در مرجع ]۷[ به بررسی بهره‌برداری اقتصادی از ترانسفورماتور با در نظر گرفتن قابلیت اطمینان پرداخته شده است. این مقاله بر یافتن یک نقطه بحرانی بار مورد نیاز جهت استفاده از دو ترانسفورماتور پست به طور همزمان استوار است. برای تبدیل شاخص‌های قابلیت اطمینان به شاخص‌های اقتصادی از هزینه قطعی مشترکین استفاده شده و جهت محاسبه انرژی قطعی مشترکین از روش تخمینی استفاده نموده است. در این مرجع تاثیر این شیوه بهره‌برداری بر عمر ترانسفورماتورها بررسی نشده است.

در مرجع ]۱۱[ روشی بر اساس آنالیز هزینه/ فایده قابلیت اطمینان مبتنی بر ارزش قابلیت اطمینان مشترکین جهت بررسی بارگذاری نرمال و تعیین ظرفیت اضطراری با در نظر گرفتن سطوح مختلف بارگذاری ترانسفورماتورها قدرت ارائه‌ شده است. در این مقاله هزینه انرژی انتظاری تأمین نشده به عنوان یک شاخص تأثیرگذار در سناریوهای مختلف محاسبه شده است و با محاسبه هزینه ظرفیت استفاده نشده و نرخ ظرفیت اضطراری ترانسفورماتورها، درصد بهینه بارگذاری ترانسفورماتورها تعیین شده است. این مرجع همچنین ضابطه‌ای جهت تعیین میزان بارگذاری اضطراری ترانسفورماتورهای تحت بهره‌برداری ارائه کرده است.
در مرجع ]۱۲[ روشی برای به دست آوردن کاهش عمر ترانسفورماتور بر اساس آنالیز وابستگی تصادفی بین شرایط بارهای غیرعادی ترانسفورماتور و دمای محیط ارائه‌ شده است. تمرکز این مرجع بر رفتار اتفاقی دمای محیط بر مطالعات کاهش عمر ترانسفورماتور می‌باشد.
در مرجع ]۱۳[ یک مدل هیبریدی خروج وابسته به موقعیت ترانسفورماتور ارائه شده تا قابلیت اطمینان را ارزیابی کند. در این مقاله چهار حالت شکست ترانسفورماتور (مدل دمای نقطه داغ، مدل نقص فرسودگی وابسته به دمای نقطه داغ، مدل نقص اتفاقی وابسته به دمای محیط، مدل خروج به واسطه نقص حفاظت اضافه بار) به صورت ترکیبی بیان شده است. یکی از حالت‌های این مدل خروج به سبب اختلال در حفاظت اضافه بار می‌باشد که با بهره گرفتن از تابع توزیع نرمال قابلیت اطمینان سیستم را بررسی نموده است.
در مرجع ]۱۴[ جهت تعیین ظرفیت بارگذاری ترانسفورماتورها مبتنی بر مسئله‌ی کاهش عمر انتظاری ترانسفورماتور از مدلی احتمالی با در نظر گرفتن عوامل تأثیرگذار بر کاهش عمر انتظاری ترانسفورماتور، از جمله منحنی بار روزانه، نرخ خروج اجباری ترانسفورماتور، مدت زمان خروج‌ها، طول مدت زمان اضافه بار انتظاری استفاده ‌شده است.
در مرجع ]۱۵[ اثر حرارتی بارگذاری به طور کامل شرح داده شده و در مورد شرایط بارگذاری فراتر از مقادیر نامی بحث شده است. روش استفاده از استاندارد IEEE برای محدودیت‌های بارگذاری ترانسفورماتور توضیح داده شده و مدل حرارتی طبق استاندارد برای به دست آوردن دمای نقطه داغ ارائه‌ شده است. در نهایت با بهره گرفتن از یک رله میکرو پروسسوری حفاظت ترانسفورماتور در برابر اضافه بار و محدودیت مجاز حرارتی ترانسفورماتور، طراحی و شبیه‌سازی گردیده است.
در مرجع [۱۶] به بررسی دو مدل در (IEEE Loading Guide) که یکی در بخش هفتم و دیگری در پیوست G این استاندارد مطرح شده است برای محاسبه دمای نقطه داغ پرداخته شده است. در این مقاله مطالعه‌ای مقایسه‌ای بین این دو روش از طریق ارزیابی دمای نقطه داغ چهار ترانسفورماتور با سیستم‌های خنک‌کنندگی ONAN، ONAF، OFAF و ODAF و تحت شرایط بار پایدار، بار روزانه و پروفیل‌های دمای محیط و یک دوره کوتاه اضافه بار، انجام شده است.
در مرجع [۱۷] یک مدل ریاضی یک ترانسفورماتور از دیدگاه گرمایی ارائه‌ شده و در این مدل دمای نقطه داغ^[۳] برای بارگذاری‌های مختلف و پیوسته بررسی‌شده‌اند.
