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The present work studies the disturbances created in the electric system of a pumped storage power plant, which is an hydraulic generation facility where the machines can work as turbines or pumps, by the operation of a static frequency converter (SFC). The SFC is used for starting the synchronous machines at the station when in the pump mode. During the starting process several equipment is connected to the SFC being possible to get affected by the disturbances generated. These disturbances mainly include the creation of transient overvoltages during the commutation of the semiconductor devices of the SFC and the introduction of harmonics in the network currents and voltages. This work analyzes the possible effects of the SFC operation over the station equipment based on computer simulations. For this purpose, the complete system was modeled and the starting process simulated in a computer transient simulator program. The work begins with a general review of the effects of electric disturbances over high voltage equipment and in particular of the disturbances generated by power electronics conversion equipment. Then the models for the different kind of equipment present in the system are discussed and formulated. The control system that governs the operation of the SFC during the starting process is analyzed later as well as the operation conditions. Once the model of the system is set up, the harmonic analysis of the electric network is done by frequency domain and time domain methods. Time domain methods are also employed for the analysis of the commutation transient produced by the SFC operation. Finally, the simulation results are used to evaluate the impact of the SFC operation on the station equipment, especially on the generator step up transformer. / Master of Science

Este trabalho apresenta a proposta de um sistema completo de proteção diferencial de transformadores de potência, aplicando-se as técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNAs). O esquema proposto busca a classificação do sistema de proteção como um problema de reconhecimento e reconstrução de padrões, representando um método alternativo aos algoritmos convencionais. Vários fatores como, por exemplo, as situações de energização do transformador e a saturação dos transformadores de corrente, podem causar uma má operação do dispositivo de proteção. Com o objetivo de melhoramento na proteção digital de transformadores de potência, desenvolveu-se um sistema de proteção diferencial, incluindo dispositivos com base em RNAs, em substituição à filtragem harmônica de sinais existente no algoritmo convencional. Em complementação, esquemas de reconstrução das ondas distorcidas provenientes da saturação dos TCs são também propostos e adicionados ao algoritmo final de proteção, sendo esses comparados ao algoritmo convencional de proteção diferencial de transformadores. Com a referida adição de ferramentas de inteligência artificial a um algoritmo completo de proteção diferencial de transformadores, obteve-se uma solução bastante precisa e eficiente, capaz de responder em um tempo reduzido, se comparada aos métodos convencionais. / This work proposes a complete differential protection system for power transformers, applying the Artificial Neural Network (ANN) theory. The proposed approach treat the classification of the protection system as a problem of pattern recognition and as an alternative method to the conventional algorithms. Several factors such as, for example, transformer energization and CT saturation can cause an inadequate operation of the protection relay. With the objective of improving the power transformer digital protection, a complete protection system was developed, including an ANN-based device in substitution to harmonic filters, in use in the conventional algorithm. Some approaches concerning the reconstruction of the distorted signals caused by the CTs saturation are also proposed. These routines are added to the final protection algorithm and they are compared to the conventional algorithm for power transformer protection. With the use of artificial intelligence tools in a complete power transformer protection algorithm, one intends to obtain a very precise, fast and efficient solution, if compared to the conventional methods.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-04-04T12:41:38Z No. of bitstreams: 2 Tese - André Pereira Marques - 2018.pdf: 11271921 bytes, checksum: 086b8deaeaa9f31cd4e5ea975724a254 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-04-04T13:27:18Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - André Pereira Marques - 2018.pdf: 11271921 bytes, checksum: 086b8deaeaa9f31cd4e5ea975724a254 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-04T13:27:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Tese - André Pereira Marques - 2018.pdf: 11271921 bytes, checksum: 086b8deaeaa9f31cd4e5ea975724a254 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-22 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The effective application of predictive maintenance techniques for power transformers is essential for the early detection of defects and failures, and in order to trigger scheduled preventive or corrective actions. This precludes the need for urgent and/or emergency interventions, aiming to reduce unscheduled power outages, which are usually more costly and cause great inconvenience to consumers and the electric power system. In this context, this work focuses on the development of an optimized diagnostic methodology for power transformers, by integrating eleven predictive techniques (with 27 quantities). These techniques are analyzed with respect to voltage level, type of electrical connection and age of the transformers – when applicable –, based on the experience of specialists/analysts, on standards and technical guidelines, and on statistical analyses of a database of actual field and laboratory tests. The analyses of the validation of the results are significant and presented through a specialized system, demonstrating their practical application. The novelty of this thesis consists in the development of an original classification method, called Normalized Doubly Weighted Sum (NDWS), and in the detailed description of the predictive techniques that are integrated, their functionalities, the creation of equations, the definition of criteria and parameters, with their weights and scores for the classification of “A” (excellent) to “E” (very poor), and recommended actions aimed at underpinning