Calculation and simulation analysis of parallel operation in power transformers using matlab software
Güç transformatörlerinde paralel çalışmanın matlab programı kullanılarak hesaplanması ve simülasyon analizi
- Tez No: 803143
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NİHAT PAMUK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Elektrik enerjisi üretimi, dağıtımı ve iletiminin güvenliği tesisler için en önemli konulardan biridir. Sistemde çalışan ekipmanların sağlıklı çalışmaları, tesis üretimi için gerekli olan iç ihtiyaç elektrik enerjisi büyük önem taşımaktadır. Enerji üretimi düşük gerilim seviyelerinde yapılmakta olup transformatörler ile gerilim seviyesi yükseltilerek iletim hatlarına güç aktarımı yapılmaktadır. İletilen elektrik enerjisi üretim tesislerinde kullanılabilmesi için yine transformatörler ile gerilim seviyesi düşürülerek tesis iç ihtiyacı için kullanılabilir hale getirilir. Üretim, İletim, Dağıtım ve Tüketim aşamaları arasında gerekli olan geçişleri sağlamak için kullanılan transformatörler sistemin önemli bir ekipmanıdır. Tez çalışmasının ilk kısmında literatür araştırması yapılmıştır. Araştırmanın amacı ve yöntemi anlatılmaktadır. Daha sonraki kısımda güç transformatörlerinin yapısı hakkında bilgiler verilmektedir. Güç transformatörlerinin yapı parçalarını oluşturan transformatör çekirdeği, transformatör sargıları ve sargı çeşitleri, kademe değiştiriciler ve çeşitleri, ana tank, genleşme deposu, transformatör yağı, soğutma sistemi ve çeşitleri açıklanmaktadır. Transformatör yapısını tanıtan ana parçalar bu kısımda tanımlanmaktadır. Koruma sistemleri ve hangi aksesuarların hangi amaçla kullanıldığı açıklanmaktadır. Transformatörler enerji altyapısının periyodik bakım yapılması gereken önemli ve onarım aşamalarının uzun sürdüğü ekipmanlardır. Koruma sistemleri transformatörde meydana gelen arızaların veya istenmeyen durumların arızanın büyümesine sebep vermeden arızanın boyutuyla doğru orantılı olarak alarm veya trip kontağını tetikleyerek role ve dolayısıyla SCADA'ya bilgi aktaran cihazlar açıklanmaktadır. Transformatörlerin periyodik bakımları sırasında mutlaka fonksiyonel testlerinin yapılması ve sinyallerin gerekli koruma kontrol sistemlerine aktarıldığından emin olunması olası arızaların sisteme iletildiğinden emin olunması önemlidir. Bu sistemler, transformatör yağının takibini ve transformatör ana tankı içerisinde meydana gelen olayların kontrolünü içermektedir. Yağ içerisinde meydana gelen çözünmeyen yanıcı gazların takibi buchholz röleleri ile yapılmaktadır. Buchholz rölesi transformatörün yağında meydana gelen gazların miktarına orantılı olarak çalışmaktadır. Bu gazların analizi yapılarak transformatör içerisinde meydana gelen arıza tanımlanabilmektedir. Yağ hava sıcaklığıyla seviyesi değişen, genleşip büzüşerek miktarı etkilenen bir maddedir. Yağ seviyesi yağ seviye göstergesi aracılığıyla takip edilmektedir. Yağ sıcaklığı transformatörün çalışmasıyla beraber hava sıcaklığının da etkili olduğu ve tanımlanan çalışma sıcaklıklarının üzerine geçmemesi için yağ sıcaklık göstergesi ve sargı sıcaklık göstergesi ile takibi yapılmaktadır. Yağın havayla teması seperatör ile kesilmesi yağın ömrünün uzamasını sağlamaktadır, ancak zorunlu bir uygulama değildir. Seperatörlerin devrede olduğunu anlamak amacıyla genleşme deposunun üzerine bir Buchholz rölesi sadece seperatörün devrede olup olmadığının takibi amacıyla kullanılmaktadır. Transformatör içerisine çekilen havadaki nemin alınmasını sağlamak amacıyla silikajeller kullanılmaktadır. Yağ ile direk hava temasının olması durumunda havadaki nem transformatör yağını olumsuz