Аннотация
В статье показано, что эксплуатация трансформаторного оборудования за пределами нормативного срока службы стала общемировой тенденцией, хотя без принятия специальных мер она сопряжена с повышенными рисками отказов. Высокая степень износа трансформаторов создает потенциальную опасность как для потребителей, так и для обслуживающего персонала. Подчеркнута важность непрерывного контроля состояния и оценки ресурса высоковольтных трансформаторов, расположенных на объектах энергетики и промышленных предприятиях. Основной причиной является значительный износ парка трансформаторов при относительно низких темпах его обновления. В то же время внедрение систем on-line-мониторинга происходит низкими темпами. Поэтому необходимо совершенствование известных методов, основанных на оценке влияния нагрузок и внешней температуры на техническое состояние трансформатора. Одним из распространенных методов является контроль температуры в наиболее нагретой т очке (ННТ), которая (температура) является фактором, определяющим старение изоляции. Сформулированы основные позиции методики контроля нагрева по параметрам нагрузки с учетом температуры окружающей среды. Обоснована разработка компьютерной модели, основанной на зависимостях руководства IEC 354 по нагрузке для масляных трансформаторов. Приведены зависимости, определяющие ускорение старения и эквивалентное сокращение срока службы при заданном температурном цикле за контролируемый период времени. Разработана модель для вычисления динамической тепловой нагрузки, обеспечивающая расчет температуры масла в верхней части бака и вычисление температуры ННТ. Рассматривается пример расчета температуры ННТ и сокращения срока эксплуатации трансформатора, находящегося в эксплуатации в парке Магнитогорского металлургического комбината. Выполнены расчет остаточного ресурса и влияния температуры окружающей среды для характерных суток зимнего и летнего месяцев. Подтверждены выводы о существенном влиянии графика нагрузки и внешней температуры на температуру ННТ. Рекомендовано применение разработанной методики для контроля теплового состояния печных трансформаторов, работающих с резкопеременной нагрузкой.
Ключевые слова
силовой трансформатор, техническое состояние, ресурс, температура наиболее нагретой точки, расчет, математическая модель, компьютерная программа, применение, рекомендации
1. Карандаева О.И. Характеристика повреждаемости сетевых и блочных трансформаторов ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2011. № 34 (251). С. 15-20.
2. Validation of Diagnostic Monitoring Technical State of Iron and Steel Works Transformers / V.R. Khramshin, A.A. Nikolayev, S.A. Evdokimov, Y.N. Kondrashova, T.P. Larina // Proceedings of the 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW). IEEE, 2016. Pр. 596-600. doi: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448253
3. Monitoring Technical State of the Power Transformers Is a Necessary Condition of the Smart-Grid Technolgy Introduction within the Industrial Electric Networks / V.R. Khramshin, S.A. Evdokimov, Аn.А. Nikolaev, Ar.А. Nikolaev, A.S. Karandaev // Proceedings of the 2015 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW). IEEE, 2015. Pp. 214-220. doi: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102265
4. Совершенствование автоматизированных электроприводов и диагностика силового электрооборудования / И.А. Селиванов, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов, В.Р. Храмшин, А.А. Шеметова, А.С. Евдокимов, А.А. Лукин, А.Ю. Андрюшин, П.В. Шиляев, В.В. Головин, А.А. Титов, С.Е. Мостовой, С.А. Петряков // Известия вузов. Электромеханика. 2009. № 1. С. 5-11.
5. Крылов Ю.А., Карандаев А.С., Медведев В.Н. Энергосбережение и автоматизация производства в теплоэнергетическом хозяйстве города. Частотно-регулируемый электропривод: учебное пособие. СПб.: Издательство «Лань», 2013. 176 с.
6. Васин В.П., Долин А.П. Ресурс изоляции силовых маслонаполненных трансформаторов // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2008. №3. С. 12-17.
7. Практическое применение статистической модели определения ресурса электрооборудования / А.С. Карандаев, И.М. Ячиков, Е.А. Храмшина, Ан.А. Николаев, Ар.А. Николаев // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61. № 3. С. 43-52.