decision- making, thereby contributing to the body of studies in this field. Hence, it can be concluded that this work offers a comprehensive and efficient tool to aid in the optimized diagnosis of power transformers, insulated with kraft paper and immersed in mineral insulating oil, providing effective diagnostics and maintenance of these devices, and thus increasing the reliability of electric power systems. / A eficiência da aplicação de técnicas preditivas de manutenção em transformadores de potência é fundamental para se detectar defeitos e falhas ainda em estágio incipiente, disparar ações preventivas ou corretivas programadas, e assim evitar intervenções em caráter de urgência e ou emergência, visando a diminuição de interrupções não programadas no fornecimento de energia elétrica, as quais são comumente mais onerosas e causadoras de grandes transtornos aos consumidores e ao sistema elétrico. Neste sentido, os objetivos deste trabalho baseiam-se em apresentar o desenvolvimento de uma metodologia de diagnóstico otimizado destes equipamentos, mediante a integração de onze técnicas preditivas (com vinte e sete grandezas), analisando-as em relação ao nível de tensão, tipo de ligação elétrica e idade dos transformadores – quando aplicável – e de acordo com o seguinte embasamento: na experiência de especialistas/analistas; em normas e orientações técnicas; e em análises estatísticas de uma base de dados de ensaios reais realizados em campo e em laboratório. As análises com a validação dos resultados são significativas e apresentadas por meio de um sistema especialista, mostrando a sua aplicação prática. O ineditismo desta tese refere-se ao desenvolvimento de um método de classificação original, denominado Soma Duplamente Ponderada Normalizada (SDPN), e à descrição detalhada sobre quais técnicas preditivas são integradas, suas funcionalidades, elaboração de equações, a definição de critérios e de parâmetros, com seus pesos e suas notas para a classificação de “A” (excelente) a “E” (péssimo), e ações recomendadas que auxiliam nas tomadas de decisão, contribuindo com os estudos na área. Portanto, conclui-se que este trabalho possui uma aplicação abrangente e eficiente como ferramenta para o subsídio ao diagnóstico otimizado de transformadores de potência, isolados em papel kraft e imersos em óleo mineral isolante, proporcionando diagnósticos e manutenções efetivas nestes equipamentos e, consequentemente, impactando o aumento da confiabilidade do sistema elétrico.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2017-07-21T17:52:36Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Henrique Vivas e Silva - 2017.pdf: 5148275 bytes, checksum: 451ab8d12dacefd5609d711aa1677179 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-07-24T11:16:07Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Henrique Vivas e Silva - 2017.pdf: 5148275 bytes, checksum: 451ab8d12dacefd5609d711aa1677179 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-24T11:16:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Tiago Henrique Vivas e Silva - 2017.pdf: 5148275 bytes, checksum: 451ab8d12dacefd5609d711aa1677179 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-05-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work have its main theme on the maintenance in Power Transformers in energy substations. Power Transformers have great importance in power transmission and distribution systems. In addition to being essential to perform the transformation between diferent levels of electrical voltage from generation to consumption, the cost of these equipments represents a considerable part of the investment in the system. A failure in a transformer can compromise the supply of electricity to an entire region of the city, which represents a lack of billing and fines to the power distribution company, as well as the repair costs of the equipment that failed. In this dissertation one of the main techniques used to diagnose power transformers using the Dissolved Gas Analysis (DGA) are discussed, as well as the use of Fuzzy Logic in conjunction with the diferente analysis techniques. The differential of this work is the development of a computational tool that allows the grafical visualization of diagnosis evolution for each equipment over time and provides a final result by a flowchart that considers all diagnosis of the traditional techniques approached with application of Fuzzy Logic. The result obtained is the development of a software that implements the proposed methodology and graphically presents the diagnostics of each equipment present in the company’s database. The software allows the analysis of the current operational state of the equipment and his evolution over time, subsidizing the decision of the maintenance professional regarding maintenance in the equipment. / Este trabalho tem como tema central o planejamento da manutenção em transformadores de potência em subestações. Os transformadores de potência têm uma grande importância nos sistemas de transmissão e distribuição de energia elétrica. Além de serem essenciais para efetuar a transformação entre os diferentes níveis de tensão elétrica ao longo do sistema desde a geração até o consumo, o valor destes equipamentos representa uma parcela considerável do investimento das concessionárias no sistema. Uma falha em um transformador de potência pode comprometer o fornecimento de energia elétrica para uma região inteira da cidade, o que representa falta de faturamento e multas para a concessionária, além dos próprios custos de reparação do equipamento que falhou. Nesta dissertação é abordada uma das principais técnicas utilizadas para diagnósticos de transformadores de potência: a Análise de Gases Dissolvidos (AGD), bem como a utilização da lógica Fuzzy em conjunto com os diferentes métodos de análise desta técnica. O diferencial deste trabalho está no desenvolvimento de uma ferramenta computacional que permite a visualização gráfica da evolução do diagnóstico de cada equipamento ao longo do tempo e fornece um resultado final através de um fluxograma que considera os diagnósticos de todas as técnicas tradicionais abordadas com a aplicação da lógica Fuzzy. O resultado obtido é o desenvolvimento de um software que implementa a metodologia proposta e apresenta, de forma gráfica, os diagnósticos de cada equipamento presente no banco de dados da empresa. O software permite a análise do atual estado operacional do equipamento e a evolução deste diagnóstico ao longo do tempo, subsidiando a tomada de decisão do profissional da manutenção quanto às manutenções no equipamento.

