ابزارهای تشخیصی  DGA

بیشتر ابزارهای تشخیصی DGA که امروزه به کار گرفته می‌شوند را می‌توان در راهنماهای IEEE C57.104  یا IEC 60599 یافت. بر اساس این دو استاندارد، سایر استانداردهای ملی و بین المللی که شامل ابزارهای اضافی هستند نیز در دسترس قرار می‌گیرند، در این بخش ابزارهایی را که در راهنماهای IEEE و IEC یافت می‌شود، مورد بحث قرار می‌دهیم. در شکل 5 برخی از این ابزارهای تشخیصی بر مبنای استاندارد مربوطه آمده است.

شکل5:ابزارهای تشخیصیDGA  بر مبنای استانداردهای مربوطه

روش Total Combustible Gas (TCG) و روشTotal Dissolved Combustible Gas (TDCG) دو ابزار تشخیصی هستند که مبتنی بر نسبت گازها  نیستند ولی از آنجایی که هیچ ارزش تشخیصی قابل توجهی در مورد نوع خطا ارائه نمی‌دهند، استاندارد IEEE توصیه می‌کند که آن‌ها را با سایر ابزارهای تشخیصی ترکیب کنید تا درک بهتری از آنچه در ترانسفورماتور اتفاق می‌افتد به دست آورید. سه ابزار تشخیصی دیگر نیز وجود دارد که ممکن است به عنوان مکمل سایر روش‌های تشخیصی برای ارزیابی دقیق‌تر شرایط ترانسفورماتور استفاده شود. این روش‌ها عبارتند از نسبت CO2/CO، نسبت O2/N2 و نسبت C2H2/H2.

نسبت CO2/CO - این نسبت برای تشخیص درگیری کاغذ عایقی در یک خطا استفاده می‌شود. که اگر کمتر از 3 باشد، نشانه‌ای قوی از نقص در کاغذ یا نقطه داغ یا قوس الکتریکی با دمای بالای 200 درجه سانتیگراد است. اگر نسبت بالاتر از 10 باشد، نشان‌دهنده یک خطا با دمای کمتر از 150 درجه سانتیگراد است. با این حال، این نسبت چندان دقیق نیست زیرا گاهی متاثر از CO2 و CO حاصل از اکسیداسیون روغن و پیری طبیعی سلولز در کاغذ می‌باشد. بنابراین برای مقدار بالای  CO2، مشاهده تغییر قابل توجه در نسبتCO2 / CO ، تقریبا غیرممکن است.

نسبت O2/N2 - کاهش این نسبت نشان‌دهنده گرمایش بیش از حد است.

نسبت C2H2/H2 - نسبت بین 2 و 3 در مخزن اصلی نشان‌دهنده آلودگی توسط LTC  است. در این مواقع سطح استیلن در مخزن اصلی می‌تواند بسیار بالا باشد، بنابراین برای تشخیص مشکلات واقعی در مخزن اصلی، باید تغییرات تدریجی استیلن را بررسی کرد.

بقیه ابزارهای تشخیصی DGA که در مورد آنها بحث خواهیم کرد، به عنوان روش‌های تفسیر اصلی مورد استفاده برای تشخیص عیب ترانسفورماتورهای قدرت در نظر گرفته می‌شوند. که شامل روش‌های Key Gas، Dornenburg Ratio، Rogers Ratio، IEC Basic Gas Ratio، Duval Triangle و نسبت CIGRE می‌باشد. اکثر این روش‌ها مبتنی بر نسبت هستند، به این معنی که بر اساس نزدیکی هر نسبت به محدوده‌ی خاصی از اعداد،  از زیرمجموعه‌ای از نسبت‌های زیر برای تشخیص نوع خطا استفاده می‌کنند:

• نسبت 1 (R1) = CH4/H2

• نسبت 2 (R2) = C2H2/C2H4

• نسبت 3 (R3) = C2H2/CH4

• نسبت 4 (R4) = C2H6/C2H2

• نسبت 5 (R5) = C2H4/C2H6

لازم به یادآوریست که هنگام استفاده از ابزارهای تشخیصی مبتنی بر نسبت چنان که در استانداردها تعریف شده، حداقل سطوح گاز مورد نیاز است تا تجزیه و تحلیل نسبت قابل اطمینان باشد. برای مطالعه‌ی بیشتر این روش‌ها می‌توانیذ به منابع  و مقاله‌های مربوطه رجوع نمایید. در ادامه شرح مختصری از یکی از روش‌های پرکاربرد به نام  مثلث دوال یا Duval Triangle آمده است.

