do estado do óleo isolante dos transformadores. / The objective of this research was to model by analyzing the fuzzy inference systems the concentration of gases dissolved in the insulating oil and diagnosing thereby internal defects in electrical power transformers. Therefore the proposed system should provide answers that help in the diagnosis of faults and malfunctions in the interiors of the transformers and in the decision-making process in monitoring the evolution of these failures in order to increase the reliability regarding the use of the methods individually. The system developed was based on academic research standards and techniques commonly used in the literature relating the gas dissolved in the insulating oil with failure. The proposed system was validated by real data of two pilots transformers and various Fuzzy systems were built, each an expert in a particular method. The results were compatible with those obtained by conventional methods proving that the tool can be used as support for quick and reliable analysis of the insulating oil condition of transformers.

O objetivo deste trabalho de pesquisa foi de fazer a modelagem por meio de sistemas de inferência Fuzzy da análise da concentração dos gases dissolvidos no óleo mineral isolante e desta forma diagnosticar defeitos elétricos internos em transformadores de Potência. Assim sendo o sistema proposto deve fornecer respostas que auxiliem no diagnóstico de falhas e avarias nos interiores dos transformadores e no processo de tomada de decisões no acompanhamento da evolução destas falhas de forma a aumentar a confiabilidade em relação à utilização dos métodos individualmente. O sistema desenvolvido baseou-se na pesquisa acadêmica de normas e técnicas mais utilizadas na literatura que relacionam o gás dissolvido no óleo mineral isolante com a falha. O sistema proposto foi validado por meio de dados reais de dois transformadores pilotos e vários sistemas Fuzzy foram construídos, cada um especialista em um determinado método. Os resultados encontrados mostraram-se compatíveis com aqueles obtidos pelos métodos convencionais comprovando que a ferramenta pode ser utilizada como suporte para uma análise rápida e confiável do estado do óleo isolante dos transformadores. / The objective of this research was to model by analyzing the fuzzy inference systems the concentration of gases dissolved in the insulating oil and diagnosing thereby internal defects in electrical power transformers. Therefore the proposed system should provide answers that help in the diagnosis of faults and malfunctions in the interiors of the transformers and in the decision-making process in monitoring the evolution of these failures in order to increase the reliability regarding the use of the methods individually. The system developed was based on academic research standards and techniques commonly used in the literature relating the gas dissolved in the insulating oil with failure. The proposed system was validated by real data of two pilots transformers and various Fuzzy systems were built, each an expert in a particular method. The results were compatible with those obtained by conventional methods proving that the tool can be used as support for quick and reliable analysis of the insulating oil condition of transformers.

No contexto metodológico desse trabalho, foram desenvolvidas as tecnologias lógicas, baseadas em arquiteturas de sistemas inteligentes, que auxiliem nos diagnósticos de avarias em transformadores de transmissão. O sistema desenvolvido tem como dados de entrada os resultados de ensaios de isolação, de relação de transformação, do fator de potência da isolação, de ensaios de tensão induzida, além de outros e, por meio de técnicas de inferência, indicarão a existência de possíveis avarias que devem ser averiguadas (de forma mais detalhada) antes de se retornar o transformador ao serviço. A particularidade que caracteriza a inovação sobre este assunto está justamente na elaboração de um novo ferramental, a ser disponibilizado por meio de um software inteligente de suporte à decisão, o qual produzirá respostas que permitirão o completo diagnóstico de falhas e avarias em transformadores de transmissão submetidos a esforços eletromagnéticos severos. As respostas serão produzidas a partir da análise integrada de resultados advindos de módulos inteligentes incumbidos de apoiar os diversos ensaios a serem realizados no equipamento. Assim, será possível estimar, inclusive, qual o momento de se proceder com a manutenção preventiva no equipamento. / In methodological context of this work, the logical technologies were developed based on smart systems architectures, which help in diagnosis of faults in transmission transformers. The developed system has as data input the results of insulation tests, the transformation ratio of the insulation power factor of induced voltage test, and others, and by inference techniques, indicate the existence of possible faults that must be ascertained (in more detail) before the processor returns to service. The special featuring innovation on this subject is exactly in the drafting of a new tooling, to be made available through intelligent decision support software, which will produce answers that will allow the full fault diagnosis and failure in transmission submitted transformers the severe electromagnetic efforts. The answers will be produced from the integrated analysis of results arising from intelligent modules responsible for assisting the various tests to be performed on the equipment. Thus, you can estimate, even when it\'s time to proceed with preventive maintenance on the equipment.

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