Ключові слова
трансформаторне масло
показники
тривалість експлуатації
результати періодичних випробувань
похибки
статистичне опрацювання
інтенсивність старіння
двофакторний перехресний дисперсійний аналіз
перевірка статистичних гіпотез
Як цитувати
Анотація
Наведено результати двофакторного перехресного дисперсійного аналізу впливу тривалості та умов експлуатації на значення показників трансформаторних масел у баках автотрансформаторів 330 кВ. На основі аналізу відомих математичних моделей процесів окислення трансформаторних масел на основі поглинання кисню було зроблено висновок про наявність значущого впливу тривалості окиснення на кількість поглинутого кисню, а, отже, і на значення показників масел. Для перевірки зроблених висновків було використано результати періодичних випробувань стану трансформаторних масел для 49 автотрансформаторів напругою 330 кВ. Загальний обсяг аналізованої вибірки склав 3654 значень за 6 показниками масел. Перед безпосереднім виконанням аналізу масив вихідних даних було піддано двоетапному статистичному опрацюванню, метою якого було видалення стаціонарних і спотворених за знаком кутового коефіцієнта регресійної моделі часових рядів показників масел, з подальшим формуванням масивів даних із близькою швидкістю дрейфу показників у часі. Розв’язання задачі першого етапу виконувалося на основі перевірки статистичної гіпотези про рівність нулю кутового коефіцієнта лінійної регресії показника масла на тривалість експлуатації. Для розв’язання задачі другого етапу було використано критерій максимуму кореляційного відношення, що дало змогу сформувати масиви даних із близькою швидкістю дрейфу показників у часі, в умовах або повної, або часткової відсутності апріорної інформації щодо режимів роботи обладнання електричних мереж. Оскільки для багатьох показників виявлено наявність областей перетину значень, що становлять різні масиви даних, поряд із перевіркою гіпотези про наявність впливу тривалості експлуатації на значення показників масел, перевіряли гіпотезу про значущість відмінностей між значеннями показників із різних масивів даних. Для цього було використано модель двофакторного перехресного дисперсійного аналізу. За результатами аналізу встановлено наявність значущого впливу тривалості експлуатації на значення показників масла. Крім того, виявлено значущі відмінності між значеннями показників із різних масивів даних, а також не адитивність ефектів зміни рівнів факторів, тобто ефект від зміни рівня впливу одного фактора призводить до зміни ефекту від рівня впливу іншого фактора. Отримані результати дають змогу розробити моделі для ранньої діагностики стану трансформаторних масел з використанням варіативних меж показників, а також прогнозувати й управляти залишковим ресурсом трансформаторних масел.
Посилання
R. A. Lipshteyn and M. I. Shakhnovich, Transformatornoe Maslo [Transformer Oil]. Moscow: Energoatomizdat, 1983. (in Russian)
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
C. M. Maheshan and H. Prasanna Kumar, “Transformer oil diagnostic tests analysis using statistical correlation technique,” Journal of Electrical Engineering and Automation, vol. 4, no. 3, p. 144–158, Aug. 2022, doi: https://doi.org/10.36548/jeea.2022.3.002.
Pawenary, D. Yunus, and E. Timotius, “Transformer oil performance testing using correlation coefficient method,” International Journal of Advanced Research in Engineering and Technology (IJARET), vol. 11, no. 8, p. 393–398, 2020, doi: https://doi.org/10.34218/IJARET.11.8.2020.039.
C. M. Maheshan and H. Prasanna Kumar, “Transformer oil diagnostic tests analysis using statistical correlation technique,” Journal of Electrical Engineering and Automation, vol. 4, no. 3, p. 144–158, Aug. 2022, doi: https://doi.org/10.36548/jeea.2022.3.002.
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.
A. D. Ashkezari, H. Ma, C. Ekanayake, and T. K. Saha,”Multivariate analysis for correlations among different transformer oil parameters to determine transformer health index,” in 2012 IEEE Power & Energy Society General Meeting. New Energy Horizons - Opportunities and Challenges, San Diego, CA, Jul. 22–26, 2012. p. 1–7. doi: https://doi.org/10.1109/pesgm.2012.6345231.
O. Shutenko and S. Ponomarenko, “Stochastic correlation analysis of the transformer oil indicators in 330 kv autotransformers,” in 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), Kharkiv, Ukraine, Oct. 3–7, 2022. p. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/khpiweek57572.2022.9916502.
О. V. Shutenko, “Complex correlation analysis of quality parameters in the transformer oil,” Bulletin of the National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”. Collection of Scientific Papers. Thematic Issue: Problems of Improvement of Electric Machines and Apparatus, no. 45, p. 161–172, 2008. (in Russian)
S. Abdi, A. M. Haddad, N. Harid, and A. Boubakeur, “Modelling the effect of thermal aging on transformer oil electrical characteristics using a regression approach,” Energies, vol. 16, no. 1, Dec. 2022, Art. no. 381, doi: https://doi.org/10.3390/en16010381.
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.
A. Risos and G. Gouws, “In-situ aging monitoring of transformer oil via the relative permittivity and DC conductivity using novel interdigitated dielectrometry sensors (IDS),” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 287, p. 602–610, May 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.12.037.
R. Polanský, P. Hahn, P. Kadlec, D. Moravcová, and P. Prosr, “Quantifying the effect of catalysts on the lifetime of transformer oil,” Applied Sciences, vol. 10, no. 4, Feb. 2020, Art. no. 1309, doi: https://doi.org/10.3390/app10041309.
