Simulation Model for Optimizing a New Sampling Principle for Dissolved Gas Analysis
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-05-20
Department
Major/Subject
Computer Science
Mcode
SCI3042
Degree programme
Master’s Programme in Computer, Communication and Information Sciences
Language
en
Pages
89 + 1
Series
Abstract
Power transformers play a critical role in ensuring the reliability and stability of modern electrical power systems. For this reason, online continuous monitoring technologies have emerged as a key strategy, offering real-time insights into transformer performance and facilitating proactive maintenance practices. One of the most widely used methods is Dissolved Gas Analysis (DGA), which involves the analysis of dissolved gases inside transformer insulation oil to obtain information about the transformer's condition. However, accurate quantitative analysis of dissolved gases commonly requires a precise knowledge of gas solubility characteristics that yet have no consensus in the literature. The gas solubility characteristics are highly dependent on the existing environmental conditions. In this work, we address the issue by performing a pre-study of a novel online DGA sampling principle determining the gas solubility coefficients corresponding to the unique environmental conditions at that time. The proposed sampling principle is derived from the current Vaisala OPT100 DGA monitor and aims to simplify the OPT100 workflow while determining the gas solubility coefficients in real-time during its measurement cycle. The pre-study included building a simulation model for the proposed sampling principle to optimize its performance using non-linear three-objective optimization. We first built a simulation model for the current OPT100 monitor and then utilized it to implement the corresponding simulation model for the proposed sampling principle. The performance was optimized by determining the volume of the monitor's oil block and the positions of two level sensors inside it. This work concluded that the proposed sampling principle can determine the gas solubility coefficients with less than 10% relative error during its normal DGA measurement cycle. However, the result was not straightforward, as we faced difficulties in response times for low solubility gases like hydrogen and carbon monoxide. Additionally, we made a performance comparison with the OPT100 and witnessed up to 80% improvement in measurement accuracy. Overall, the pre-study was marked as successful, and further study would be considered worthwhile.Tehomuuntajilla on ratkaiseva merkitys nykyaikaisten sähkövoimajärjestelmien luotettavuuden ja vakauden varmistamisessa. Tästä syystä jatkuvasta online-seurannasta on tullut keskeinen strategia, joka tarjoaa reaaliaikaisen näkemyksen muuntajan kunnosta ja helpottaa ennakoivia huoltokäytäntöjä. Yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä on liuenneiden kaasujen analyysi (DGA), jossa analysoidaan muuntajan eristeöljyn sisältämiä liuenneita kaasuja, jotka voidaan yhdistää muuntajan sen hetkiseen kuntoon. Liuenneiden kaasujen tarkka kvantitatiivinen analyysi edellyttää kuitenkin yleensä kaasujen liukoisuusominaisuuksien tarkkaa tuntemusta, josta ei vielä ole kirjallisuudessa yksimielisyyttä. Kaasujen liukoisuusominaisuudet riippuvat suuresti vallitsevista ympäristöolosuhteista. Tässä työssä käsittelemme asiaa tekemällä uudenlaisen online-DGA-näytteenottoperiaatteen esiselvityksen, jonka avulla kaasujen liukoisuuskertoimien reaaliaikainen määrittäminen vallitsevissa ympäristöolosuhteissa olisi mahdollista. Tämä näytteenottoperiaate on johdettu nykyisestä Vaisalan OPT100 DGA-monitorista ja sen tarkoituksena on yksinkertaistaa OPT100-monitorin mittaussykliä samalla, kun kaasujen liukoisuuskertoimet määritetään reaaliaikaisesti. Esitutkimukseen kuului simulointimallin rakentaminen uudelle näytteenottoperiaatteelle sen suorituskyvyn optimoimiseksi ei-lineaarisen monitavoiteoptimoinnin avulla. Rakensimme ensin simulointimallin nykyiselle OPT100-monitorille ja hyödynsimme sitä uuden näytteenottoperiaatteen simulointimallin rakentamisessa. Suorituskyky optimoitiin määrittämällä monitorin öljyblokin tilavuus sekä kahden tasoanturin sijainnit öljyblokin sisällä. Tässä työssä todettiin, että ehdotetulla näytteenottoperiaatteella voidaan määrittää kaasujen liukoisuuskertoimet DGA-mittaussyklin aikana siten, että niiden suhteellinen virhe on alle 10%. Tulos ei kuitenkaan ollut suoraviivainen, sillä vasteajoissa oli vaikeuksia heikosti liukenevien kaasujen, kuten vedyn ja hiilimonoksidin, osalta. Lisäksi suoritimme suorituskykyvertailun nykyisen OPT100-monitorin kanssa ja havaitsimme, että mittaustarkkuus parani jopa 80% uudella näytteenottoperiaatteella. Kaiken kaikkiaan esitutkimusta pidettiin onnistuneena, ja jatkotutkimukset voidaan pitää kannatettavina.Description
Supervisor
Kaski, PetteriThesis advisor
Virtanen, SamiKeywords
dissolved gas analysis, non-linear multi-objective optimization, power transformer, simulation model