Power Transformer Differential Protection Based on Clarke`s Transform and Fuzzy Systems

The power transformer is a piece of electrical equipment that needs continuous monitoring and fast protection since it is very expensive and an essential element for a power system to perform effectively. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can affect the protection behavior and the power system stability. This paper proposes the development of a new algorithm to improve the differential protection performance by using fuzzy logic and Clarke`s transform. An electrical power system was modeled using Alternative Transients Program (ATP) software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed. The results were compared to a commercial relay for validation, showing the advantages of the new method.

Expert system for the assessment of power transformer insulation condition based on type-2 fuzzy logic systems

An efficient expert system for the power transformer condition assessment is presented in this paper. Through the application of Duval`s triangle and the method of the gas ratios a first assessment of the transformer condition is obtained in the form of a dissolved gas analysis (DGA) diagnosis according IEC 60599. As a second step, a knowledge mining procedure is performed, by conducting surveys whose results are fed into a first Type-2 Fuzzy Logic System (T2-FLS), in order to initially evaluate the condition of the equipment taking only the results of dissolved gas analysis into account. The output of this first T2-FLS is used as the input of a second T2-FLS, which additionally weighs up the condition of the paper-oil system. The output of this last T2-FLS is given in terms of words easily understandable by the maintenance personnel. The proposed assessing methodology has been validated for several cases of transformers in service. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Fuzzy risk index for power transformer failures due to external short-circuits

A novel methodology to assess the risk of power transformer failures caused by external faults, such as short-circuit, taking the paper insulation condition into account, is presented. The risk index is obtained by contrasting the insulation paper condition with the probability that the transformer withstands the short-circuit current flowing along the winding during an external fault. In order to assess the risk, this probability and the value of the degree of polymerization of the insulating paper are regarded as inputs of a type-2 fuzzy logic system (T2-FLS), which computes the fuzzy risk level. A Monte Carlo simulation has been used to find the survival function of the currents flowing through the transformer winding during a single-phase or a three-phase short-circuit. The Roy Billinton Test System and a real power system have been used to test the results. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

The sound-field characterisation of a power transformer

In order to effectively suppress the noise radiation from large electrical power transformers, both the structure-borne and air-borne sound fields need to be characterised. The characterisation can be made either from theoretical predictions or by in-situ measurements. This paper presents the study of the sound radiation from a large power transformer in a substation. The radiation pattern can be predicted from the measured acceleration distribution and the predicted value is not affected by other noise sources. Alternatively, the farfield sound pressure level can be predicted from the sound pressure level measured at NEMA locations. Both the near- and far-field power radiation can be in-situ measured using the sound intensity technique. It is shown that both the vibration of a transformer tank wall and the radiated noise consist of a series of tonal components mainly at the first few harmonic frequencies of 100 Hz. Also, the neglect of the noise radiation from the transformer (top and bottom) lids does not affects the accuracy of the transformer radiation characterisation. (C) 1998 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

New approach for power transformer protection based on intelligent hybrid systems

A power transformer needs continuous monitoring and fast protection as it is a very expensive piece of equipment and an essential element in an electrical power system. The most common protection technique used is the percentage differential logic, which provides discrimination between an internal fault and different operating conditions. Unfortunately, there are some operating conditions of power transformers that can mislead the conventional protection affecting the power system stability negatively. This study proposes the development of a new algorithm to improve the protection performance by using fuzzy logic, artificial neural networks and genetic algorithms. An electrical power system was modelled using Alternative Transients Program software to obtain the operational conditions and fault situations needed to test the algorithm developed, as well as a commercial differential relay. Results show improved reliability, as well as a fast response of the proposed technique when compared with conventional ones.

Operator's, organizational, direct support, and general support maintenance repair parts and special tools lists ... : variable power transformer TF-171A/USM, FSN 5950-503-0632.

"15 March 1974."

Electrical and chemical diagnostics of transformers insulation .A. Aged transformer samples

This paper describes the application of two relatively new diagnostic techniques for the determination of insulation condition in aged transformers. The techniques are (a) measurements of interfacial polarization spectra by a DC method and (b) measurements of molecular weight and its distribution by gel permeation chromatography. Several other electrical properties of the cellulose polymer were also investigated. Samples were obtained from a retired power transformer and they were analysed by the developed techniques. Six distribution transformers were also tested with the interfacial polarization spectra measurement technique, and the molecular weight of paper/pressboard samples from these transformers were also measured by the gel permeation chromatography. The variation of the results through different locations in a power transformer is discussed in this paper. The possible correlation between different measured properties was investigated and discussed in this paper.

Short-Circuit Impedance of Power Transformers: the Fractional Order Calculus Approach

First IFAC Workshop on Fractional Differentiation and Its Application - 19-21 July 2004, Enseirb, Bordeaux, France - FDA'04

On the Estimation of the Short-Circuit Impedance of Power Transformers Using Fractional Order Calculus

This paper reports investigation on the estimation of the short circuit impedance of power transformers, using fractional order calculus to analytically study the influence of the diffusion phenomena in the windings. The aim is to better characterize the medium frequency range behavior of leakage inductances of power transformer models, which include terms to represent the magnetic field diffusion process in the windings. Comparisons between calculated and measured values are shown and discussed.

