تکنیک‌های نوین برای کاهش جریان هجومی ترانسفورماتور با استفاده از نرم‌افزار EMTP
امیر قائدی
1
(
گروه برق، واحد داریون، دانشگاه آزاد اسلامی، داریون، ایران.
)
رضا صداقتی
2
(
گروه برق، واحد بیضا، دانشگاه آزاد اسلامی، بیضا، ایران.
)
مهرداد محمودیان
3
(
گروه مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران.
)
الکلمات المفتاحية: جریان هجومی, ترانسفورماتور, مشخصه مغناطیسی, زمان برق‌دار شدن, شار باقیمانده.,
ملخص المقالة :
جریان هجومی در ترانسفورماتور، جریانی با دامنه بالا و غیر سینوسی است که در سیکل‌های اولیه پس از برق‌دار شدن ترانسفورماتور رخ می‌دهد. این جریان ممکن است باعث بروز مشکلاتی در سیستم قدرت مانند افت ولتاژ، تلفات حرارتی، کاهش کیفیت توان و عملکرد نادرست رله‌های حفاظتی شود. برای جلوگیری از عملکرد نادرست سیستم حفاظتی، محتوای هارمونیکی این جریان برای تشخیص آن از جریان‌های خطا تحلیل می‌گردد. با این حال، تکنیک‌هایی که دامنه جریان هجومی ترانسفورماتور را کاهش می‌دهند، می‌توانند از اثرات مخرب این جریان جلوگیری کنند. به این منظور، در این مقاله مطالعه‌ای جامع بر روی تکنیک‌های نوینی که می‌توانند برای کاهش جریان هجومی ترانسفورماتور استفاده شوند، انجام شده است. ضمن تحقق این هدف، مواد مغناطیسی مختلف مورد استفاده در ساخت هسته ترانسفورماتور در نظر گرفته شده و بر اساس مشخصه مغناطیسی مربوطه، دامنه و محتوای هارمونیکی جریان هجومی تولید شده با استفاده از نرم‌افزار EMTP-RV ارزیابی می‌شود. به منظور انتخاب ماده مغناطیسی مناسب برای هسته ترانسفورماتور، مقایسه‌ای بین این مواد مغناطیسی انجام می‌شود. علاوه بر این، سایر تکنیک‌های مورد استفاده برای کاهش جریان هجومی ترانسفورماتور از جمله زمان برق‌دار شدن ترانسفورماتور، شار باقیمانده و بارگذاری ترانسفورماتور بررسی شده و تأثیر آنها بر جریان هجومی ترانسفورماتور با استفاده از نرم‌افزار EMTP-RV مدل می‌گردد.
[1] L. -C. Wu, C. -W. Liu, S. -E. Chien and C. -S. Chen, "The Effect of Inrush Current on Transformer Protection," 38th North American Power Symposium, Carbondale, IL, USA, 2006, pp. 449-456, doi: 10.1109/NAPS.2006.359611.
[2] S.G. Abdulsalam and W. Xu, “Analytical study of transformer inrush current transients and its applications,” IPST Conference, Montreal, Canada. 2005.
[3] M. Gong, R. Zhang, H. Linyuan, W. Jingyu and N. Wu, “A Method for Identification of Transformer Inrush Current Based on Box Dimension,” Mathematical Problems in Engineering, 2017, doi: 10.1155/2017/2095896.
[4] Y. Cui, S. Abdlsalam, S. Chen and W. Xu, “A sequential phase energization technique for transformer inrush current reduction-Part I: Simulation and experimental results,” IEEE Transactions on power delivery, vol. 21, no. 2, pp. 943-949, 2005, doi: 10.1109/PES.2004.1372857.
[5] W. Xu, S. G. Abdulsalam, Yu Cui and Xian Liu, "A sequential phase energization technique for transformer inrush current reduction - Part II: theoretical analysis and design guide," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, no. 2, pp. 950-957, April 2005, doi: 10.1109/TPWRD.2004.843465.
[6] E. Cardelli, F. Antonio and T. Francesco, “Prediction and control of transformer inrush currents,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 51, no. 3, pp. 1-4, 2015, doi: 10.1109/TMAG.2014.2342795.
[7] J. Faiz and S. Saffar, “Inrush current modeling in a single-phase transformer,” IEEE Transactions on Magnetics, vol. 46, no. 2, pp. 578-581, 2010, doi: 10.1109/TMAG.2009.2032929.
[8] B. Kovan, F. Leon, D. Czarkowski, Z. Zabar and L. Birenbaum, “ Mitigation of inrush currents in network transformers by reducing the residual flux with an ultra-low-frequency power source,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 3, pp. 1563-1570, 2011, doi: 10.1109/TPWRD.2010.2102778.
[9] J. Ma, Z. Wang and Y. Liu, “Identifying transformer inrush current based on normalized grille curve,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 2, pp. 588-595, 2011, doi: 10.1109/TPWRD.2010.2101087.
[10] B. He, Z. Xuesong and Q.B. Zhiqian, “A new method to identify inrush current based on error estimation,” IEEE Transactions on power delivery, vol. 21, no. 3, pp. 1163-1168, 2006, doi: 10.1109/TPWRD.2005.861337.