Οι μετασχηματιστές ισχύος αποτελούν τα κρισιμότερα στοιχεία ενός Συστήματος Ηλεκτρικής Ενέργειας από την άποψη κόστους, χρησιμότητας και επικινδυνότητας. Επομένως είναι ιδιαίτερα σημαντικός ο έλεγχος της υγείας των μετασχηματιστών και της λειτουργικής τους ικανότητας. Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με το διαγνωστικό έλεγχο των μεγάλων μετασχηματιστών ελαίου. Για το σκοπό αυτό θεωρείται αναγκαίο να γίνει πρώτα μία αναλυτική αναφορά στους μετασχηματιστές και στις ιδιότητές τους. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μία σύντομη εισαγωγή σχετική με τα Σ.Η.Ε. ώστε να καταστεί σαφής ο ρόλος των μετασχηματιστών σε αυτά. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφονται λεπτομερώς οι αρχές λειτουργίας και τα κατασκευαστικά στοιχεία των μετασχηματιστών καθώς και τα προβλήματα που προκύπτουν σε αυτούς εξαιτίας της λειτουργίας τους ή από την πάροδο των ετών. Το κεφάλαιο 3 ασχολείται με τη λειτουργική κατάσταση και τη διάρκεια ζωής των μετασχηματιστών και την εξάρτησή τους από την κατάσταση της μόνωσης. Στο κεφάλαιο 4 παρατίθενται όλες οι κλασικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση και τη διάγνωση σφαλμάτων στους μετασχηματιστές. Επίσης περιγράφονται η κατάταξη των μετασχηματιστών ανάλογα με την ικανότητά τους να παραμείνουν σε λειτουργία και η ένταξη της παρακολούθησής τους στον έλεγχο του συστήματος. Το κεφάλαιο 5 επικεντρώνεται στη μέθοδο Duval, μία μέθοδο διάγνωσης που συγκαταλέγεται στην κατηγορία των Χημικών Μεθόδων και ειδικότερα της Ανάλυσης των Διαλυμένων Αερίων στο λάδι. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται η περιγραφή της μεθόδου και η παράθεση του προγράμματος που εφαρμόζει τη μέθοδο. Τα παραρτήματα αποσαφηνίζουν κάποιες λεπτομέρειες σχετικές με τη μέθοδο Duval, χρήσιμες για την κατάστρωση του κώδικα. / Power transformers are the most critical components of an Electric Power System (E.P.S.) as far as their cost, usefulness and level of risk are concerned. Therefore their maintenance as well as their health and ability to stay in service check are of great importance. This thesis deals with the diagnostics of large oil immersed transformers. Consequently it is considered necessary to begin with a detailed description of power transformers and their attributes. In Chapter 1 a short introduction of E.P.S. is taking place in order to clarify the role of power transformers in them. In Chapter 2 the principles of operation, the manufacturing elements as well as the malfunctions that occur in a transformer because of their use or in the course of time are described in detail . Chapter 3 deals with the operation condition, life-span and the dependency of a transformer on the insulation system condition. In Chapter 4 all the common used techniques for condition monitoring and fault diagnosis of a transformer are displayed. Furthermore the order of the transformers depending on their ability to maintain in operative condition is described as well as the incorporation of their monitoring in the system inspection. Chapter 5 is focused on the Duval method which is a chemical method for fault diagnosis and more specifically a dissolved gas analysis. In this chapter the Duval method is described in detail along with the description of the program that uses this method. The adjuncts clarify some details regarding the Duval method which are necessary for the comprehension of the program.