مرجع [۱۸] به مسئله بارگذاری ترانسفورماتور با رویکرد تحریک بیش از حد پرداخته و در آن یک روش ارزیابی بارگذاری پیشنهاد شده است. داده‌های آن از ۵۰ تست واقعی ترانسفورماتور قدرت بوده و به وسیله آن داده‌ها به تأثیر تحریک اضافی روی عمر ترانسفورماتور پرداخته است.
در مرجع [۱۹] توصیفی جامع از فلسفه اضافه بار^[۴] و روش‌های محاسبه منحنی عمر ترانسفورماتور ارائه شده و با بهره گرفتن از یک برنامه کامپیوتری این موارد را تشریح نموده است. در این مقاله قابلیت اطمینان ترانسفورماتور مورد مطالعه قرار نگرفته است.
در مرجع [۲۰] روشی برای ارزیابی احتمالات افزایش دمای بیشینه ترانسفورماتور و افت انتظاری عمر ترانسفورماتور با در نظر گرفتن بار گذشته پست و دمای محیطی بیان شده است و همچنین طرح‌های توسعه پست برای مطابقت دادن با بار پیش‌بینی‌شده منطقه بر اساس ارزش اقتصادی در مقابل قابلیت اطمینان مقایسه شده است. ولی فرسایش و میزان عمر ترانسفورماتور مورد ارزیابی قرار نگرفته است.
مرجع [۲۱] تشریح می‌کند که چگونه مشخصات فرسایش می‌تواند از نظر کمی روی محاسبه شاخص‌های قابلیت اطمینان از قبیل انتظار از دست دادن بار^[۵]، زمان انتظاری قطع بار^[۶]، فراوانی قطع بار^[۷]، انرژی انتظاری تأمین نشده در سیستم قدرت تأثیر بگذارد. برای ایجاد سابقه تعمیر و خرابی اجزا روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو زنجیره‌ای با بهره گرفتن از مدل کردن فرایند نقطه تصادفی معرفی شده است و از نرم‌افزار MATLAB برای شبیه‌سازی سیستم IEEE RTS، ۲۴ باسه تک منطقه‌ای استفاده ‌شده و در نهایت این شاخص‌ها محاسبه و با هم مقایسه شده‌اند.
در مرجع [۲۲] مدل قابلیت اطمینان ترانسفورماتور برای خرابی اتفاقی اجزا در حالت خنک‌کنندگی روغن طبیعی ـ هوا اجباری ارائه‌ شده است که در آن اجزا ترانسفورماتور را به سه زیرسیستم تقسیم‌بندی کرده و از روش مدل‌سازی مارکوف در ۱۱ حالت قابلیت اطمینان سیستم را تحلیل نموده است. در نهایت مقادیر قابلیت اطمینان را در حالت‌های ظرفیت بار کامل، نیمه ظرفیت و حالت خروج به دست آورده است. در این مقاله قابلیت اطمینان با محوریت خنک‌کنندگی بررسی‌شده است و به بحث‌های بارگذاری و فرسایش ترانسفورماتور پرداخته نشده است.
در مرجع ]۲۳[ در چندین کشور برای ترانسفورماتورهایی که بالای ۳۰ سال عمر داشته و مقدار نامی ولتاژ آن‌ ها حداقل ۷۲ کیلوولت بوده، اطلاعات بیش از ۱۰۰۰ خطا در بین سال‌های ۱۹۶۸ تا ۱۹۷۸ جمع‌ آوری شد. اطلاعات نشان می‌دهد که نرخ خرابی ترانسفورماتور در حدود ۲% در سال می‌باشد. تحقیقات انجام‌گرفته نشان می‌دهد افزایش ولتاژ نامی و دارا بودن تپ چنجر نرخ خطا را افزایش می‌دهد. در این مقاله خرابی‌ها به انواع خرابی‌های الکتریکی، دی الکتریک، مکانیکی و گرمایی و یک بار دیگر به خرابی‌های تولید، طراحی و نگهداری، آذرخش و خطاهای سیستم دسته‌بندی شده‌اند و درصد هر کدام از انواع خطا مشخص شده‌اند. علاوه بر این‌ها در این تحقیق خرابی‌ها بر اساس اجزا آسیب دیده ترانسفورماتور نیز تقسیم‌بندی شده‌اند.
در مرجع ]۲۴[ روش جدیدی برای ارزیابی عمر ترانسفورماتور با توجه به دمای محیط ارائه‌ شده است. این تخمین عمر باقیمانده، می‌تواند زمان تعمیرات و یا جایگزینی ترانسفورماتور را تعیین کند. علاوه بر روش‌های ذکر شده در این مرجع، روش‌های دیگری هم وجود دارند که با بهره گرفتن از تکنیک‌های قابلیت اطمینان به این کار می‌پردازند.

