Ключові слова
системи моніторингу
силові трансформатори
оперативна діагностика
прогнозування залишкового ресурсу
архітектура систем моніторингу
рівні інформації
діагностичні ознаки
Як цитувати
Анотація
У статті наведено результати аналізу принципів побудови та функціональних можливостей систем, що використовуються для моніторингу стану високовольтних силових трансформаторів. Проаналізовано основні функції сучасних систем моніторингу, що використовуються для діагностики стану обладнання електричних мереж як в Україні, так і за її межами. На підставі аналізу встановлено, що найбільш характерними функціями систем моніторингу є виявлення дефектів, що швидко розвиваються, і безперервний контроль параметрів, необхідних для прогнозування та оцінки стану обладнання. Показано, що ефективність систем моніторингу буде визначатися як точністю засобів вимірювання, так і адекватністю використовуваних в процесі обробки результатів вимірювань моделей прогнозу і діагностики. Розглянуто вимоги до обладнання, дотримання яких дозволяє забезпечувати ефективне та економічно обґрунтоване використання систем моніторингу. Проаналізовано типову архітектуру сучасних систем моніторингу, розглянуто основні елементи таких систем. Також розглянуто основні рівні обробки інформаційних потоків, що реалізуються в рамках систем моніторингу стану силових трансформаторів. Наведено докладний опис і дано обґрунтування використання діагностичних параметрів для моніторингу стану основних вузлів силових трансформаторів, таких як аналіз розчинених в маслі газів, часткові розряди, струм, напруга і потужність трансформаторів, температура масла в різних місцях трансформатора, комутаційні та атмосферні перенапруги, струми короткого замикання, деформація обмоток та інших. Наведено вихідні параметри, які повертають системи моніторингу. Впровадження сучасних систем і технічних засобів моніторингу стану високовольтних силових трансформаторів дозволить знизити ризики виникнення аварійних ситуацій і, як наслідок, зменшити економічні втрати, пов’язані із заміною пошкоджених трансформаторів і недовідпуском електричної енергії.
Посилання
Kirilenko A. V. Intellektual'nye elektroenergeticheskie sistemy: elementy i rezhimy [Intelligent Electricity Systems: Elements and Modes]. Kyiv, NASU Institute of Electrodynamics Publ., 2014. 408 p.
Allan D., Blackburn T., Cotton M., Finlay B. Recent advances in automated insulation monitoring systems, diagnostic techniques and sensor technology in Australia. CIGRE Paper No. 15–101. 1998.
Kaegi-Kolisnychenko E., Germond A. J. On-line Power Transformer Monitoring Combining Physical and Learning Methods. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD). Changwon, Korea, 2006.
Stirl T., Skrzypek R., Tenbohlen S., Vilaithong R. On-line Condition Monitoring and Diagnosis for Power Transformers their Bushings, Tap Changer and Insulation System. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD). Changwon, Korea, 2006.
Schwabe R. J., Whitcomb B., Zelingher S., Sopata J., Ford G. L., Fujimoto N., Gupta B. K. On-line Diagnostics of Oil Paper Insulated Instrument Transformers. CIGRE Paper No. 12/33 03. 2000.
Stenestam B. O., Bengtsson C. T., Ydersten P. N. Electronic Transformer Control with Monitoring and Diagnostics. CIGRE Paper No. A2–110. 2006.
Gockenbach E., Borsi H. Condition monitoring and diagnosis of power transformers. 2008 International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM 2008). 2008, pp. 16–19. doi: https://www.doi.org/10.1109/ISEIM.2008.4664432
Nedelcut D., Sacerdotianu D., Tanasescu G., Nicolae S., Voinescu L. On-line and off-line monitoring-diagnosis system (MDS) for power transformers. 2008 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis. Beijing, 2008, pp. 949–955. doi: https://www.doi.org/10.1109/CMD.2008.4580440
Kumar A. S., Gupta R. P., Udayakumar K., Venkatasami A. Online partial discharge detection and location techniques for condition monitoring of power transformers: A review. 2008 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis. Beijing, 2008, pp. 927–931. doi: https://www.doi.org/10.1109/CMD.2008.4580435
Otsinka stanu ta realizatsiyi kontseptsiy rozvytku «intelektual'nykh» elektromerezh u svitoviy praktytsi [Assessment of the status and implementation of smart grid development concepts in global practice]. Available at: https://ua.energy/wp-content/uploads/2018/01/3.-Smart-Grid.pdf (accessed 17.09.2020).
