Об эффективности цифровой системы проактивной диагностики силовых трансформаторов

Цель – диагностирование состояния силового трансформатора путем определения параметров его схемы замещения с помощью синхронизированных векторных измерений токов и напряжений в нормальном режиме работы трансформатора без отключения его от сети, что позволяет достичь повышения надежности срабатывания релейной защиты. Предложен экономически эффективный метод проактивной диагностики силовых трансформаторов, который путем контроля дополнительных параметров (сопротивления короткого замыкания, активного и индуктивного сопротивления прямой последовательности, активного и индуктивного сопротивления обратной последовательности) позволяет повысить быстродействие и точность обнаружения возможных внутренних коротких замыканий, возникающих из-за повреждений в обмотках или высоковольтных вводах трансформатора без отключения диагностируемого трансформатора от сети. Метод позволяет по разнице между рассчитанными параметрами схемы замещения и паспортными значениями параметров судить об исправности и пригодности трансформатора. На основе проведенного анализа количества повреждений силовых трансформаторов, в зависимости от причины возникновения повреждений, определены полные экономические потери, включающие ущерб от повреждения оборудования и ущерб от перерывов в электроснабжении потребителей. Для силового трансформатора номинальной мощностью 63 МВ·А полные экономические потери составили 10687402 руб. Показано, что система диагностики расширяет возможности анализа состояния трансформаторов в рабочих режимах, позволяет предупреждать приближение момента повреждения, предотвратить возникновение внезапных аварий, минимизировать ожидаемый ущерб от перерывов в электроснабжении и выхода из строя оборудования. Предложен программно-аппаратный комплекс для диагностики внутренних повреждений в силовом трансформаторе. Представлены основные характеристики предлагаемого программно-аппаратного комплекса: количество измерительных каналов, класс точности, частота дискретизации и др. Результаты работы расширяют возможности анализа состояния трансформаторов в рабочем режиме и могут быть использованы в мировой практике при построении различных систем мониторинга для выявления развивающихся дефектов трансформаторов, вызванных деформацией обмоток.

1. Ванин Б.В., Львов Ю.Н., Львов М.Ю., Неклепаев Б.Н., Антипов К.М., Сурба А.С. [и др.]. О повреждениях силовых трансформаторов напряжением 110–500 кВ в эксплуатации // Электрические станции. 2001. № 9. С. 53–58.

2. Patent no. JP2013061310A, Japan. Method and device for diagnosing soundness in transformer / S. Miyazaki, Yo. Yamamasu, H. Sakaki. Publ. of 04.04.2013.

3. Patent no. CH104076227A, China. Three-phase threewinding transformer fault area diagnostic method / Z. HuiMin. Publ. of 01.10.2014.

4. Mostafaei M., Faiz J., Venikar P.А., Ballal M.S. Turn-to-turn fault monitoring methods in electrical power transformers – State of the art // International Transactions on Electrical Energy Systems. 2018. Vol. 28. Issue 12. https://doi.org/10.1002/etep.2644

5. Kuniewski M. FRA Diagnostics measurement of winding deformation in model single-phase transformers made with silicon-steel, amorphous and nanocrystalline magnetic cores // Energies. 2020. Vol. 13. Issue 10. Р. 2424. https://doi.org/10.3390/en13102424

6. Haghjoo F., Mostafaei M., Mohammadi H. A new leakage flux-based technique for turn-to-turn fault protection and faulty region identification in transformers // IEEE Transactions on Power Delivery. 2018. Vol. 33. No. 2. Р. 671–679. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2017.2688419

7. Бартли У. Обзор повреждений трансформаторов // Энергетика и менеджмент. 2011. № 1. С. 40–45.

8. L’vov M.Yu., L’vov Yu.N., Dement’ev Yu.A., Antipov K.M., Surba A.S., Sheiko P.A., et al. Reliability of power transformers and autotransformers of electric networks // Power Technology and Engineering. 2006. Vol. 40. Р. 55–60. https://doi.org/10.1007/s10749-006-0020-x

9. Львов М.Ю. Силовые трансформаторы на 110 кВ и выше. Будущее определит диагностика // Новости электротехники. 2003. No. 6. [Электронный ресурс]. URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2003/24/12.php (12.05.2020).

10. Alyunov A.N., Vyatkina O.S., Mukhametova L.R., Markovskiy V.P., Mustafina R.M. Automation of calculations of power transformers windings parameters taking into account the position of the voltage regulator // International Scientific and Technical Conference Smart Energy Systems 2019: E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 124. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912402016

11. Tahir M., Tenbohlen S., Samimi M.H. Evaluation of numerical indices for objective interpretation of frequency response to detect mechanical faults in power transformers // Proceedings of the 21st International Symposium on High Voltage Engineering. 2020. Vol. 598. Р. 811–824. https://doi.org/10.1007/978-3-030-31676-1_76

12. Hussain M.R., Refaat S.S. Dielectric behaviour of defects in power transformer insulation using finite element method // 2nd International Conference on Smart Grid and Renewable Energy, 2019. https://doi.org/10.1109/SGRE46976.2019.9021069

13. Tenbohlen S., Coenen S., Djamali M., Müller A., Samimi M.H., Siegel M. Diagnostic measurements for power transformers // Energies. 2016. Vol. 9. Issue 5. Р. 347. https://doi.org/10.3390/en9050347

14. Левин В.М., Яхья А.А. Система информационноаналитической поддержки принятия решений по эксплуатации силовых трансформаторов // Главный энергетик. 2019. № 9. С. 52–62.

15. Шонин Ю.П. Оценка технологического состояния силовых масляных трансформаторов // Библиотечка электротехника. 2019. № 12. С. 3–90.

16. Путилин К.С., Майорова Ю.А., Пронина А.К. Диагностирование внутренних коротких замыканий силовых трансформаторов // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61. № 3. С. 53–59. https://doi.org/10.17213/0136-3360-2018-3-53-59

17. Бурлак И.И., Пляшко М.С., Гура Д.Н., Корольков А.Л., Звада П.А. Вопрос актуализации параметров силовых трансформаторов // Главный энергетик. 2019. № 10. С. 26–32.

18. Пат. № 2237254, Российская Федерация, G01R31/02, H02H7/04. Способ диагностики силовых трансформаторов / А.Н. Алюнов, В.А. Бабарушкин, А.В. Булычев, В.А. Гуляев; заявитель и патентообладатель Вологодский государственный технический университет. Заявл. 08.01.2003; опубл. 27.09.2004. Бюл. № 27.

19. Пат. № 2458354, Российская Федерация, G01R 31/06. Способ определения группы и схемы соединения обмоток силовых двухобмоточных и трехобмоточных трансформаторов / И.Н. Смирнов, А.Н. Алюнов, В.А. Бабарушкин; заявитель и патентообладатель Вологодский государственный технический университет. Заявл. 13.12.2010; опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22. Заявл. 13.12.2010; опубл. 10.08.2012. Бюл. № 22.

20. Пат. № 2446406, Российская Федерация, G01R31/02. Способ диагностики силовых трехобмоточных трансформаторов / В.А. Бабарушкин, А.Н. Алюнов, В.А. Гуляев, И.Н. Смирнов; заявитель и патентообладатель Вологодский государственный технический университет. Заявл. 08.07.2009; опубл. 27.03.2012. Бюл. № 9.