etkilemektedir. Bu etkiyi azaltmak amacıyla silikajeller önemli bir ekipmandır. Transformatör ana tankı içerisinde oluşabilecek basınçlar doğrultusunda zarar görmesinin engellenmesi basınç boşaltma cihazları sayesinde sağlanmaktadır. Olası bir transformatör yağının hızlı bir şekilde boşalması durumunda genleşme deposundaki yağın boşalmasını engellemek amacıyla geri döndürmez vanalar kullanılmaktadır. Transformatör koruma cihazları ve aksesuarları transformatörlerin çalışması sırasında oluşabilecek arızaların önüne geçmek için son derece önemli cihazlardır. Daha sonraki kısımda paralel çalışma ve vektör grupları hakkında bilgiler paylaşılmakta ve hesaplamalar yapılmaktadır. Transformatörlerin çalışma prensibi ve hesaplamaları, vektör grupları ve paralellik çizimleri, vektör grubu belli olmayan transformatörlerin vektör grubunun nasıl tespit edilebileceği, vektör grubunun nasıl değiştirileceği anlatılmaktadır. Transformatörlerde paralel çalışma hesapları ve oluşan yeni parametreler doğrultusunda alınması gereken güvenlik payının önemi açıklanmaktadır. Tasarlanan program, iki transformatörün paralel çalışmasının analizini yapmaktadır. Yapılan analiz doğrultusunda paralel çalışma koşullarının sağlanıp sağlanmadığını gerekli hesaplamaları yaparak sonuçlandırmaktadır. Transformatörlerin vektör gruplarının farklı olması durumunda yapılacak gerekli düzenlemelerin tanımını yapmaktadır. Programın nasıl kullanıldığı ve kullanım sırasında nelere dikkat edilmesi gerektiği tanımlanmaktadır. Program on iki farklı senaryo için uygulanmıştır. Bünyesinde iki yüz yirmi yağlı transformatör bulunan bir endüstri firmasının transformatör bilgilerini kullanarak program denenmiştir. Uygulanabilirlik olarak iki yüz yirmi transformatörün iki yüz dokuz tanesine uygulanabilmiştir. Bu sonuç %95 uygulanabilirlik oluşturmaktadır. Uygulama yapılan transformatörlerin sonuçları %100 doğrulukla hesaplanmaktadır. Enerji sürekliliğini sağlamak ve sistem arz güvenliğini yüksek seviyede tutmak için transformatörlerin paralel bağlantılı olarak çalıştırılması yöntemlerden bir tanesidir. Bir transformatörde meydana gelebilecek olan arızadan ötürü sistem durmamış olacaktır. Sistemin devamlılığı için paralel çalışma önemli bir kazanım sağlamaktadır. Yük ve transformatör kapasitesi dengelenerek tek transformatör üzerinden önemli yüklere enerji verilmesine devam edilebilir. Bu süreçte ise arızaya uğramış olan transformatörün yerine yeni bir transformatör bağlantısının yapılması gerekmektedir. Transformatörlerin paralel çalışması enerji arz güvenliğinin sağlanmasının yanında yedeklik için de son derece önemlidir. Farklı özellikteki transformatörlerin paralel çalışmasının analizinin yapılması olası maliyet yönetimi, yük yönetimi ve güç sürekliliği için önem taşımaktadır. Sonuç bölümünde tasarlanan programın uygulanabilirlik ve doğruluk bilgisi paylaşılmıştır. Yeni temin edilecek olan transformatörün özellikleri arızalı olan transformatör ile aynı olmayabilir. Tezimin sonucunda, paralel çalıştırılacak olan transformatörlerin işaret plakasında belirtilen özelliklerine göre yapılması gereken değişikliklerin belirtilmesini sağlayan, iki transformatörün yükü hangi oranda paylaşacağının analizini yapan, iki transformatörü maksimum hangi güç seviyesinde yüklenebileceği bilgisini belirten, bazı vektör grubu farklılığı durumlarında yapılabilecek değişiklikleri belirten programın tasarımı anlatılmakta ve uygulama sonuçları paylaşılmaktadır. Program“Matlab App Designer”aracılığıyla oluşturulmuştur. Program içerisinde, oluşabilecek senaryolar uygulanmakta ve yapılması gereken hesaplamalar program içerisinde paylaşılmaktadır.
