Методы обнаружения витковых замыканий в силовых и измерительных трансформаторах напряжения

Список сокращений и условных обозначений…………………………….. 5
Введение……………………………………………………………………….. 6
1 Теоретические основы возникновения витковых замыканий в силовых и измерительных трансформаторах на напряжения 6-10/0,4 кВ…………
8
1.1 Анализ факторов, влияющих на возникновение
витковых замыканий в трансформаторах 6–10/0,4 кВ………………..
8
1.2 Анализ факторов, указывающих на развитие
витковых замыканий в обмотках трансформаторов 6–10/0,4 кВ……..
14
1.3 Постановка проблемы обнаружения витковых замыканий в силовых и измерительных трансформаторах…………………………..
19
2 Методы обнаружения витковых замыканий в силовых и измерительных трансформаторах на напряжения 6-10/0,4 кВ……………..
22
2.1 Анализ существующих методик обнаружения витковых замыканий на основе определения индуктивного сопротивления обмоток трансформатора ……………………………………………….

22
2.2 Метод выявления витковых КЗ с помощью датчиков магнитного поля………………………………………………………….
31
2.3 Использование импульсного воздействия на обмотку…………… 35
2.4 Нейросетевой подход к обнаружению витковых замыканий в силовых и измерительных трансформаторах…………………………..
37
2.5 Выводы по второй главе и постановка задач исследования……… 42
3 Математическое моделирование параметров обмоток трансформаторов при возникновении витковых замыканий……………………………………
44
3.1 Разработка математической модели определения конструктивных параметров обмоток и режимных параметров трансформаторов на напряжения 6–10/0,4 кВ при возникновении витковых замыканий …………………………………………………….

44

3.2 Анализ изменения токов и напряжений при возникновении витковых замыканий……………………………………………………..

60
3.3 Разработка метода определения тока небаланса
обратной последовательности в схемах дифференциальной защиты силовых трансформаторов 6–10/0,4 кВ………………………………

68
3.4 Выводы по третьей главе…………………………………………… 75
4 Разработка технических решений по выявлению витковых замыканий в обмотках трансформаторов 6–10/0,4 кВ…………………………………….
77
4.1 Разработка устройств мониторинга силовых трансформаторов…. 78
4.2 Разработка технических мероприятий, снижающих ток небаланса обратной последовательности………………………………
86
4.3 Выбор оборудования устройства мониторинга
силовых трансформаторов 6–10/0,4 кВ…………………………………
93
4.4 Выбор параметров настройки устройства мониторинга силового трансформатора…………………………………………………………
100
4.5 Выводы по четвертой главе………………………………………… 104
5 Оценка экономической эффективности и практическая реализация результатов работы……………………………………………………………
105
5.1 Определение ущерба от витковых замыканий в обмотках,
сопровождающихся отказами трансформаторов 6–10/0,4 кВ………..
106
5.2 Оценка экономической эффективности устройства мониторинга силовых трансформаторов………………………………………………
112
5.3 Разработка рекомендаций по использованию устройства………… 115
5.4 Порядок действия персонала при прохождении на диспетчерский пункт сигнала о возникновении виткового замыкания в обмотках……………………………………………………

119
5.5 Выводы по пятой главе………………………………………………. 121
Заключение……………………………………………………………………. 122
Список использованных источников………………………………………… 124