Li S., Li J. Condition monitoring and diagnosis of power equipment: review and prospective. High Voltage. 2017, vol. 2, no. 2, pp. 82–91. doi: https://www.doi.org/10.1049/hve.2017.0026
Mariprasath T., Kirubakaran V. A real time study on condition monitoring of distribution transformer using thermal imager. Infrared Physics & Technology. 2018, vol. 90, pp. 78–86. doi: https://www.doi.org/10.1016/j.infrared.2018.02.009
Bowen Z., Feng W., Shuai H., Jiangang B., Chunyu Y. Research on the electrical equipment condition monitoring system architecture based on big data. 2017 2nd International Conference on Control and Robotics Engineering (ICCRE). Bangkok, 2017, pp. 155–159. doi: https://www.doi.org/10.1109/iccre.2017.7935061
Sakhno A. A., Konogray S. P. Diagnostirovanie vysokovol'tnogo oborudovaniya raspredelitel'nykh ustanovok 110–750 kV v nepreryvnom rezhime [Diagnostics of 110-750 kV high voltage switchgear equipment in continuous operation]. Elektricheskie seti i sistemy [Electrical networks and systems]. 2012, no. 4, pp. 61–65.
«DIMRUS». Organizatsiya diagnosticheskogo monitoringa vysokovol'tnogo oborudovaniya. Perevod oborudovaniya na obsluzhivanie po tekhnicheskomu sostoyaniyu [Organisation of diagnostic monitoring of high voltage equipment. Transfer of equipment to maintenance on technical condition]. Available at: https://dimrus.ru/manuals/all_monitoring.pdf (accessed 27.09.2020).
Zhivodernikov S. V., Ovsyannikov A. G., Rusov V. A. Zarubezhnyy opyt monitoringa sostoyaniya maslonapolnennogo oborudovaniya [Foreign experience of oil-filled equipment condition monitoring]. Materialy chetvertogo nauchno prakticheskogo seminara Obshchestvennogo Soveta spetsialistov Sibiri i Vostoka po problemam monitoringa transformatornogo oborudovaniya i diagnostiki elektricheskikh ustanovok, Belokurikha, 20–24 aprelya 2009 [Materials of the fourth scientific-practical seminar of the Public Council of Siberian and Eastern specialists on problems of transformer equipment monitoring and diagnostics of electrical installations, Belokurikha, 20–24 April 2009]. Novosibirsk, GTsRO Publ., 2009. pp. 7–22.
Bederak Ya. S., Bogatyrev Yu. L. Printsipy postroeniya sistem monitoringa silovykh transformatorov napryazheniem 35 kV i vyshe i moshchnost'yu 25000 kVA i vyshe [Principles of designing monitoring systems for power transformers of 35 kV and above and capacities of 25000 kVA and above]. Available at: http://masters.donntu.org/2011/fknt/lutsyk/library/principe_system_mon.pdf (accessed 27.09.2020).
Bondarenko V. E., Shutenko O. V. Optimizatsiya sistemy informatsionnykh pokazateley kachestva transformatornogo masla dlya tekhnicheskogo ekspluatatsionnogo kontrolya maslonapolnennogo energeticheskogo oborudovaniya [Optimisation of a system of transformer oil quality information indicators for technical in-service inspection of oil-filled power equipment]. Informacijno-kerujuchi systemy na zaliznychnomu transporti [Information and management systems in rail transport]. 2003, no. 2, pp. 46–50.
Shutenko O., Kulyk O. Comparative Analysis of the Defect Type Recognition Reliability in High-Voltage Power Transformers Using Different Methods of DGA Results Interpretation. 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP). Kremenchuk, Ukraine, 2020, pp. 1–6. doi: https://www.doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240911
Aksenov Yu. P. Monitoring tekhnicheskogo sostoyaniya vysokovol'tnoy izolyatsii elektrooborudovaniya energeticheskogo naznacheniya v ekspluatatsii i pri remontakh [Monitoring the technical condition of high-voltage insulation of electrical equipment for energy applications in operation and during repairs]. Moscow, Nautekhlitizdat Publ., 2002. 338p.
Shutenko O. V., Ponomarenko S. G. Prognozirovanie znacheniy pokazateley transformatornykh masel s uchetom osobennostey stareniya na dlitel'nykh intervalakh ekspluatatsii [Prediction of transformer oils' values, taking into account the peculiarities of ageing at long operating intervals]. Energy. Series: “Modern problems of power engineering and ways of solving them”. 2020, no. 4 (96), pp. 68–73.
