EVALUATION OF GEOMAGNETICALLY INDUCED CURRENTS EFFECTS ON POWER TRANSFORMERS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (Thesis) Evaluation_of_GIC_Effects_on_Power_Transformers.pdf - Accepted Version Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

تمثل المحولات الكهربائية أحد أهم عناصر الشبكة الكهربائية، وتعتبر من أكثر مكونات الشبكة الكهربائية عمراً، وهي من العناصر ذات الوثوق المرتفع جداً. خلال فترة خدمة المحولات بالشبكة الكهربائية قد تتعرض لعدة ظروف غير عادية قد تسبب اعطالاً لها إن لم تكن هذه المحولات مصممه لتحملها. واحد من هذة الحالات التي قد تتعرض لها محولات الطاقة الكهربائية هي التيارات الجيومغناطيسة المولدة بسبب الإضرابات الجيومغناطيسية المنبعثة من الشمس خلال فترة ذروة نشاطها. هذة التيارات الجيومغناطيسية تأثر بشكل سلبي على أداء المحولات من خلال قيادة المحول للعمل في مراحل الإشباع للقلب الحديدي، مما قد يزيد من سحب التيار الكهربائي الممغنط، مما قد يؤثر على ارتفاع درجات الحرارة لتتجاوز الحد المسموح به وبالنهاية قد نفقد المحول من الخدمة. هدف هذه الدراسة هو كشف وتحديد جميع الأجزاء المتأئرة في المحولات الكهربائية بالتيارات الجيومغناطيسية، بالإضافة الى طرح الحلول لزيادة قدرة المحولات الكهربائية على تحمل مثل هذه الظروف. قامت هذة الدراسة على الاستناد الى تفاضيل محمول حقيقي موجود في الخدمة حالياً في المملكة العربية السعودية، وهو 60 ميجا فولت أمبير بفولتية قدرها 132/13.8 كيلو فولت. بالأضافة الى دراسة تأثير جميع الحلول المطروحة على سعر المحول وأختيار الأنسب حسب الظروف التي سيخدم بها المحول. كما تم عمل عدة نماذج للمحول باستخدام برامج (FEMM) القائمة على مبدأ الأجزاء المحددة لمحاكاة سلوك المحول ومحاكاة كمية المجال المغناطيسي المفقود. وقد تم استخدام برنامج (PSCAD) لدراسة العلاقة ما بين التيارات الجيومغناطيسية وكمية الطاقة المسحوبة من المحول.

English Abstract

Power transformers are one of the major components in power system that might be negatively affected by Geomagnetically Disturbances (GMD). During the magnetic storm, the magnetic field of the earth might be disturbed, thus generating induced voltages that might create undesired currents into power network. This thesis attempts to address the major effects of those induced Geomagnetically Induced Currents (GIC) on power transformers through addressing the part-cycle saturation and its impact on core losses, core noise, core temperature rise and reactive power absorption. Additional stray losses generated in windings and transformers structural parts due to the part-cycle saturation are investigated in this thesis using Finite Element Method (FEM) tool, FEMM. This thesis aims to support power transformers designers with a comprehensive study of major effects of GIC phenomena on power transformers, and provide designers with a certain power transformers design techniques to investigate the major effects of a certain GIC level that transformers must survive against it. An actual power transformer parameters of 60 MVA, 132/13.8 kV have been used in all of conducted simulations. A Finite Element Method (FEMM) tool and PSCAD software are utilized in this evaluation. A certain modifications on existing 60 MVA power transformer have been proposed to improve the withstand ability level against GIC event. Such as redesigning the top and bottom parts of windings, utilizing upgraded low loss core material, enhance the cooling mechanism of core and designing a transformer with the lower number of turns to reduce the Magnetomotive Force (MMF) during GIC event. A cost-benefit study has been also conducted to find out the cost impact of generating transformer that can survive against the certain level of GIC currents.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	El-Amin, Ibrahim
Committee Members:	Belhaj, Chokri and Al-Muhaini, Mohammed
Depositing User:	AYYOUB AL HOURANI (g201401060)
Date Deposited:	15 Jan 2018 05:24
Last Modified:	31 Dec 2020 08:51
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140609