Periyodik bakımları ve kontrolleri yapılmayan transformatörlerde ortaya çıkan arızalar telafisi mümkün olmayan çok büyük zararlara neden olabilirler. Özellikle büyük güçlü transformatörlerde bu tip arızalar sonucunda beslenen bölgenin enerjisiz kalması, transformatörde oluşacak maddi zararın büyük olması, fazladan iş gücü gerektirmesi, kesinti süresinin uzun olması gibi olumsuzluklar ortaya çıkabilmektedir. Bu nedenle arıza önleme ve müdahaleye dönük arıza teşhis yeteneklerini üzerinde barındıran izleme sistemlerinin geliştirilmesi, özellikle güç transformatörleri için önem arz etmektedir. Son yıllarda transformatörlerin izlenmesine dönük olarak birçok yöntem önerilmiştir. Bu yöntemler, gözleme, arıza teşhisi, önlem alma gibi belirli amaçlar doğrultusunda geliştirilmiştir. Transformatörlerin izleme ve arıza teşhis amaçlı çalışmalarda çözünmüş gaz analizi, ısıl izleme, kısmi deşarjların belirlenmesi, yağdaki nem miktarının saptanması, katı
ve sıvı izolasyon materyallerinin dielektrik özelliklerinin saptanması gibi farklı yöntemler kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemlerin çoğunda sadece bir ya da birkaç parametreden yararlanıldığı için kesin bir şekilde arıza tanılamasının yapılması veya erken arıza olasılıklarının belirlenmesi her zaman mümkün olamamaktadırlar. Arıza başlamadan önce arıza olasılığının belirlenmesi ve daha doğru arıza teşhisi yapılabilmesi amacıyla, güç transformatörü sisteminden çeşitli algılayıcılar vasıtasıyla alınacak veriler ve yapılacak analizlerin sonuçları bir bütün halinde değerlendirilerek yorumlanmalıdır. Bununla beraber müdahaleye dönük ve optimum işletim koşullarını saptayacak özellikleri de kapsayan çalışmalar sınırlıdır.
Bu tespitler doğrultusunda, tez çalışmasında devrede (on-line) ölçüm ve devre dışı (off-line) test sonuçlarını bir arada değerlendirebilen bir algoritma önerilmiştir. Algoritma içerisinde devrede (on-line) ve devre dışı (off-line) test ve ölçümler, arıza oluşumları, arıza oluşumlarının değişim hızı, standartlar ve sınır seviyeleri, gibi unsurlar arasında korelasyonlar kurularak ağırlık vektörleri oluşturulmaktadır. Arıza odaklı ağırlık vektörleri oluşturulurken, bulanık mantık ve programsal kodlar kullanılmış, programın iç karar mekanizmalarına ait ağırlıklar belirlenirken ise programsal kodlar, mantık kapıları, olay ağacı yöntemi, bulanık mantık, orantılı- integral-türetme gibi uzman sistemler ve teknikler kullanılmıştır. Algoritmanın sonucunda ADM (Arıza Duyarlı Matris) olarak isimlendirilen, arızaların çeşidi ve şiddetine göre ağırlıklandırılmış olan vektörlerden oluşmuş bir sonuç matrisi üretilmektedir. Bu paragrafta değinilen algoritma, kullanılan yöntemler ve yazılıma ait kısımlar sırasıyla Bölüm 3 ve Bölüm 4’te açıklanmaktadır.
Bununla beraber, transformatörün gerçek zamanlı izlenmesi, yüklenebilirlik analizlerinin yapılması, optimum çalışma şartlarının belirlenmesi, yaşlanma ve ömür tahminlerinin yapılması, oluşabilecek arızaların erken tespit edilmesine dönük teşhis sistemlerinin geliştirilmesi tez çalışmasının diğer önemli aşamalarındandır. Böylece uygun bakım prosedürlerinin zamanında ve doğru olarak gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. Ayrıca transformatörün beklenen kullanım ömründe bir artış sağlanmakla beraber transformatörün arızalanarak (yanma, patlama vb.) çevreye ve sisteme vereceği zararın önlenmesi, bakım masraflarının, iş gücü sarfiyatının ve bakım zamanın en aza indirgenmesi diğer hedeflerdir.