1. Александров А. М. Дифференциальные защиты трансформаторов :
учеб. пособие. СПб. : ПЭИПК, 2011. 223 с.
2. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М. : Высш. шк., 2006. 639 с.
3. Базуткин В. В., Ларионов В. П., Пинталь Ю. С. Техника высоких
напряжений: Изоляция и перенапряжения в электрических системах. 3-е изд., перераб. и доп. М. : Энергоатомиздат, 1986. 464 с.
4. Барзилович В. М. Высоковольтные трансформаторы тока. М. ; Л. : Госэнергоиздат, 1962. 248 с., ил.
5. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. М. : Высш. шк., 1996. 580 с.
6. Богдан В. А. Повышение эффективности защит сети 0,4 кВ при однофазных замыканиях : дис. … канд. техн. наук. Новочеркасск, 2000. 167 с.
7. Богдан В. А., Подгорный Э. В. Определение сопротивления нулевой
последовательности трансформаторов со схемой соединения Y/Y-0 // Известия вузов. Сер. : Электромеханика. 1999. № 1. С. 60–61.
8. Богуцкий А., Гамма А. З., Жежеленко И. В. Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация. Гливине ; Иркутск, 1988. 249 с.
9. Будзко И. А., Лещинская Т. Б., Сукманов В. И. Электроснабжение
сельского хозяйства. М. : Колос, 2000. 535 с.
10. Бурдун Г. Д., Марков Б. Н. Основы метрологии : учеб. пособие. Изд. 2-е, доп. М. : Изд-во стандартов, 1975. 336 с.
11. Быстрицкий Г. Ф., Кудрин Б. И. Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов. М. : Изд. центр «Академия», 2003. 176 с.
12. Васютинский С. Б. Вопросы теории и расчета трансформаторов. Л. :
Энергия, 1970. 432 с.
13. Веников В. А., Идельчик В. И., Лисеев М. С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах. М. : Энергоатомиздат, 1985. 216 с., ил.
14. Вольдек А. И. Электрические машины. М. : Энергия, 1974. 840 с.
15. Выгодский М. Я. Справочник по высшей математике. М. : Астрель ;
АСТ, 2006. 991 с.
16. Гаген А. Ф. Устройство защиты трансформаторов от витковых замыканий // Известия вузов. Сер. : Электромеханика. 1978. № 9. С. 1015–1016.
17. Гаген А. Ф., Горбенко В. И. К анализу процессов нагрева в замкнутом витке обмотки трансформатора // Известия вузов СССР. Сер. : Электромеханика. 1980. № 9. С. 911–914.
18. Галанов В. П., Галанов В. В. О влиянии нелинейных и несимметричных нагрузок на качество электрической энергии // Промышленная энергетика. 2001. № 3. С. 46–49.
19. Гармоники в электрических системах / пер. с англ. ; Дж. Аррилага
[и др.]. М. : Энергоатомиздат, 1990. 320 с., ил.
20. Гельфанд Я. С. Релейная защита распределительных сетей. М. : Энергоатомиздат, 1987. 368 с.
21. Головкин П. И. Энергосистема и потребители электрической энергии. М. : Энергия, 1979. 368 с., ил.
22. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электроэнергии. М. : ИПК Изд-во
стандартов, 1998.
23. ГОСТ 18685-73. Трансформаторы тока и напряжения. Термины и определения. М. : Стандартинформ, 2005.
24. ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках. Методы
расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ.
25. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
26. ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30:2008). Электрическая энергия.
Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии.
27. ГОСТ 3484.1-88. Трансформаторы силовые. Методы электромагнитных испытаний.
28. ГОСТ 8.217-2003. Трансформаторы тока. Методика поверки. М. : ИПК Изд-во стандартов, 2003.
29. ГОСТ Р 51317.3.12-2006. Ограничение гармонических составляющих тока, создаваемых техническими средствами. М.: Стандартинформ, 2007.
30. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.
31. Гусарова Е. В. Экономика предприятий электрических сетей. Харьков: Изд-во ДВГУПС, 2000.
32. Гуревич В. И. Проблемы оценки надежности релейной защиты // Электротехнические комплексы и системы управления. 2010. № 3. С. 31–35.
33. Дзевенцкий А. Я., Ибрагимов К. Х., Хашимов Ф. А. Многовариантное решение задач анализа, прогнозирования и нормирования электропотребления на промышленных предприятиях, выпускающих разнородную продукцию // Промышленная энергетика. 2005. № 5. С. 32–36.
34. Дьяконов В. П., Пеньков А. А. MATLAB и Simulink в электроэнергетике : справочник. М. : Горячая линия-Телеком, 2009. 816 с.,
35. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения
промпредприятий. 4-е изд., перераб. и доп. М. : Энергоатомиздат, 2000. 331 с.
36. Жежеленко И. В., Сорокин В. М. Высшие гармоники в электрических сетях // Электричество. 1974. № 11. С. 23–28.
37. Забродин Ю. С. Промышленная электроника. М. : Высш. шк., 1982.
489 с.
38. Загорский Я. Т., Комкова Е. В. Погрешности измерений электроэнергии при влиянии внешних величин и параметров контролируемых присоединений // Метрологическое обеспечение электрических измерений в электроэнергетике: матер. семинара. М. : Изд-во НЦ ЭНАС, 2000.
39. Засыпкин А. С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 240 с.
40. Иванова З. Г., Ахметшин Р. А., Макарова Н. Л. Анализ причин отказов трансформаторов 10/0,4 кВ за 10 лет // Актуальные проблемы энергетики АПК: матер. междунар. науч.-практ. конференции. Саратов : ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2012. 320 с.
41. Идрис И., Жексембиева Н. С. Дефекты силовых трансформаторов
// Актуальные проблемы энергетики АПК : матер. междунар. науч.-практ. конференции. Саратов : ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2010. 408 с.
42. Каганович Е. А. Испытание трансформаторов малой и средней мощности на напряжение до 35 кВ включительно. М. : Энергия, 1977. 296 с.
43. Казанский В. Е. Измерительные преобразователи тока в релейной защите. М. : Энергоатомиздат, 1988. 240 с., ил.
44. Калантаров П. Л., Нейман Л. Р. Теоретические основы электротехники. М.: ГОСЭНЕРГОИЗДАТ, 1951. 454 с., ил.
45. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей : справ. книга. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 488 с.
46. Калявин В. П., Рыбаков Л. М. Диагностирование оборудования систем электроснабжения. Йошкар-Ола : Мар. кн. изд-во, 1994. 196 с.
47. Калявин В. П., Рыбаков Л. М. Надежность и диагностика элементов
электроустановок : учеб. пособие. СПб. : Элмор, 2009. 336 с.
48. Карапетян И. Г. Справочник по проектированию электрических сетей. М.: НЦ ЭНАС, 2006. 320 с.
49. Карпов Ф. Ф., Солдаткина Л. А. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий / под ред. Н. А. Мельникова. М. : Энергия, 1970. 214 с., ил.