T. Gradnik, T. Lukan, B. Cucek, and M. Koncan-Gradnik, “Impact of ageing on thermal properties of power transformer insulating liquids,” in 2022 IEEE 21st International Conference on Dielectric Liquids (ICDL), Sevilla, Spain, May 29–Jun. 2, 2022. p. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/icdl49583.2022.9830948.
J. Liu et al., “Moisture diagnosis of transformer oil-immersed insulation with intelligent technique and frequency-domain spectroscopy,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 17, no. 7, p. 4624–4634, 2021, doi: https://doi.org/10.1109/tii.2020.3014224.
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. p. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/diagnostika.2018.8526138.
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.
X. Wang, C. Tang, B. Huang, J. Hao, and G. Chen, “Review of research progress on the electrical properties and modification of mineral insulating oils used in power transformers,” Energies, vol. 11, no. 3, Feb. 2018, Art. no. 487, doi: https://doi.org/10.3390/en11030487.
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.
J. Wada, G. Ueta, S. Okabe, and T. Amimoto, “Method to evaluate the degradation condition of transformer insulating oil – establishment of the evaluation method and application to field transformer oil,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 22, no. 2, pp. 1266–1274, Apr. 2015, doi: https://doi.org/10.1109/tdei.2015.7076830.
M. E. A. Senoussaoui, M. Brahami, and I. Fofana, “Transformer oil quality assessment using random forest with feature engineering,” Energies, vol. 14, no. 7, p. 1809, Mar. 2021, doi: https://doi.org/10.3390/en14071809.
U. Manchanda and A. Pervez, “Using unsupervised machine learning to identify risk of failure at ageing oil and gas assets,” The APPEA Journal, vol. 62, no. 2, p. S149–S152, May 2022, doi: https://doi.org/10.1071/aj21173.
D. Paul and A. K. Goswami, “A multi-gene symbolic regression approach of determining insulating oil interfacial tension,” in 2020 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), Jaipur, India, Dec. 16–19, 2020. pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/pedes49360.2020.9379528.
O. E. Gouda and A. Z. El Dein, “Prediction of aged transformer oil and paper insulation,” Electric Power Components and Systems, vol. 47, no. 4-5, pp. 406–419, Mar. 2019, doi: https://doi.org/10.1080/15325008.2019.1604848.
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.
V. Srividhya et al., “Determination of breakdown voltage for transformer oil testing using ANN,” in Advances in Intelligent Systems and Computing. Singapore: Springer Singapore, 2021, p. 443–452, doi: https://doi.org/10.1007/978-981-33-6981-8_35.
H. D. Singh and J. Singh, “Enhanced optimal trained hybrid classifiers for aging assessment of power transformer insulation oil,” World Journal of Engineering, vol. 17, no. 3, p. 407–426, Apr. 2020, doi: https://doi.org/10.1108/wje-11-2019-0339.
L. Gautam, R. Kumar, and Y. R. Sood, “Identifying transformer oil criticality using fuzzy logic approach,” in 2020 IEEE Students Conference on Engineering & Systems (SCES), Prayagraj, India, Jul. 10–12, 2020. p. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/sces50439.2020.9236724.
K. Diwyacitta, R. A. Prasojo, and S. Suwarno, “Study on correlation among oil dielectric characteristics, dissolved gases, and operating life of 150 kv power transformer,” International Journal on Electrical Engineering and Informatics, vol. 9, no. 3, pp. 585–602, Sep. 2017, doi: https://doi.org/10.15676/ijeei.2017.9.3.12.
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.
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.
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.
G. Shteger, Elektroizoliatsionnye Materialy [Electrical Insulating Materials]. Moscow: Gosenergoizdat, 1961. (in Russian)
M. R. Meshkatoddini, “Aging study and lifetime estimation of transformer mineral oil,” American Journal of Engineering and Applied Sciences, vol. 1, no. 4, p. 384–388, Apr. 2008, doi: https://doi.org/10.3844/ajeassp.2008.384.388.
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.
S. Ponomarenko, “ Analysis of the ageing characteristics of transformer oils in 330 kV autotransformers during long-term operation,” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 2 (5), pp. 58–66, Dec. 2022, doi: https://doi.org/10.20998/2224-0349.2022.02.12. (in Ukrainian)
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. 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)
О. V. Shutenko, “Otsenka vliianii uslovii ekspluatatsii na intensivnost stareniia transformatornikh masel [Assessment of the influence of operating conditions on the ageing intensity of transformer oils],” Bulletin of the National Technical University “KhPI”. Series: Energy: Reliability and Energy Efficiency, no. 45, p. 176–184, 2010. (in Russian)
O. V. Shutenko, A. A. Zagaynova, and G. N. Serdyukova, “Analysis of operating conditions and modes influence on technical state of main insulation of high-voltage bushings of different design,” Electrical Engineering & Electromechanics, no. 1, p. 57–66, Feb. 2019, doi: https://doi.org/10.20998/2074-272x.2019.1.10.
O. Shutenko, A. Zagaynova, and G. Serdyukova, “Analysis of air-tight high-voltage bushing insulation parameter dynamics under various conditions during long-term operation,” in 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, Jul. 2–6, 2019. p. 321–326, doi: https://doi.org/10.1109/ukrcon.2019.8879896.
A. P. Davydenko, Organizatsiia I Planirovanie Nauchnykh Issledovanii, Patentovedenie [Organisation and Planning of Scientific Research, Patenting]. Kharkiv: NTU “KhPI”, 2004. (in Russian)
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)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Авторське право (c) 2023 Сергій Григорович Пономаренко