[11] R. Rahnavard, M. Valizadeh, A.A.B. Sharifian and S.H. Hosseini, “Analytical analysis of transformer inrush current and some new techniques for its reduction,” Proc. of Int. Conference on Power Systems and Transients, 2005.
[12] Y. Mahmoudian, S. Sanati, A. Allameh and A. R. Baghaei, "The Effect of Sympathetic Inrush Current on the Protection Maloperation in the Capacitor Feeder at Shahroud 63kV Substation," 15th International Conference on Protection and Automation of Power Systems (IPAPS), Shiraz, Iran, 2020, pp. 80-83, doi: 10.1109/IPAPS52181.2020.9375609.
[13] M.A. Taghikhani, A. Sheikholeslami and Z. Taghikhani, “Harmonic modeling of inrush current in core type power transformers using Hartley transform,” Iranian Journal of Electrical and Electronic Engineering, vol. 11, no. 2, pp. 174-183, 2015, doi: 10.22068/IJEEE.11.2.174.
[14] A. Alassi, K. Ahmed, A. Egea-Alvarez and C. Foote, "Soft Transformer Energization: Ramping Time Estimation Method for Inrush Current Mitigation," 56th International Universities Power Engineering Conference (UPEC), Middlesbrough, United Kingdom, 2021, pp. 1-6, doi: 10.1109/UPEC50034.2021.9548203.
[15] Y. Pan, X. Yin, Z. Zhang, B. Liu, M. Wang and X. Yin, “Three-phase transformer inrush current reduction strategy based on prefluxing and controlled switching,” IEEE Access, vol. 9, pp. 38961-38978, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3062143.
[16] A. Moradi and S.M. Madani, “Technique for inrush current modelling of power transformers based on core saturation analysis,” IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 12, no. 10, pp. 2317-2324, 2018, doi: 10.1049/iet-gtd.2017.1272.
[17] A. A. Nazari, F. Razavi and Ahmad Fakharian, "A novel method to differentiate internal faults and inrush current in power transformers using adaptive sampling and Hilbert transform," Iranian Electric Industry Journal of Quality and Productivity, vol. 11, no. 1, pp. 97-110, 2022.
[18] S. Bagheri, F. Safari and Nassim Shahbazi, "Detection and Classification of Cross-Country Faults, Internal and External Electrical Faults and Inrush Current in Power Transformers Using Maximum Overlap Discrete Wavelet Transform," Journal of Nonlinear Systems in Electrical Engineering, vol. 8, no. 2, pp. 117-137, 2022.
[19] A. Yahiou, H. Mellah and A. Bayadi, "Inrush Current Reduction by a Point-on-wave Energization Strategy and Sequential Phase Shifting in Three-Phase Transformer," International Journal of Engineering, vol. 35, no. 12, pp. 2321-2328, 2022, doi: 10.5829/IJE.2022.35.12C.07.
[20] S.- A. Hosseini et al., "Proposing a New Approach to Generate the Differential Trajectory of the Differential Relays Using COMTRADE Files," Sustainability, vol. 14, no. 21, p. 13953, 2022, doi: 10.3390/su142113953.
[21] S. K. Gunda and V. S. S. S. S. Dhanikond, "Discrimination of Transformer Inrush Currents and Internal Fault Currents Using Extended Kalman Filter Algorithm (EKF)," Energies, vol. 14, no. 19, pp. 1-20, doi: 10.3390/en14196020.
[22] L. Wang et al.,"Simulation study on transformer inrush current and its suppression." Journal of Physics: Conference Series, vol. 2029, no. 1, 2021, doi: 10.1088/1742-6596/2029/1/012010.
[23] J. Mitra, X. Xu and M. Benidris, "Reduction of Three-Phase Transformer Inrush Currents Using Controlled Switching," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 56, no. 1, pp. 890-897, Jan.-Feb. 2020, doi: 10.1109/TIA.2019.2955627.
[24] G. de J Martínez-Figueroa, F. Córcoles-López and S. Bogarra, "FPGA-Based Smart Sensor to Detect Current Transformer Saturation during Inrush Current Measurement," Sensors, vol. 23, no. 2, 2023, doi: 10.3390/s23020744 .
[25] M. Changizian and A. Shoulaie, "Research on Effective Parameters on Overvoltage and Inrush Current During Starting-up of VSC-HVDC System," Electromechanical Energy Conversion Systems, vol. 1, no. 2, pp. 29-40, 2021.
[26] C.W.T. McLyman, Transformer and inductor design handbook. CRC press, 2017.
[27] H. L. Chan, K. W. E. Cheng, T. K. Cheung and C. K. Cheung, "Study on Magnetic Materials Used in Power Transformer and Inductor," 2nd International Conference on Power Electronics Systems and Applications, Hong Kong, China, 2006, pp. 165-169, doi: 10.1109/PESA.2006.343091.
[28] R. Hilzinger and R. Werner, Magnetic materials: fundamentals, products, properties, applications. Vacuumschmelze, 2013.
[29] A.G. EPCOS, Ferrites and accessories-SIFERRIT material N87,Data Sheet. September 2006.
[30] Handbook, Ferroxcube Data, “Soft Ferrites and Accessories,” 2009.