8. Method for Forecasting the Remaining Useful Life of a Furnace Transformer Based on Online Monitoring Data / A.A. Radionov, I.V. Liubimov, I.M. Yachikov, I.R. Abdulveleev, E.A. Khramshina, A.S. Karandaev // Energies. 2023. No. 16. 4630. doi: 10.3390/en16124630
9. Fuzzy Algorithms for Diagnosis of Furnace Transformer Insulation Condition / A.S. Karandaev, I.M. Yachikov, A.A. Radionov, I.V. Liubimov, N.N. Druzhinin, E.A. Khramshina // Energies. 2022. No. 15. 3519. doi: 10.3390/en15103519
10. Карандаев А.С., Кондрашова Ю.Н., Николаев А.А. Программа анализа теплового состояния силового трансформатора по параметрам нагрузки // Электротехника. Энергетика. Машиностроение: сборник научных трудов I международной научной конференции молодых ученых. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. С. 219-222.
11. Berube J.-N., Aubin J. Transformer winding hot spot temperature determination // Electric Energy T&D Magazine. 2007. Pp. 22-27.
12. Susa D., Lehtonen M., Nordman H. Dynamic Thermal Modeling of Power Transformers // IEEE Transactions on Power Delivery, 2005. No. 20(1). Pp. 197-204. doi: 10.1109/TPWRD.2004.835255
13. Gouda O.E., Amer G. M., Salem W.A.A. Predicting transformer temperature rise and loss of life in the presence of harmonic load currents // Ain Shams Engineering Journal. 2012. 3(2). 113-121. doi:10.1016/j.asej.2012.01.003
14. IEC 354:1991. Guide for loading for Oil Immersed Power Transformers. IEC, 1991.
15. IEEE std. C57.91. IEEE Std C57.91-1995 IEEE guide for loading mineral-oil immersed transformers. IEEE, 1995.
16. Pierce L.W. An investigation of the thermal performance of an oil filled transformer winding // IEEE Transactions on Power Delivery. 1992. No. 7(3). Pp. 1347-1358, doi: 10.1109/61.141852
17. Winding Hottest-Spot Temperature Analysis in Dry-Type Transformer Using Numerical Simulation / R.G. Mafra, E.D.S. Magalkhaes, B.D.C.S. Anselmo, F.N. Belchior, S.M.M.Lima e Silva // Energies. 2019. No. 12. 68. doi: 10.3390/en12010068
18. IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators. IEEE Std C57.91-2011, 2011. Pp.1-123. doi: 10.1109/IEEESTD.2012.6166928
19. Sahoo B.K. Direct Measurement of Transformer Winding Hot Spot Temperature and its Significance // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. 2017. No. 6(4). Pp. 3109-3115.
20. Jamal R., Alsadiq A., Khalifa K. Thermal Model for Calculating Transformer Hot-Spot Temperature Using IEC Loading Guide. Libyan International Conference on Electrical Engineering and Technologies (LICEET). Tripoli – Libay, 2018. Pp. 286-290.
21. IEC 60076-2. Power Transformers- Part 7: Loading Guide for oil-Immersed; Power Transformers. IEC, 2005.
22. Elmoudi A. Evaluation of power system harmonic effects on transformers. Ph.D. Helsinki University of Technology, 2006.
23. Najdenkoski K., Rafajlovski G., Dimcev V. Thermal Aging of Distribution Transformers According to IEEE and IEC Standards // IEEE Power Engineering Society General Meeting. 2007. doi:10.1109/pes.2007.385642
24. ГОСТ 16110-82. Трансформаторы силовые. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2005. 32 c.
25. Diagnostic Functions of a System for Continuous Monitoring of the Technical Condition of the Transformers of Arc Steelmaking Furnaces / A.S. Karandaev, S. A. Evdokimov, V. R. Khramshin, R. A. Lednov // Metallurgist. 2014. No. 58(7-8). Pp. 655-663. doi: 10.1007/s11015-014-9972-5.
26. System for Real-Time Monitoring of the Technical State of a Transformer on an Ultrahigh-Power Electric-Arc Steelmaking Furnace / Karandaev A.S., Evdokimov S.A., Khramshin V.R., Sarlybaev A.A. // Metallurgist. 2014. No. 58(9-10). Pp. 872-879. doi:10.1007/s11015-015-0010-z
Методика оценки ресурса силового трансформатора по параметрам нагрузки / Г.П. Корнилов, И.Р. Абдулвелеев, А.Б. Логинов, Р.Г. Мугалимов // Электротехнические системы и комплексы. 2024. № 3(64). С. 66-77. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2024-3(64)-66-77