Analysis of Power Transformers under DC/GIC Bias

This dissertation deals with the electromagnetic modelling of transformers and the measurement of geomagnetically induced currents (GIC's). The transformer modelling is based on a new single-phase saturation and/or a DC hysteresis measurement at the transformer terminals.

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In dieser Arbeit wird ein Modellelierungsansatz für Transformatortopologiemodelle, aus Basis spezieller Messungen, vorgestellt. Die speziellen Messungen werden dabei für die Parametrierung des Hysteresemodells verwendet. Der spezielle AC Sättigungstest oder die DC-Hysteresemessung wird über die Transformatorklemmen durchgeführt. Die DC-Hysteresemessung kann mit einem portablen Transformatorprüfgerät auch an bereits installierten Transformatoren im Feld durchgeführt werden. Die Messdaten aus den speziellen Messungen werden im Folgenden für die Parametrierung des Hysteresemodells im Rahmen einer Parameteroptimierung verwendet. Als Hysteresemodell kommt das Jiles-Atherton (JA) oder ein nichtlinearer Kondensator zum Einsatz. Der vorgestellte Ansatz wurde mit zwei Transformatortopologiemodellen unter Verwendung der Induktivitäts-Reluktanz- und Kapazitäts-Permeanz-Analogie getestet. Die parametriert Modelle wurden mit dem Leerlauftest validiert.Zusätzlich zu dem vorgestellten Ansatz zur Modellierung von Leistungstransformatoren wurde ein Transformatorsternpunktmesssystem weiterentwickelt, um GICs im Übertragungsnetz zu messen und zu beobachten. Die bestehenden fünf Messsystem wurde aktualisiert und zusätzlich drei weitere Messsysteme im Übertragungsnetz installiert. In this thesis a modelling approach for transformer topology models based on special measurements is presented. The special measurements are used for the parameterisation of the hysteresis model. The special AC saturation test or the DC hysteresis measurement is carried out via the transformer terminals. The DC hysteresis measurement can also be performed on already installed transformers in the field using a portable transformer tester. The measurement data from the special measurements are used in the following for the parameterisation of the hysteresis model within the framework of parameter optimisation. The Jiles-Atherton (JA) or a non-linear capacitor is used as the hysteresis model. The presented approach was tested with two transformer topology models using the inductance-reluctance and capacitance-permeance analogy. The parameterised models were validated with the open circuit test.In addition to the presented power transformer modelling approach, a transformer neutral point measurement system was further developed to measure and observe GICs in the transmission system. The existing five measurement systems were updated and an additional three measurement systems were installed in the transmission grid.