Orientador: Luís Carlos Origa de Oliveira / Resumo: As profundas mudanças que os sistemas de distribuição de energia elétrica vêm experimentando, devido à crescente penetração de unidades de Geração Distribuída (GD), têm resultado, inevitavelmente, na efetiva ruptura da forma tradicional de controlar e operar o sistema elétrico. A conexão em larga escala de unidades de GD impõe às distribuidoras de energia uma série de desafios técnicos, econômicos e regulatórios, necessários para preservar a continuidade e o nível de Qualidade da Energia Elétrica (QEE) na rede. Além dos benefícios que justificam o investimento, os sistemas de GD contribuem com alguns impactos negativos para o sistema elétrico, entre eles, destacam-se aqui a geração de harmônicas e a injeção de corrente contínua (CC) na rede, em regime permanente, e seus efeitos sobre os transformadores de potência. O incremento de uma componente de fluxo CC em seu enrolamento secundário altera o ponto de operação natural e eficiente do transformador, trazendo prejuízo não só à sua vida útil, mas também à sua funcionalidade na rede. Esta condição favorece a geração e propagação de harmônicas adicionais no sistema alimentador, afetando negativamente o sistema elétrico, sendo esta análise uma contribuição original deste trabalho. Neste sentido, considera-se com grande relevância o estudo de comportamento dos equipamentos projetados para operar essencialmente com sinais em corrente alternada (CA) e que passam a ser submetidos, simultaneamente, a excitações com corrente contínua. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The deep changes that electric power distribution systems have been experiencing due to the increasing number of Distributed Generation (GD) units, have inevitably resulted in the effective rupture of the traditional way of controlling and operating the electrical system. The large-scale connection of GD units imposes on energy utilities many technical, economic and regulatory challenges necessary to preserve the continuity and the Electric Power Quality (EPQ) level on the grid. In addition to the benefits that justify the investment, GD systems have some negative impacts to the electrical system, among them, the harmonic generation and Direct Current (DC) injection on the grid, and its effects in the power transformers. The increase of a DC flow component in the secondary winding changes the standard and efficient operational point of the transformer, causing damage not only to its lifespan but also to its functionality on the grid. This condition favors the additional harmonics generation and propagation in the feeder system, adversely affecting the electrical system, being this analysis an original contribution of this work. In this way of thinking, it is considered with great relevance the study of the equipment behavior designed to operate essentially with signals in alternating current (AC) and simultaneously subjected to excitations with direct current (DC). Whereas the objective of analyzing not only the effect but also the cause of the double excitation, this thesis ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

This dissertation presents the development of an algorithm for classifying electrical transients in power transformers for protection. Initially the main transient involving power transformers were analyzed, with a special focus on the magnetizing current that occur during energizing equipment, known as inrush currents. Among the studied transient, current inrush are those that present greater difficulty in identification and discrimination by the differential protection, due to its high peak magnitude. In a second moment, was developed a test system implemented in ATP / EMTP software for the simulation of different operating situations of the power transformer, current data being obtained from TCs for analysis. After known the problem and implement a test for acquisition system, we developed an algorithm based on the last samples of the detail coefficients, called Details Signals, from the decomposition of the data of differential phase current using the Discrete Wavelet Transform. The methodology has the objective improve the system for protection of the transformer, becoming one efficient alternative for the identification of transients. / Esta dissertação apresenta o desenvolvimento de um algoritmo para classificação de transitórios elétricos em transformadores de potência, para fins de proteção. Inicialmente foram analisados os principais transitórios associados aos transformadores de potência, tendo um foco especial na corrente de magnetização que surge durante a energização do equipamento, conhecida como corrente de inrush. Dentre os transitórios estudados, as correntes de inrush são as que apresentam maior dificuldade de identificação e discriminação por parte da proteção diferencial, devido a sua alta magnitude de pico. Em um segundo momento, foi desenvolvido um sistema teste implementado no software ATP para a simulação das diversas situações de operação do transformador de potência, sendo obtidos dados de correntes a partir dos TCs para análise. Após conhecer o problema e implementar um sistema teste para a obtenção dos dados, desenvolveu-se um algoritmo baseado nas últimas amostras dos coeficientes de detalhes, chamada de Sinais de Detalhes, provenientes da decomposição dos dados de correntes diferenciais das fases por meio da Transformada Wavelet Discreta. A metodologia desenvolvida tem como objetivo melhorar o sistema de proteção do transformador, tornando-se uma alternativa eficiente para a identificação de transitórios.