50. Концепция развития электрификации сельского хозяйства России. М.: ВИЭСХ, 2001. 37 с.
51. Костенко М. П., Пиотровский Л. М. Электрические машины : в 2 ч.
Ч. 1. : Машины постоянного тока. Трансформаторы. Л. : Энергия, 1972. 544 с.
52. Лещинская Т. Б., Наумов И. В. Электроснабжение сельского хозяйства: учебник. М. : БИБКОМ : ТРАНСЛОГ, 2015. 657 с.
53. Лизунова С. Д., Лоханина А. К. Силовые трансформаторы : справ. книга. М.: Энергоиздат, 2004. 616 с.
54. Макарова Н. Л. Разработка метода и технических средств диагностики изоляции силовых трансформаторов сельских электрических сетей: дис. канд. техн. наук. Йошкар-Ола, 2012. 227 с.
55. Масленников Г. К., Западнов В. А., Суднова В. В. Качество электрической энергии в городских сетях // Промышленная энергетика. 2000. № 8. С. 42–44.
56. Методика определения потребности в средствах электроснабжения для социального развития села. М. : ФГНУ НПЦ «Гипронисельхоз», 2003. 55 с.
57. Методика энергетического мониторинга сельскохозяйственных объектов, выявление резерва и потенциала экономии топливно-энергетических ресурсов. М. : ФГНУ «Росинформагротех», 2001.
58. Методические рекомендации по техническому обслуживанию и ремонту оборудования и линейных сооружений коммунальных распределительных электрических сетей. М. : Энергоатомиздат, 1996. Вып. 1. 47 с.
59. Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения / Министерство энергетики РФ. М.: ЗАО «Энергосервис», 2003.
60. Микропроцессорное устройство защиты «Сириус-Т». Руководство по эксплуатации. М.: ЗАО «РАДИУС Автоматика», 2010.