روش مثلث دوال )( DTM

روش مثلث دوال از پایگاه داده‌های IEC TC10 و روش نسبت IEC 60599 موجود، توسعه یافته است. تقریباً 200 مورد خطای تشخیص داده شده در حین عملکرد ترانس، برای توسعه روش مثلث دوال استفاده شده است. در داخل مثلث شش ناحیه‌ی خطای احتمالی وجود دارد که تخلیه‌های جزئی، خطاهای الکتریکی (قوس الکتریکی با انرژی بالا و پایین) و خطاهای حرارتی (در محدوده‌های مختلف دمایی) به علاوه یک منطقه DT (ترکیبی از خطاهای حرارتی و الکتریکی) را پوشش می‌دهد.

استفاده از DTM بر اساس سه گاز کلیدی (CH4، C2H4  و  C2H2) است که مطابق با افزایش سطوح انرژی تشکیل گازهاست که در شکل 6 نشان داده شده است. غلظت این گازها با استفاده از نسبت های زیر محاسبه شده و سپس در امتداد سه ضلع یک نمودار مثلثی رسم می‌شوند :

• %CH4 = (CH4/CH4+C2H2) x 100

• %C2H4 = (C2H4/CH4+C2H4+C2H2) × 100

• %C2H2 = (C2H2/CH4+C2H4+C2H2) × 100

شکل6: ناحیه‌های مثلث دوال

همانطور که قبلاً گفته شد، یکی از اشکالات روش‌های نسبت گازی این است که برخی از نتایج ممکن است خارج از کدها بوده و هیچ تشخیص یا شناسایی خطایی برای آن حالت امکان‌پذیر نخواهد بود (تشخیص حل نشده). این حالت در استفاده از روش مثلث دوال اتفاق نمی‌افتد چراکه این مثلث یک "سیستم بسته" است. مثلث دوال تقریبا همیشه  می‌تواند تشخیصی با درصد پایین اشتباه ارائه ‌دهد. در واقع، بر اساس برخی گزارش‌های منتشر شده، DTM تشخیص‌های دقیق‌تر و منسجم‌تری را نسبت به هر روش دیگری در حال حاضر ارائه می‌دهد.

خلاصه روش‌های تشخیصی

مهم‌ترین ویژگی روش‌های تشخیصی DGA، شناسایی صحیح عیوب رخ داده یا احتمالی در ترانسفورماتور تحت نظارت است. با در نظر گرفتن این موضوع، روش‌های اصلی تفسیر DGA مورد بحث در این مقاله در شکل زیر خلاصه شده و دقت آن‌ها در شکل 8 نشان داده شده است. ارزیابی این روش‌ها با استفاده از داده‌های مربوط به خرابی ترانسفورماتورهای بازرسی شده موجود در بانک اطلاعات IEC صورت گرفته است.

 شکل 7: خلاصه‌ی روش‌های تشخیصی

شکل 8 :مقایسه‌ و اعتبارسنجی روش‌های تشخیصی

با توجه به ارزیابی‌های صورت گرفته، روش مثلث دوال  به نرخ صحیح 96 درصدی در تعیین خطای ترانسفورماتور رسیده است و اگرچه درصد تشخیص اشتباه بالاتری نسبت به DRM داشته (1 درصد بیشتر)، درصد "وضعیت نامشخص" برای آن صفر بوده است.

چشم‌انداز

تکنیک‌های تشخیص DGA که تاکنون ارائه شده‌اند، از غلظت یا نسبت‌های گاز (تولید شده در طی خطا) بر اساس تجربه‌های عملی متخصصان مختلف، استفاده می‌کنند. اکنون با در دسترس بودن داده های گسترده DGA ، محققان انگیزه دارند تا رویکردی جایگزین برای تفسیر داده های DGA توسعه دهند. این رویکردهای متفاوت یا جایگزین شامل تکنیک‌های هوش مصنوعی (AI)، منطق فازی و تکنیک‌های شبکه‌های عصبی است.

توسعه‌های اخیر مدل هوش مصنوعی (AI) بر اساس ترکیبی از تکنیک‌های KGM، DRM، RRM و DTM برخی چشم‌اندازهای توسعه در آینده را نشان می‌دهد( شکل 9 ). با این حال، اگرچه اکثر رویکردهای هوش مصنوعی می‌توانند عیوب را با دقت بالا تشخیص دهند، برخی از آن‌ها قادر نیستند بین خطاهای حرارتی در روغن و خطاهای کاغذ عایقی تمایز قائل شوند، بنابراین هنوز از تشخیص مهندسی در این زمینه بی‌نیاز نیستند.

شکل9 :هوش مصنوعی در توسعه‌ و ترکیب روش‌های عیب‌یابی ترانسفورماتور