Đşletim şartlarının gözlenmesi ve arızaların önlenmesine dönük izleme sistemi, ileriye dönük enerji planlaması için mevcut kapasitenin durumu ve kalan servis ömrünün ne olduğu gibi bilgilerin belirlenmesi açısından da son derece önemlidir. Tezde, oluşabilecek transformatör arızalarının önceden tespit ve teşhis edilerek önlem alınması, çeşitli koşullar altında yüklenebilirlik analizlerinin gerçek zamanlı olarak yapılması, transformatörün kalan işletim süresinin tahmin edilmesi, soğutma sistemlerinin ve yağ çevrim pompasının hız kontrolü gibi müdahaleye dönük kontrollerin gerçekleştirilmesi hedeflenen sonuçlar arasındadır. Sistemden alınan bu verilerin ilişkilendirilmesi ve IEC / IEEE standartları temelinde oluşturulan modeller ile birlikte arıza gelişiminin önlenmesine dönük teşhis ve analizlerin yapılması amaçlanmaktadır.
Bu tez çalışmasında geliştirilen algoritma ile deneysel olarak gerçekleştirilen devrede (on-line) / devre dışı (off-line) izleme sistemi sayesinde hedeflenen sonuçlar ve kazanımlar genel olarak Tablo 1.3’de sıralanmıştır.
Tablo 1.3. Hedeflenen sonuçlar ve kazanımlar
Đzleme sonuçları Đzleme yararları
Güç talebi eğrileri Đşletim ömrünü uzatma
Sıcaklık değişim eğrileri Planlama ve teknik takibi olaylaştırma Arıza oluşumları ve arızalar Gerekli bakım önerileri ve uyarılar Arıza istatistiği / arşivleme Ani kesintilerin önüne geçme
Teknik öneri ve yönlendirme Toplam arıza ve bakım maliyetini azaltma
Takvimlendirme Çevre ve enerji güvenliği
Ömür kaybı grafiği
Gerçekçi kalan işletim ömrü Acil durum sinyal ve kontrolleri
Đzleme sistemlerinin enerji piyasasının özelleştirilmesi kapsamında daha yaygın olarak kullanılanım alanı bulabileceği düşünülmektedir. Transformatör arızalarını ve devre dışı kalma olasılıklarını azaltılmak için, güç transformatörlerinin, yüklenme performanslarının, ısıl davranışlarının, kalan ömürlerinin ve olası arıza ihtimallerinin izlenebilir bir yapıya kavuşturulması enerji planlama ve yatırımları için önemli katkılar sağlayacaktır.
Geliştirilen algoritmanın sınanması ve gerçek zamanlı bir uygulama için güç transformatörünün karakteristik özelliklerini (gerilim-akım ve güç değerleri haricinde) üzerinde barındıran bara sargılı ısıtma transformatörü ile bu transformatörü içerisine alan ve algılayıcı ekipmanlarla donatılmış bir hücre yapısı tasarlanmıştır. Sistem üzerindeki algılayıcılardan alınan sinyaller, izolasyon, kazanç ve analog kalibrasyon işlemlerinin yapıldığı elektronik kart üzerine aktarılmakta ve oradan da veri edinimi kartına (DAQ) aktarılmaktadır. Uygulama kısmına ait tasarım ve geliştirme aşamaları Bölüm 4’te detaylı olarak anlatılmaktadır.
Kullanıcı ile sistem arasındaki bağlantıyı kuracak olan izleme arayüzünü oluşturmak için LabVIEW® programı tercih edilmiştir. Programın DAQ kartına uyumlu olmasının yanı sıra, görsel temalarının son derece geliştirilmiş olması, blok diyagramlar sayesinde geliştirilen uygulamanın takibinin daha kolay yapılabiliyor olması da bu programın tercih edilmesinde etkili olmuştur. Geliştirilen arayüzün kullanımına ilişkin detaylar Bölüm 4 ve 5’te ayrıntılı olarak sunulmuştur.