61. Наумов И. В., Ланин А. В., Николаенко Е. В. Оценка числа отказов
в сельских распределительных электрических сетях напряжением 10 кВ // Вестник ИрГСХА. 2014. № 64. С. 86–92.
62. Область допустимых несимметричных нормальных режимов в системах электроснабжения / С. И. Гамазин, Т. В. Анчарова, М. В. Былкин, С. А. Цырук // Промышленная энергетика. 2000. № 5. С. 14–17.
63. Овчаренко Н.И. Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распределительных электрических сетей, М.: НТФ “Энергопресс”, “Энергетик”, 1999. 264 с.
64. О повреждении силовых трансформаторов напряжением 110–500 кВ в эксплуатации / Б. В. Ванин [и др.] // Электрические станции. 2001. № 9.
С. 53–58.
65. Оценка режимов напряжения городской электрической сети
/ В. В. Суднова, В. В. Мельников, В. В. Смирнов, Е. В. Чикина // Промышленная энергетика. 2002. № 1. С. 33–36.
66. Пат. 162784 Российская Федерация, МПК H02H7/04. Устройство мониторинга силовых трансформаторов 6–10/0,4 кВ / С. К. Шерьязов, А. В. Пятков, С. К. Митрофанов ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ. № 2015123248/07 ; заявл.16.06.2015 ; опубл. 27.06.2016., Бюл. № 18.
67. Пат. 2137277 Российская Федерация, МПК МПК H02H3/347, H02H3/34. Устройство для дифференциального фильтра токов обратной последовательности (I2) трехфазной электрической установки / С. М. Шинкаренко, А. С. Шинкаренко ; заявитель ОАО «Мосэнерго», патентообладатель С. М. Шинкаренко, А. С. Шинкаренко. № 98100597/09 ; заявл. 08.01.1998 ; опубл. 10.09.1999.
68. Пат. 2242830 Российская Федерация, МПК H02H7/04, H02H6/00.
Устройство для мониторинга силовых трансформаторов / А. Н. Рассальский ; заявитель и патентообладатель А. Н. Рассальский. № 2003120735/28 ; заявл.
10.07.2003; опубл. 20.12.2004., Бюл. № 35.
69. Петров Г. Н. Трансформаторы. Т. 1. : Основы теории. М : ОНТИ НКТП, 1934. 445 с.
70. Петрова М. В., Щербаков Е. Ф., Петров В. М. К вопросу о совместном электроснабжении коммунальной и промышленной нагрузки // Промышленная энергетика. 2000. № 4. С. 56–58.
71. Правила устройства электроустановок. 7-е изд. М., 2004.
72. Преобразователь измерительный многофункциональный ЭНИП-2. Руководство по эксплуатации. Архангельск, 2016. 158 с.
73. Приборы для измерения электрических величин и показателей качества электрической энергии «Энергомонитор-3.3». Т. 1. : Руководство пользователя. 2012. 120 с.
74. Прищеп Л. Г. Пособие для сельского электрика : учебник. 3-е изд.,
испр. и доп. М. : Колос, 1969. 584 с., ил.
75. Проблемы установления размера ответственности за ухудшение качества электрической энергии и пути их решения / В. С. Соколов [и др.] // Промышленная энергетика. 2000. № 8. С. 52–55.
76. Прогнозирование уровня надёжности сельских распределительных сетей напряжением 10 кВ / И. В. Наумов, Я. М. Иванько, А. В. Ланин, А. В. Мищенко // Ползуновский вестник. 2014. № 4–1. С. 151–156.
77. Прузнер С. Л., Златопольский А. Н., Некрасов А. М. Экономика энергетики СССР : учебник для энерг. спец. вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1984. 424 с., ил.
78. Пул Ч. Справочное руководство по физике. Фундаментальные концепции, основные уравнения и формулы / пер. с англ. М. : Мир, 2001. 461 с.
79. Пястолов А. А., Райхлин И. М. Ремонт трансформаторов 1-го и 2-го габаритов. М.: Энергия, 1977. 120 с.
80. Пятков А. В. Устройство определения витковых замыканий в обмотках силового трансформатора с переключением без возбуждения // Материалы междунар. науч.-техн. конф. «Энергетика – агропромышленному комплексу России». Челябинск : ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ, 2017. С. 156–160.
81. Раскулов Т. М. Методика расчета погрешности трансформаторов тока при несинусоидальном токе нагрузки // Известия вузов. Сер. : Энергетика. 1983. № 1. С. 15–19.
82. Расчет экономической эффективности новой техники : справочник
/ под ред. К. М. Великанова. Л. : Машиностроение, 1993. 430 с.
83. РД 153-34.0-35.648-01. Рекомендации по модернизации, реконструкции и замене длительно эксплуатирующихся устройств релейной защиты и электроавтоматики энергосистем. 2001.
84. РД 153-34.3-35.613-00. Правила технического обслуживания устройств релейной защиты и электроавтоматики электрических сетей 0,4–35 кВ. М. : ОРГРЭС. 2000.
85. РД 34.11.333-97. Типовая методика выполнения измерений. Утверждена РАО «ЕЭС России», вице-президент О. А. Никитин. 15.05.97.
86. РД 34.20.561-92. Типовая инструкция по предотвращению и ликвидации аварий в электрической части энергосистем. М. : СПО ОРГРЭС. 51 с.
87. Рекомендации по выбору уставок устройства защиты двухобмоточного трансформатора «Сириус-Т». М. : ЗАО «РАДИУС Автоматика», 2010.
88. Рекомендации по экономической оценке ущербов, наносимых сельскохозяйственному производству отказами электрооборудования. М. : ВИЭСХ, 1987. 67 с.
89. Руководство пользователя. Программный комплекс ARIS SCADA. Екатеринбург, 2014. 191 с.
90. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13 Б. : Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110–500 кВ. Расчеты. М. : Энергоатомиздат, 1985.