• • 1. 1. جمع‌بندی

     

     

همان‌طور که ملاحظه گردید، در هیچ‌کدام از تحقیقات گذشته مطالعه‌ای بر روی تغییر در نحوه بارگذاری و روش بهره‌برداری ترانسفورماتورها انجام نشده است. از طرفی در بعضی از تحقیقات انجام شده مدل‌های بررسی‌شده مربوط به یک ترانسفورماتور بوده و مطالعه در زمینه‌ی بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای موازی یک پست و اثر متقابل آن‌ ها بر یکدیگر با در نظر گرفتن مفاهیم قابلیت اطمینان صورت نگرفته است.
در تحقیقات گذشته برای بررسی اثر دمای محیط بر عمر ترانسفورماتورها از داده‌های ساعتی استفاده نشده و همچنین اثر جریان هجومی ترانسفورماتور بر مدل حرارتی کاهش عمر ترانسفورماتور بررسی نگردیده است.
این پایان‌نامه با پیشنهاد روشی جدید در زمینه‌ی بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای موازی پست‌های انتقال مبتنی بر خروج عمدی یکی از ترانسفورماتورها و تعیین یک نقطه بار بحرانی و محدوده‌ی اقتصادی بهره‌برداری برای ترانسفورماتورهای موازی، به تأثیر این روش بهره‌برداری بر عمر متوسط ترانسفورماتور و قابلیت اطمینان سیستم در دوره فرسایش با بهره گرفتن از تابع توزیع نرمال پرداخته است.
همچنین در این پایان‌نامه با بهره گرفتن از مدلی پیشنهادی اثرات دمای محیط به صورت ساعتی در محاسبات گنجانده شده و تأثیر جریان هجومی بر مدل حرارتی نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
فصل سوم
تشریح مدل پیشنهادی بهره‌برداری ازترانسفورماتورهای قدرت مبتنی بر قابلیت اطمینان

• • 1. 1. مقدمه

     

     

از آنجاییکه برای بررسی قابلیت اطمینان ترانسفورماتورها در طول مدت بهره‌بردای باید هر دو دوره‌ی عمر نرمال و دوره فرسایش مورد توجه قرار گیرد، در این فصل قابلیت اطیمنان به دو بخش عمر نرمال و دوره فرسایش تقسیم و به تفصیل شرح داده خواهد شد. در ادامه‌ی این فصل روش جدید پیشنهادی، نحوه محاسبه شاخص‌ها و روابط قابلیت اطمینان و شاخص‌های اقتصادی در روش متداول و جدید بهره‌برداری از ترانسفورماتورهای موازی تبیین می‌گردد. دسترس‌پذیری و عدم دسترس‌پذیری، انرژی انتظاری تأمین نشده، تلفات توان ترانسفورماتورها، طول عمر وکاهش طول عمر ترانسفورماتورها از مهمترین پارامترها تأثیر گذار در بررسی روش پیشنهادی جدید هستند که در این فصل به نحوه محاسبه‌ی آنها پرداخته خواهد شد. در پایان این فصل چگونگی اعمال اثر دمای محیط و جریان هجومی بر کاهش عمر متوسط ترانسفورماتور بررسی خواهد شد.
 

• • 1. 1. قابلیت اطمیان در دوره عمر نرمال

     

     

در دوره عمر نرمال مدل قابلیت اطمینان ترانسفورماتور برای خرابی‌های اتفاقی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. این مدل برای تطبیق با ترانسفورماتور مورد مطالعه در این پایان‌نامه با خنک‌کنندگی روغن طبیعی- هوا اجباری^[۸] در نظر گرفته شده تا رفتار واقعی قابلیت اطمینان ترانسفورماتور در دوره عمر مفید ارزیابی گردد و از نتیجه آن در فصل چهارم برای شبیه‌سازی استفاده گردد. در این نوع خنک‌کنندگی، خنک کردن روغن داخل رادیاتورها توسط فن‌ها انجام می‌گیرد. برای به دست آوردن قابلیت اطمینان ترانسفورماتور از مدل‌سازی مارکوف استفاده می‌شود. در این حالت برای به دست آوردن این مدل ابتدا اجزاء ترانسفورماتور به سه زیرسیستم تقسیم‌بندی می‌گردد. مدل قابلیت اطمینان هر زیرسیستم با بهره گرفتن از تکنیک های قابلیت اطمینان به دست آمده و سپس با ترکیب مدل مارکوف سه زیرسیستم، مدل قابلیت اطمینان ترانسفورماتور به دست می‌آید. نکته قابل‌ ذکر آن است که مدل قابلیت اطمینان در این فصل برای ترانسفورماتور در ارتفاع کمتر از ۱۰۰۰ متر بوده و تحت شرایط آب و هوایی نرمال به دست آمده است.

• • 1. 1. مدل‌سازی قابلیت اطمینان ترانسفورماتور

     

     

در این قسمت برای مدل‌سازی قابلیت اطمینان ترانسفورماتور با خنک‌کنندگی روغن طبیعی – هوا اجباری، قسمت‌های مختلف ترانسفورماتور به زیرسیستم‌های مختلف تقسیم می‌شوند که هر یک از آن‌ ها متشکل از اجزاء مختلفی می‌باشند. این موضوع در ادامه به تفصیل شرح داده شده است.