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2018-11-07T12:39:53Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nicolas Kemerich de Moura - 2018.pdf: 6431239 bytes, checksum: d07613ddd5a20d424fc3e761ae809118 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-11-08T10:12:28Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nicolas Kemerich de Moura - 2018.pdf: 6431239 bytes, checksum: d07613ddd5a20d424fc3e761ae809118 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-08T10:12:28Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Nicolas Kemerich de Moura - 2018.pdf: 6431239 bytes, checksum: d07613ddd5a20d424fc3e761ae809118 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-08-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This dissertation aimed to apply several computational methods of optimization and compare their performance in the evaluation of results of physicochemical tests in power transformers. The systematic generalization of the general method of evaluation and classification – normalized doubly weighted sum –, was presented, it was improved by reducing parameters and it was applied to the physicochemical tests, which allowed the evaluation of the insulating oil of power transformers through a Global Note. The results highlighted the high adaptability of the evolutionary algorithm to this specific problem. Furthermore, the high accuracy rates obtained through optimizations explained the potential of applying the weighted sum method as a tool to aid the diagnosis of power transformers, contributing to more efficient maintenance in those devices and better monitoring of the evaluation of their operating conditions, improving the reliability of the electrical system. / Esta dissertação teve por objetivo aplicar diferentes métodos computacionais de otimização e comparar seus desempenhos na avaliação dos resultados de ensaios físico-químicos em transformadores de potência. Apresentou-se a sistematização generalizada do método geral de avaliação e classificação denominado soma duplamente ponderada normalizada, que foi aprimorado por meio da redução de parâmetros, aplicado aos ensaios físico-químicos, e posteriormente otimizado, propiciando a avaliação do óleo isolante de transformadores de potência por meio de uma Nota Global. Os resultados demonstraram a capacidade do algoritmo evolutivo se adaptar muito bem ao problema específico. Ainda, as elevadas taxas de acertos obtidas por meio de otimizações explicitaram o potencial de aplicação do método da soma ponderada como ferramenta para auxílio ao diagnóstico de transformadores de potência, contribuindo para manutenções mais eficientes nesses equipamentos e um melhor acompanhamento na avaliação das suas condições operativas, impactando no aumento da confiabilidade do sistema elétrico.

Este trabalho apresenta a proposta de um sistema completo de proteção diferencial de transformadores de potência, aplicando-se as técnicas de Redes Neurais Artificiais (RNAs). O esquema proposto busca a classificação do sistema de proteção como um problema de reconhecimento e reconstrução de padrões, representando um método alternativo aos algoritmos convencionais. Vários fatores como, por exemplo, as situações de energização do transformador e a saturação dos transformadores de corrente, podem causar uma má operação do dispositivo de proteção. Com o objetivo de melhoramento na proteção digital de transformadores de potência, desenvolveu-se um sistema de proteção diferencial, incluindo dispositivos com base em RNAs, em substituição à filtragem harmônica de sinais existente no algoritmo convencional. Em complementação, esquemas de reconstrução das ondas distorcidas provenientes da saturação dos TCs são também propostos e adicionados ao algoritmo final de proteção, sendo esses comparados ao algoritmo convencional de proteção diferencial de transformadores. Com a referida adição de ferramentas de inteligência artificial a um algoritmo completo de proteção diferencial de transformadores, obteve-se uma solução bastante precisa e eficiente, capaz de responder em um tempo reduzido, se comparada aos métodos convencionais. / This work proposes a complete differential protection system for power transformers, applying the Artificial Neural Network (ANN) theory. The proposed approach treat the classification of the protection system as a problem of pattern recognition and as an alternative method to the conventional algorithms. Several factors such as, for example, transformer energization and CT saturation can cause an inadequate operation of the protection relay. With the objective of improving the power transformer digital protection, a complete protection system was developed, including an ANN-based device in substitution to harmonic filters, in use in the conventional algorithm. Some approaches concerning the reconstruction of the distorted signals caused by the CTs saturation are also proposed. These routines are added to the final protection algorithm and they are compared to the conventional algorithm for power transformer protection. With the use of artificial intelligence tools in a complete power transformer protection algorithm, one intends to obtain a very precise, fast and efficient solution, if compared to the conventional methods.