91. Рыбаков Л. М. Методы и средства обеспечения работоспособности
электрических распределительных сетей 10 кВ. М. : Энергоатомиздат, 2004. 421 с.
92. Рыбаков Л. М., Сошников А. Е., Соловьев Д. Г. Анализ причин аварийных отключений в распределительных сетях 10–35 кВ // Электрика. 2001. № 3. С. 16–20.
93. Рыбаков Л. М., Столяров С. В., Наумов Е. Н. Техническое состояние сетей 10 кВ // Электрика. 2002. № 2. С. 19–21.
94. Рыбаков Л. М., Шумелева Е. С., Соловьев Д. Г. Анализ повреждений распределительных сетей 10 кВ // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2003. № 1. С. 25–27.
95. Савицкая Г. В. Экономический анализ : учебник. 8-е изд., перераб. М.: Новое знание, 2003. 640 с. (Экономическое образование.)
96. Сборник методических пособий по контролю состояния электрооборудования / под ред. Ф. Л. Когана. М. : АО «Фирма ОРГРЭС», 1998. 493 с.
97. Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М. : СОЛОН-Р, 2001. 327 с.
98. Сидоренков В. А. Повышение точности учета электрической энергии в системе электроснабжения сельскохозяйственных потребителей с нелинейной нагрузкой : дис. … канд. техн. наук. Челябинск, 2013. 157 с.
99. СО 153-34.20.501-2003. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации. М.: Энергоатомиздат, 2004. 264 с.
100. СО 34.35.654. Методические указания по наладке и проверке дифференциальной защиты ДЗТ-21, ДЗТ-23. М. : СПО Союзтехэнерго, 1981. 44 с.