Özet (Çeviri)
The safety of electricity generation, distribution, and transmission is one of the most essential issues for facilities. The healthy operation of the equipment in the system and the internal electrical energy required for the facility's production are of great importance. Energy production is carried out at low voltage levels, and power is transferred to transmission lines by increasing the voltage level with transformers. For the transmitted electrical energy to be used in production facilities, the voltage level is reduced with transformers, making it usable for the internal needs of the facility. Transformers, which are used to provide the necessary transitions between the Production, Transmission, Distribution, and Consumption stages, are essential equipment of the system. In the first part of the thesis, a literature search was made. The purpose and method of the research are explained. The following section gives information about the power transformers' structure. The transformer core, transformer windings and types of windings, tap changers and their types, main tank, expansion tank, transformer oil, cooling system, and its types, which are the structural parts of power transformers, are explained. The main parts that introduce the transformer structure are defined in this section. It explains the protection systems and which accessories are used for what purpose. Transformers are essential energy infrastructure equipment that needs periodic maintenance and take a long time to repair. Devices that transmit information to the relay and thus to the SCADA by triggering the alarm or trip contact in direct proportion to the size of the fault, without causing the malfunctions or unwanted situations occurring in the transformer to enlarge the fault, are explained. It is essential to ensure that the transformers' functional tests are carried out during the periodic maintenance of the transformers, that the signals are transferred to the necessary protection control systems, and that possible malfunctions are transmitted to the system. These systems include monitoring the transformer oil and controlling the events occurring in the transformer main tank. The monitoring of insoluble flammable gases occurring in the oil is done with Buchholz relays. Buchholz relay operates in proportion to the number of gases formed in the transformer's oil. The fault occurring in the transformer can be defined by analysing these gases. Oil is a substance whose level changes with air temperature and whose amount is affected by expansion and contraction. The oil level indicator monitors the oil level. The oil temperature is monitored with the oil temperature indicator and the winding temperature indicator so that the air temperature is also effective with the operation of the transformer and does not exceed the defined operating temperatures. Cutting the oil in contact with the air with the separator ensures that the life of the oil is extended, but it is not a mandatory application. In order to understand that the separators are active, a Buchholz relay is used on the expansion tank only to monitor whether the separator is active or not. Silica gels remove moisture from the air drawn into the transformer. In direct air contact with the oil, the humidity affects the transformer oil negatively. Silica gels are essential equipment to reduce this effect. Pressure relief devices provide preventive damage in line with the pressures that may occur in the transformer main tank. In the rapid discharge of transformer oil, non-return valves prevent the oil from draining in the expansion tank. Transformer protection devices and accessories are essential to prevent malfunctions that may occur during the operation of transformers. In the next section, information about parallel working and vector groups is shared, and calculations are made. The working principle and calculations of transformers, vector groups, and parallelism drawings, how to determine the vector group of transformers whose vector group is not clear, and how to change the vector group are explained. The importance of the safety margin to be taken in line with parallel operation calculations and new parameters in transformers is explained. In the next section, information about parallel working and vector groups is shared, and calculations are made. The working principle and calculations of transformers, vector groups, and parallelism drawings, how to determine the vector group of transformers whose vector group is not clear, and how to change the vector group are explained. The importance of the safety margin to be taken in line with parallel operation calculations and new parameters in transformers is explained. The designed program analyses the parallel operation of two transformers. In line with the analysis, it concludes by making the necessary calculations on whether the parallel working conditions are met. It defines the necessary arrangements to be made in case the vector groups of the transformers are different. It describes how the program is used and what needs to be considered. The program was implemented for twelve different scenarios. The program was tested by using the transformer information of an industrial company with two hundred and twenty oil-immersed transformers. As applicability, it could be applied to two hundred and nine of two hundred and twenty transformers. This result constitutes 95% applicability. The results of the applied transformers are calculated with 100% accuracy. Parallel operation of transformers is one of the methods to ensure energy continuity and to keep system supply security at a high level. The system will not be stopped due to a fault that may occur in a transformer. The parallel operation provides a significant gain for the continuity of the system. By balancing the load and transformer capacity, it is possible to continue to energize essential loads through a single transformer. In this process, a new transformer must be connected to replace the faulty transformer. Parallel operation of transformers is essential for redundancy and ensuring energy supply security. Analysing the parallel operation of transformers with different characteristics is essential for possible cost management, load management, and power continuity. In the conclusion section, the applicability and accuracy of the designed program are shared. The characteristics of the transformer to be supplied may differ from the faulty transformer. As a result of the thesis, the program's design is explained. The application is made, which allows specifying the changes that need to be made according to the characteristics of the transformers to be operated in parallel, analyses how the two transformers will share the load, indicates the information at which maximum power level can be loaded on the two transformers, and indicates the changes that can be made in case of some vector group differences. Results are shared. The program was created via“MATLAB App Designer.”The program implements possible scenarios, and the necessary calculations are shared.
Benzer Tezler
- Bir metro hattında araç kapasitesinin artırılmasının orta gerilim ve cer sistemleri üzerine etkileri
The effects of increasing vehicle capacity on medium voltage and traction systems in a metro line
ZENNURE YENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZCAN KALENDERLİ
- Düzlemsel transformatör kullanarak ileri yönlü dönüştürücü tasarımı
Designing a forward converter using planar transformer
HARUN KURAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. METİN YAZGI
- EMPT ile enerji iletim sistemlerinde açma-kapama olayları analizleri
Switching phenomena analyses of power transmission systems with EMTP
TANER DENİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. ADNAN KAYPMAZ
- Transformatörlerde kalkanlı sargı uygulaması ve yansıyan gerilimlerin incelenmesi
Shielded winding application in transformers and transferred voltages
AHMET KEREM KÖSEOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜVEN KÖMÜRGÖZ KIRIŞ
- Çok çıkışlı LLC rezonans çeviricilerde transformatör değişkenlerinin devrenin verimine etkisinin tespitine katkılar
Contributions to determining the effect of transformer parameters on efficiency of multi-output resonant converters
MUSTAFA KÜÇÜKKURU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