Measurement and modeling of frequency characteristics of power transformers for use of their diagnostics

Piotr Leśniak

Abstract

The purpose of this dissertation is to elaborate an universal tool, which would allow its user to investigate in easy way the influence effects of individual features of the „lightning – power line – earth” arrangement on the current and voltage waveforms caused by direct and nearby lightning strikes in this arrangement. At the outset, the outline of the discussed subjects, related computational methods and trends of their development has been shown. Priority place has found here the characteris-tics of lightning discharges and exposed to them the power system components, with particu-lar emphasis on the physical and analytical conditions, relating to the lightning current wave-forms and to their impact on the power system components. Theoretical analysis of this im-pact was based on the fairly expanded circumferential model of the distinguished arrange-ment, allowing for its mapping in the calculation program once implemented there – in a wide range – of its individual features. For this purpose, on the base of the theory of circuits with distributed parameters, an original uniform method for analyzing the impact of various factors on the formation of lightning voltages and currents in power lines has been developed. The mathematical description of the phenomena occurring within a selected section of the considered arrangement has been based on the long line theory. For sensitivity analysis of the impact of arrangement individual features on resulting waveforms the adequate model functions have been introduced. They include all the important circumferential parameters, to which belong: resistance, conductivity, capacitance and inductance, together with the cou-pling phenomena and environmental parameters. Distributed parameters of the model under consideration have been regarded as coefficients, which undergo into variable state depending on the – accepted for calculations – boundary conditions and on the complexity range of a problem under consideration. On the other hand the expressions describing physical phenom-ena, sizes and their parameters such as the shape of the lightning current, thermal changes of wire resistance and the voltage dissipation in the protective elements as well as conductive and suppressive corona effects occurring in the analyzed fragment of the power line, received from the assumption the nature of model functions. In the subsequent chapters of the dissertation the efforts were made to explain the changes and their influence on the functional waveforms describing individual features of ar-rangement, taking in account the usual service conditions and the lightning threats. A special algorithm has been constructed, in which it has been shown how to incorporate these features into the calculation program of the analytical method developed for this purpose using the MATLAB environment. In this way the integrated package of computational components has been created and the original approach to determine the current – voltage waveforms of light-ning origin has been obtained in the condition, in which the ordinary service changes occur-ring in the arrangement could be taking into account. This has been illustrated by several ex-amples of calculation. As it can be seen, thanks to powerful visualization capabilities of this package, ensures high transparency graphical resulting graphs. Detailed information on the algorithm and the whole calculation program are given in the Annex.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Piotr Leśniak (WE)
Piotr Leśniak
- Wydział Elektryczny
Tytuł w języku polskimMetoda analizy wpływu indywidualnych cech układu „piorun - linia przesyłowa” na wywoływane w niej przepięcia
Językpl polski
Jednostka dyplomującaWydział Elektryczny (WE)
Dyscyplina naukielektrotechnika / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data rozpoczęcia23-06-2004
Data obrony16-06-2016
Data zakończenia 22-06-2016
Promotor Zdobysław Flisowski (WE / IETSIP)
Zdobysław Flisowski
- Instytut Elektrotechniki Teoretycznej i Systemów Informacyjno-Pomiarowych
Paginacja 230
Słowa kluczowe w języku polskimcharakterystyki czestotliwości, modelowanie ,pomiary
Słowa kluczowe w języku angielskimfrequency responses ,modeling, measurement
Streszczenie w języku polskimCelem niniejszej rozprawy jest opracowanie uniwersalnego narzędzia, które pozwoli-łoby jego użytkownikowi w łatwy sposób badać wpływ indywidualnych cech układu „piorun – linia elektroenergetyczna – ziemia” na zachodzące w nim przebiegi prądowo napięciowe wywoływane przez bezpośrednie i pobliskie wyładowania piorunowe. Na wstępie przedstawiono zarys poruszanej tematyki i związanych z nią metod obli-czeniowych oraz ich tendencje rozwojowe. Priorytetowe miejsce znalazła tu charakterystyka wyładowań piorunowych i narażonych na nie elementów systemu elektroenergetycznego, ze szczególnym uwzględnieniem fizycznych i analitycznych uwarunkowań, odnoszących się do piorunowych przebiegów prądowych i do ich wpływu na elementy układu elektroenergetycz-nego. Analiza teoretyczna tego wpływu została oparta na dość rozbudowanym modelu obwo-dowym wyodrębnionego układu, pozwalającym na jego odwzorowanie w programie oblicze-niowym po zaimplementowaniu tam – w szerokim zakresie – jego indywidualnych cech. W tym celu, na podstawie teorii obwodów o parametrach rozłożonych, opracowano oryginalną zunifikowaną metodę analizy wpływu różnych czynników na kształtowanie się napięć i prą-dów piorunowych w linii elektroenergetycznej. Matematyczny opis zjawisk zachodzących w wybranym fragmencie rozpatrywanego układu oparto na teorii linii długiej. Do wrażliwościowej analizy wpływu indywidualnych cech układu na wynikowe przebiegi wprowadzono odpowiednie funkcje modelowe. Obejmu-ją one wszystkie istotne parametry obwodowe, do których należą: rezystancje, konduktancje, pojemności i indukcyjności wraz ze zjawiskami sprzężeniowymi i parametrami środowisko-wymi. Rozłożone parametry rozpatrywanego modelu zostały uznane za współczynniki ulega-jące uzmiennieniu, w zależności od przyjętych do obliczeń warunków brzegowych i stopnia złożoności rozważanego problemu. Natomiast wyrażeniom opisującym fizyczne zjawiska, wielkości i ich parametry takie, jak kształt prądu piorunowego, termiczne zmiany rezystancji przewodów, dyssypację napięcia w elementach ochronnych oraz konduktancyjne i tłumie-niowe efekty ulotowe występujące w analizowanym fragmencie linii elektroenergetycznej, nadano z założenia charakter funkcji modelowych. W kolejnych rozdziałach rozprawy starano się wyjaśnić przyczyny zmian i ich wpływ na przebiegi funkcyjne opisujące indywidualne cechy układu, uwzględniając zwykłe warunki eksploatacji i narażenia piorunowe. Skonstruowano specjalny algorytm, który poka-zuje, jak można te cechy wprowadzić do programu obliczeniowego opracowanej w tym celu metody analitycznej z wykorzystaniem środowiska MATLAB. W ten sposób utworzono zintegrowany pakiet komponentów obliczeniowych i uzyskano oryginale podejście do wyznacza-nia przebiegów prądowo napięciowych pochodzenia piorunowego w warunkach, w których mogły być uwzględnione zachodzące w rozpatrywanym układzie zwykłe zmiany eksploata-cyjne. Ilustruje to szereg przykładów obliczeniowych. Jak widać, dzięki rozbudowanym moż-liwościom wizualizacyjnym tego pakietu, uzyskano wysoką przejrzystość graficzną otrzyma-nych wykresów. Szczegółowe informacje dotyczące algorytmu i całego programu oblicze-niowego zamieszczono w załączniku.
Plik pracy
autoreferat.pdf 6.64 MB
Lesniak.pdf 9.67 MB
Recenzje
recenzja dr hab. inz. Grzegorz Masłowski, prof. PRz.pdf 3.35 MB
recenzja dr hab. inż. Waldemar Skomudek, prof. PO.pdf 1.57 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót