Аналіз особливостей старіння трансформаторних масел в автотрансформаторах 330 кВ протягом тривалої експлуатації
№ 2 (5) (2022), Статті
№ 2 (5) (2022)

Аналіз особливостей старіння трансформаторних масел в автотрансформаторах 330 кВ протягом тривалої експлуатації

Статті
https://doi.org/10.20998/2224-0349.2022.02.12
Опубліковано 2022-12-30
Сергій Григорович Пономаренко
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»
https://orcid.org/0000-0002-7860-079X
PDF

Ключові слова

автотрансформатори 330 кВ
старіння трансформаторного масла
тривалість експлуатації
результати експлуатаційного контролю
дисперсійний аналіз на відхилення від лінійності
кінетика окислювальних реакцій
індукційний період
період самоприскорення

Як цитувати

Пономаренко, С. Г. «Аналіз особливостей старіння трансформаторних масел в автотрансформаторах 330 кВ протягом тривалої експлуатації». Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність, вип. 2 (5), Грудень 2022, с. 58-66, doi:10.20998/2224-0349.2022.02.12.
ACM ACS APA ABNT Chicago Harvard IEEE MLA Turabian Vancouver

Завантажити посилання

Endnote/Zotero/Mendeley (RIS) BibTeX

Анотація

Виконано аналіз залежностей показників трансформаторних масел в баках автотрансформаторів напругою 330 кВ від тривалості експлуатації. Наведено опис моделі дисперсійного аналізу для перевірки залежностей на відхилення від лінійності. Показано, що оцінити наявність нелінійності в залежностях показників масла можна шляхом порівняння значення середнього квадрата відхилення від лінійності зі значенням залишкового середнього квадрата, які визначаються в рамках дисперсійного розкладання. На прикладі такого показника як вміст в маслі органічних кислот, використовуючи результати експлуатаційних випробувань по 48 автотрансформаторам 330 кВ з трьох областей України, проаналізовано вплив похибок і грубих промахів в результатах вимірювань на характер залежностей показників. Виділено найбільш характерні типи спотворень. Встановлено, що в переважній більшості випадків причинами спотворень залежностей показників масел від тривалості експлуатації було втручання оперативного персоналу з метою інгібування процесів старіння масел (заміна силікагелю, додавання антиокислювальних присадок, сушка масла, доливання або заміна масел). Це свідчить про високий рівень організації експлуатаційного контролю стану трансформаторних масел в енергосистемах України. Для виділення спотворених і стаціонарних залежностей запропоновано використовувати модель регресійного аналізу показників масла на тривалість експлуатації. А для зниження неоднорідності результатів випробувань стану масел, яка обумовлена відмінностями в конструкції автотрансформаторів і режимах їх експлуатації, був використаний критерій максимуму кореляційного відношення. За результатами аналізу на відхилення від лінійності встановлено, що на спостережуваних інтервалах експлуатації (більше 30 років) швидкість дрейфу значень показників масла в баках автотрансформаторів 330 кВ не є постійною. На аналізованих залежностях показників від часу експлуатації виділено дві характерних ділянки, що відповідають певним стадіям процесу окислення – період індукції (проміжок часу, протягом якого значення показників практично не змінюються) і період самоприскорення (проміжок часу, протягом якого спостерігається інтенсивна зміна значень показників масел). При цьому тривалість індукційного періоду та інтенсивність зміни значень показників значимо відрізняється навіть для одного показника і залежать від режимів роботи трансформатора та умов експлуатації.

https://doi.org/10.20998/2224-0349.2022.02.12
PDF

Посилання

Н. А. Kihel та N. Y. Rukhlova, “Orhanizatsiia ekspluatatsii znoshenoho elektroobladnannia [Organization of operation of worn-out electrical equipment]”, Mining Electromechanics and Automation, № 74, с. 42–47, 2005. (in Ukrainian)

М. V. Potapenko and V. L. Sharshon, “Udoskonalennia systemy remontu elektroobladnannia za yoho faktychnym stanom [Improvement of the system of electrical equipment repair according to its actual condition],” in Trends and Prospects Development of Science and Practice in Modern Environment, Geneva, Switzerland, Nov. 22–24, 2021. pp. 389–390. (in Ukrainian)

Mineral Insulating Oils in Electrical Equipment – Supervision and Maintenance Guidance, IEC 60422:2013, International Electrotechnical Commission, 2013.

IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Mineral Oil in Electrical Equipment, IEEE Std C57.106-2015, IEEE, 2016. doi: https://doi.org/10.1109/IEEESTD.2016.7442048.

Pryymannya, Zastosuvannya Ta Ekspluatatsiya Transformatornykh Masel. Normy Otsinyuvannya Yakosti [Company Standard 43-101:2009. Acceptance, Application and Operation of Transformer Oils. Quality Assessment Standards], SOU-N EE 43-101:2009, Ukrainian Scientific and Technical Electric Power Association “Aselenergo”, Kyiv, 2018. (in Ukrainian)

Mineral Insulating Oils in Electrical Equipment. Supervision and Maintenance Guidance, BS EN 60422:2013, British Standard Institute (BSI), 2013.

U.S. Department of the Interior Bureau of Reclamation, “Transformer: Basics, maintenance and diagnostics,” Apr. 2005. Accessed: Sept. 26, 2022. [Online]. Available: https://www.usbr.gov/tsc/techreferences/mands/mands-pdfs/Trnsfrmr.pdf

O. V. Shutenko and S. H. Ponomarenko, “Correction of transformer oil breakdown voltage maximum permissible values by the minimum risk method,” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1, pp. 105–114, Dec. 2020, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2020.01.16. (in Ukrainian)

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Correction of the maximum permissible values of the oil acidity by the minimum risk method,” in 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, Aug. 26–28, 2021, pp. 310–315. doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon53503.2021.9575854.

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Using statistical decision methods to correct the maximum permissible values of transformer oils indicators,” in 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Sep. 13–17, 2021, pp. 471–476. doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek53812.2021.9570041.

V. E. Bondarenko and O. V. Shutenko, “Usovershenstvovanie protsedury prinyatiya resheniy pri otsenke stepeni stareniya transformatornykh masel [Improved decision-making procedure for assessing the ageing of transformer oils],” ELECTRO. Electrical Engineering, Electrical Power, Electrical Industry, no. 1, pp. 17–21, 2009. (in Russian)

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Diagnosing the condition of transformer oils using the trajectory method,” in 2021 IEEE International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES), Kremenchuk, Ukraine, Sep. 21–24, 2021. pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/mees52427.2021.9598490.

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Diagnostics of transformer oils using the multiple linear regression model,” in 2020 IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP), Kremenchuk, Ukraine, Sep. 21–25, 2020, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/paep49887.2020.9240875.

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Development of a multiple regression model for early diagnosis of transformer oil condition,” Arabian Journal for Science and Engineering, Feb. 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s13369-021-06418-5.

R. A. Lipshteyn and M. I. Shakhnovich, Transformatornoe Maslo [Transformer Oil]. Moscow: Energoatomizdat, 1983. (in Russian)

B. P. Bur'yanov, Transformatornoe Maslo [Transformer Oil]. Moscow: Gosudarstvennye energeticheskie izdaniya, 1955. (in Russian)

N. I. Chernozhukov and S. E. Kreyn, Okislyaemost' Mineral'nykh Masel [Oxidisability of Mineral Oils]. Moscow: Gostoptekhizdat, 1959. (in Russian)

L. Liu, H. Wu, T. Liu, H. Feng, H. Tian, and Z. Peng, “Influence of moisture and temperature on the frequency domain spectroscopy characteristics of transformer oil,” in 2016 IEEE International Conference on Dielectrics (ICD), Montpellier, France, Jul. 3–7, 2016. pp. 565–568, doi: https://doi.org/10.1109/icd.2016.7547667.

S. Abdi, N. Harid, L. Safiddine, A. Boubakeur, and A. (Manu) Haddad, “The correlation of transformer oil electrical properties with water content using a regression approach,” Energies, vol. 14, no. 8, p. 2089, Apr. 2021, doi: https://doi.org/10.3390/en14082089.

M. A. Mehmood, J. Li, F. Wang, Z. Huang, J. Ahmad, and M. S. Bhutta, “Analyzing the health condition and chemical degradation in field aged transformer insulation oil using spectroscopic techniques,” in 2018 International Conference on Diagnostics in Electrical Engineering (Diagnostika), Pilsen, Sep. 4–7, 2018. pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/diagnostika.2018.8526138.

N. Bernard and B. Cucek, “Methods for monitoring age-related changes in transformer oils,” in 2014 IEEE 18th International Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Bled, Slovenia, Jun. 29–Jul. 3, 2014, doi: https://doi.org/10.1109/icdl.2014.6893173.

N. Abu Bakar and A. Abu-Siada, “A novel method of measuring transformer oil interfacial tension using UV-Vis spectroscopy,” IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 32, no. 1, pp. 7–13, Jan. 2016, doi: https://doi.org/10.1109/mei.2016.7361098

A. Nayyar Hassan and A. El-Hag, “Two-Layer ensemble-based soft voting classifier for transformer oil interfacial tension prediction,” Energies, vol. 13, no. 7, Apr. 2020, Art. no. 1735, doi: https://doi.org/10.3390/en13071735.

N. K. Bhatia, A. H. El-Hag, and K. B. Shaban, “Machine learning-based regression and classification models for oil assessment of power transformers,” in 2020 IEEE International Conference on Informatics, IoT, and Enabling Technologies (ICIoT), Doha, Qatar, Feb. 2–5, 2020. pp. 400–403, doi: https://doi.org/10.1109/iciot48696.2020.9089647.

K. Diwyacitta, R. A. Prasojo, Suwarno, and H. Gumilang, “Effects of loading factor in operating time on dielectric characteristics of transformer oil,” in 2017 International Conference on High-Voltage Engineering and Power Systems (ICHVEPS), Bali, Oct. 2–5, 2017. pp. 335–339, doi: https://doi.org/10.1109/ichveps.2017.8225968.

K. Benhmed, A. Mooman, A. Younes, K. Shaban, and A. El-Hag, “Feature selection for effective health index diagnoses of power transformers,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 33, no. 6, pp. 3223–3226, Dec. 2018. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrd.2017.2762920.

F. Guerbas, L. Adjaout, A. Abada, and D. Rahal, “New and reclamation transformer oil behavior under accelerated thermal aging,” in 2018 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE), Athens, Greece, Sep. 10–13, 2018. IEEE, 2018, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/ichve.2018.8642062.

H. Belmecheri, T. Seghier, M. Belkheiri, and B. Zegnini, “Insulating and thermal aging dielectric properties dependency of transformer oil using spectroscopy techniques,” Instrumentation Mesure Métrologie, vol. 18, no. 4, pp. 337–342, Oct. 2019, doi: https://doi.org/10.18280/i2m.180402.

N. Azis, D. Zhou, Z. D. Wang, D. Jones, B. Wells, and G. M. Wallwork, “Operational condition assessment of in-service distribution transformers,” in 2012 IEEE International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (CMD), Bali, Indonesia, Sep. 23–27, 2012, doi: https://doi.org/10.1109/cmd.2012.6416364.

Шутенко О. В. O. V. Shutenko, “Osobennosti dreyfa pokazateley kachestva transformatornogo masla v techenii dlitel'noy ekspluatatsii [Features of the drift of transformer oil quality indicators during long-term operation],” Integrated Technologies and Energy Saving, no. 4, pp. 26–30, 2007. (in Russian)

O. V. Shutenko, “Issledovanie osobennostej starenija transformatornyh masel v uslovijah dlitel'noj jekspluatacii [Investigation of the ageing characteristics of transformer oils under long-term operating conditions],” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Problems of Electrical Machines and Apparatus Perfection. The Theory and Practice, no. 36, pp. 131–141, 2010. (in Russian)

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Analysis of ageing characteristics of transformer oils under long-term operation conditions,” Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering, vol. 46, no. 2, pp. 481–501, Mar. 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s40998-022-00492-7.

N. L. Johnson and F. C. Leone, Statistics and Experimental Design in Engineering and the Physical Sciences: V. 1 (Probability & Mathematical Statistics S.), 2nd ed. New York: Wiley, 1977.

O. V. Shutenko and D. N. Baklay, Planirovanie Eksperimental'nykh Issledovaniy v Elektroenergetike. Metody Obrabotki Eksperimental'nykh Dannykh [Planning Experimental Studies in the Electrical Power Field. Methods of Experimental Data Processing]. Kharkiv: NTU “KhPI”, 2013. (in Russian)

V. E. Bondarenko and O. V. Shutenko, “Optimizacija sistemy informacionnyh pokazatelej kachestva transformatornogo masla dlja tehnicheskogo jekspluatacionnogo kontrolja maslonapolnennogo jenergeticheskogo oborudovanija [Optimisation of a system of transformer oil quality information indicators for technical in-service inspection of oil-filled power equipment],” Information and Control Systems at Railway Transport, no. 2, pp. 46–50, 2003. (in Russian)

V. E. Bondarenko, P. F. Shchapov, and O. V. Shutenko, Povyshenie Effektivnosti Ekspluatatsionnogo Izmeritel'nogo Kontrolya Transformatornykh Masel [Improving the Efficiency of in-Service Measuring Control of Transformer Oils]. Kharkiv: NTU “KhPI”, 2007. (in Russian)

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Reliability assessment of the results of periodic monitoring of the transformer oils condition,” in 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Istanbul, Turkey, Sep. 7–11, 2020, pp. 77–82, doi: https://doi.org/10.1109/ieps51250.2020.9263141.

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Analysis of distribution laws of transformer oil indicators in 110-330 kV transformers,” Electrical Engineering & Electromechanics, no. 5, pp. 46–56, Oct. 2021, doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2021.5.07.

O. V. Shutenko, “Issledovanie vliyaniya zagruzki transformatora na sostoyanie masla v protsesse ekspluatatsii [Investigation of the influence of transformer loading on oil condition during operation],” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Elektroenergetika i Preobrazovatelnaya Tehnika, no. 22, pp. 121–126, 2004. (in Russian)

O. V. Shutenko, “Issledovanie vliyaniya rezhimov raboty transformatorov na intensivnost' stareniya masla [Investigation of the influence of operating modes of transformers on the intensity of oil aging],” Energetika ta elektrifіkatsіya, no. 8, pp. 54–59, 2008. (in Russian)

O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Analysis of the impact of power transformer loading on the transformer oil aging intensity,” in 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Oct. 5–10, 2020, pp. 76–81, doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek51551.2020.9250159.

O. V. Shutenko, “Formirovanie odnorodnykh massivov pokazateley kachestva transformatornogo masla v usloviyakh apriornoy neopredelennosti rezul'tatov ispytaniy [Formation of homogeneous arrays of transformer oil quality indicators under a priori uncertainty of test results],” Integrated Technologies and Energy Saving, no. 4, pp. 42–50, 2006. (in Russian)

S. Ponomarenko, “Formation of reference trajectories for transformer oil indicators for 330 kV autotransformers,” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 1 (4), pp. 62–72, Jul. 2022, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2022.01.11. (in Ukrainian)

S. Ponomarenko, “Comparative analysis of oil ageing intensity in 110 kV transformers and 330 kV autotransformers,” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 2 (3), pp. 124–136, Dec. 2021, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2021.02.06. (in Ukrainian)

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право (c) 2022 Serhii Ponomarenko