Problemas associados à instalação de subestações de energia em malha urbana. Caso de estudo da subestação de parceiros em Leiria

No âmbito do desenvolvimento da dissertação do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia, surgiu a oportunidade de participar no desenvolvimento de um projeto integrante numa subestação de energia. O presente caso de estudo tem em vista a resolução de condicionantes na conceção desta subestação, tais como cumprir requisitos estéticos projetando todo o tipo de equipamentos dentro de edifícios, a ventilação das salas de transformação assim como insonorização de todo o ruído produzido de forma a cumprir os limites legais e não perturbar a vizinhança. A presente subestação de energia está situada numa zona urbana da cidade de Leiria, localidade de Parceiros, dando origem ao nome Subestação de Energia de Parceiros. Esta subestação pertence ao cliente Energias de Portugal, conhecida como EDP, e visa o melhoramento da distribuição do serviço eléctrico. As tradicionais subestações de energia, com aparência bastante desenquadrada dos meios urbanos, representam um entrave ao nível da aproximação destes centros de produção energética às zonas urbanas, comprometendo a melhoria da rede elétrica. Desta forma, foi implementada a tecnologia Gas-Insolated Switchgear e permite o enquadramento destes centros energéticos em zonas urbanas, constituindo mais um edifício urbano na zona onde se insere. Esta substitui os convencionais barramentos existentes nos Parques Exteriores de Aparelhagem das subestações e apresenta-se com dimensões muito reduzidas quando comparadas com as estruturas instaladas nestes parques. Dado que esta tecnologia é desenvolvida no sentido de permitir a construção destes centros energéticos em zonas urbanas, podem ser alojadas dentro de edifícios produzindo assim vantagens ao nível estético, não perturbando a paisagem. Dado que os principais equipamentos de funcionamento na subestação de Parceiros, nomeadamente o Transformador de Potência, se encontram instalados num edifício completamente fechado, foram construídas duas salas de ventilação, na parte superior deste edifício, cada uma adjacente a uma sala de transformação. O transformador instalado possui elevadas dimensões, pesando 53000 kg e contendo 11000 kg de óleo que em estado normal de funcionamento circula por quase todo o interior da máquina a elevadas temperaturas, provocando um aquecimento elevado no interior do edifício o que condiciona o bom funcionamento do transformador. Para ultrapassar esta condicionante foi realizado um estudo de um sistema de ventilação capaz de avaliar e controlar os valores térmicos existentes e proceder à circulação de ar, que será movimentado ou bloqueado, recorrendo a um sistema autónomo, mantendo a temperatura ideal nas salas de transformação. Este autómato é o cérebro de toda a cadeia lógica que, mediante as leituras efetuadas irá dar ordens de atuação aos diversos equipamentos. Apesar dos TP estarem protegidos dentro do edifício, estes produzem um maior ruído. A necessidade da existência do referido sistema de ventilação das divisões de funcionamento destas máquinas, implica a utilização de aparelhos que, apesar da sua evolução tecnológica os torna cada vez menos ruidosos, mas geram sempre alguma perturbação, o que pode representar um problema no cumprimento do regulamento geral do ruído.

Previsão de avarias em transformadores de potência através da análise de ensaios físico-químicos

Os Transformadores de potência são máquinas de elevada importância ao nível dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE) uma vez que são estas máquinas que possibilitam a interligação dos diferentes níveis de tensão da rede e a transmissão de energia elétrica em Corrente Alternada (CA). Geralmente, estas máquinas são de grandes dimensões e de elevado nível de complexidade construtiva. Caracterizam-se por possuírem períodos de vida útil bastante elevados (vinte a trinta anos) e preços elevados, o que conduz a um nível de exigência de fiabilidade muito elevada, uma vez que não e viável a existência de muitos equipamentos de reserva nos SEE. Com o objetivo de tentar maximizar o período de vida útil dos transformadores de potência e a sua fiabilidade, tenta-se, cada vez mais, implementar conceitos de manutenção preventiva a este tipo de máquinas. No entanto, a gestão da sua vida útil e extremamente complexa na medida em que, estas máquinas têm vários componentes cruciais e suscetiveis de originar falhas e, quase todos eles, encontram-se no interior de uma cuba. Desta forma, não e possível obter uma imagem do seu estado, em tempo real, sem colocar o transformador fora de serviço, algo que acarreta custos elevados. Por este motivo, desenvolveu-se uma técnica que permite obter uma indicação do estado do transformador, em tempo real, sem o retirar de serviço, colhendo amostras do óleo isolante e procedendo a sua análise físico-química e Analise Gases Dissolvidos (DGA). As análises aos óleos isolantes tem vindo a adquirir uma preponderância muito elevada no diagnóstico de falhas e na analise do estado de conservação destes equipamentos tendo-se desenvolvido regras para interpretação dos parâmetros dos óleos com carácter normativo. Considerando o conhecimento relativo a interpretação dos ensaios físico-químicos e DGA ao oleol, e possível desenvolver ferramentas capazes de otimizar essas mesmas interpretações e aplicar esse conhecimento no sentido de prever a sua evolução, assim como o surgimento de possíveis falhas em transformadores, para assim otimizar os processos de manutenção. Neste campo as Redes Neuronais Artificiais (RNAs) têm um papel fundamental

Desenvolvimento de modelos numéricos e análise experimental de subestruturas soldadas de transformadores de potência, sujeitas a forças de curto-circuito em regime transitório

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica

Estudo e caracterização mecânica por via experimental de modelos de subestruturas eletromecânicas aplicadas ao fabrico de transformadores de grande potência

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Mecânica