Li S., Ge Z., Abu-Siada A., Yang L., Li S., Wakimoto K. A New Technique to Estimate the Degree of Polymerization of Insulation Paper Using Multiple Aging Parameters of Transformer Oil. IEEE Access. 2019, vol. 7, pp. 157471–157479. doi: https://www.doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2949580
Ren G., Cheng J., Zhou Q., Li C., Wu W. The Method for Aging Condition Prediction of Transformer Oil-immersed Cellulose Insulation Based upon the Aging Kinetic Equation. Proceedings of the 2nd International Conference on Electrical and Electronic Engineering (EEE 2019). 2019, pp. 147–151 doi: https://www.doi.org/10.2991/eee-19.2019.25
Liu J., Lv J., Zhang M., Jia H., Zhuang W., Chen X. Research on Life Prediction of Oil-Paper Insulation Based on Dielectric Response. Electric Power Components and Systems. 2020, vol. 48, no. 3, pp. 281–290. doi: https://www.doi.org/10.1080/15325008.2020.1758839
Shutenko O. V., Baklay, D. N. Analiz funktsional'nykh vozmozhnostey ekspertnykh sistem, ispol'zuemykh dlya diagnostiki sostoyaniya [Analysis of the functionality of expert systems used to diagnose the condition]. Vestnik Nats. tekhn. un-ta "KhPI": sb. nauch. tr. Temat. vyp.: Energetika: nadezhnost' i energoeffektivnost' [Bulletin of the National Technical University “KhPI”: a collection of scientific papers. Thematic issue: Energetics: reliability and energy efficiency]. Kharkiv, NTU “KhPI” Publ., 2011, no. 3, pp. 179–193.
Alekseev B. A. Kontrol' sostoyaniya (diagnostika) krupnykh silovykh transformatorov [Condition monitoring (diagnostics) of large power transformers]. Moscow, NTs ENAS Publ., 2002. 261 p.
IEC 60599:2015. Mineral oil-filled electrical equipment in service – Guidance on the interpretation of dissolved and free gases analysis. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission, 2015. 78 p.
Leivo S., Briosso E. A case study, Online DGA during varying transformer conditions. 2020 IEEE Electrical Insulation Conference (EIC). Knoxville, TN, USA, 2020, pp. 348–351. doi: https://www.doi.org/10.1109/EIC47619.2020.9158665
Wang Z., Yi X., Wang X., Li S., Hinshaw J. V., Noakhes J. Comparison between Online and Laboratory Measurements of Fault Gases for Mineral Oil and Natural Ester. International Journal on Electrical Engineering and Informatics. 2013, Vol. 5, no. 2, pp. 173–181. doi: https://www.doi.org/10.15676/ijeei.2013.5.2.5
Dennison J. C., Trout J. M. Transformer oil DGA monitoring technology study 2015. 2016 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (T&D). Dallas, TX, 2016, pp. 1–5. doi: https://www.doi.org/10.1109/TDC.2016.7519918
Shutenko O. Method for Detection of Developing Defects in High-Voltage Power Transformers by Results of the Analysis of Dissolved Oil Gases. Acta Electrotechnica et Informatica. 2018, vol. 18, no. 11, pp. 11–18. doi: https://www.doi.org/10.15546/aeei-2018-0002
Shutenko O. V. Osobennosti dinamiki izmeneniya kriteriev ispol'zuemykh dlya interpretatsii rezul'tatov KhARG v silovykh transformatorakh s raznymi tipami defektov [Peculiarities of the dynamics of the criteria used to interpret the DGA results in power transformers with different types of defects]. New in the Russian Electrical Power-Engineering. 2017, no. 9, pp. 30–49.
Shutenko O. V., Baklay D. N., Ostrikova T. A., Melnik N. Y. Analiz prichin gazovydeleniya v silovykh transformatorakh, na osnove issledovaniya korrelyatsionnykh svyazey mezhdu rastvorennymi v masle gazami [Analysis of the causes of gassing in the power transformer, based on a study of correlations between dissolved in oil gases]. Lighting Engineering & Power Engineering. 2012, no 3 (31), pp. 72–81.
Shutenko O. Analysis of gas composition in oil-filled faulty equipment with acetylene as the key gas. Energetika. 2019, vol. 65, no. 1, pp. 21–38. doi: https://www.doi.org/10.6001/energetika.v65i1.3973
Shutenko O. V., Zagaynova A. A. Diagnostika sostoyaniya vysokovol'tnykh maslonapolnennykh vvodov na osnove analiza dinamiki izmeneniya pokazateley izolyatsii vo vremeni [Diagnostics of the state of high-voltage bushings based on the changes dynamics analysis in the indicators of insulation in time]. Visnyk Natsional'noho tekhnichnoho universytetu "KhPI". Ser.: Tekhnika ta elektrofizyka vysokykh napruh: zb. nauk. pr. [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser.: Technique and Electrophysics of High Voltage: a collection of scientific papers]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2019, no. 18 (1343), pp. 62–76.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2020 Олексій Євгенович Піротті, Олексій Іванович Баленко, Вероніка Олександрівна Бречко, Михайло Юрійович Гузін, Юлія Григорівна Гонтар