Analysis of methods for monitoring the technical condition of high-voltage electronic measuring transformers

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The objectives of the present study included an analysis of statistical data on the failure causes of highvoltage equipment with a particular focus on current and voltage measuring transformers; a study of factors affecting the technical and functional condition of measuring transformers; a review of available methods for monitoring the technical condition of high-voltage electronic measuring transformers; the development of the basic principles of a stationary system for monitoring the technical capabilities of electronic measuring transformers. A review of available scientific publications and copyright objects on the aforementioned problems was conducted. The results were processed using the principles of systematic approach, as well as induction, deduction, classification and abstraction methods. The existing methods for monitoring the technical condition of high-voltage electronic measuring transformers were analyzed. The influence of various regimes and external factors on the technical and functional state of measuring transformers was investigated. The main principles for developing a stationary system for monitoring the technical condition of electronic measuring transformers were formulated. It was established that the failure of measuring transformers in medium voltage networks accounts for 6% of all failures. In 110 kV and higher-voltage networks, this level reaches 7%. It was found that the majority of accidents is associated with damaged insulation, poor-quality manufacturing and installation of the equipment, the impact of operating parameters and external factors on the technical and functional state of measuring transformers. Based on the considered methods for monitoring the technical condition of high-voltage equipment, a functional scheme of a stationary system for monitoring the technical capabilities of electronic measuring transformers at a digital substation is proposed.

About the authors

S. N. Litvinov

Ivanovo State Power Engineering University

Email: litvinov.sn@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0618-2621

V. D. Lebedev

Ivanovo State Power Engineering University

Email: vd_lebedev@mail.ru

A. V. Gusenkov

Ivanovo State Power Engineering University

Email: avgus@ispu.ru

References

  1. Wang Yu-duo, Dai Xiao-miao. A Ethernet interface solution based on TCP/IP protocol // IEEE 11th International Conference on Signal Processing. 2012. P. 1521–1525. https://doi.org/10.1109/ICoSP.2012.6491863.
  2. Zhijian Qu, Mingguang Liu, Zhiling Jiang, Feng Wu, Jing Liu, Lichao Sun. Study of communication gateway based on IEC61850 Protocol // International Conference on Communication Software and Networks. 2009. P. 659–662. https://doi.org/10.1109/ICCSN.2009.17.
  3. Adamiak M., Baigent D. IEC 61850 Communication networks and systems in substations: an overview for users // The Protection & Control Journal. 2009. P. 61–68.
  4. Чичёв С.И., Калинин В.Ф., Глинкин Е.И. Методология проектирования цифровой подстанции в формате новых технологий. М.: Спектр. 2014. 228 с.
  5. Чичёв С.И., Калинин В.Ф., Глинкин Е.И. Информационно-измерительная система электросетевой компании. М.: Спектр, 2011. 156 с.
  6. Дорофеев И.Н., Серрато А.Э., Чаркин А.В. Реализация системы защиты и управления цифровой подстанции на базе программного комплекса iSAS // Современные направления развития систем релейной защиты и автоматики энергосистем: сб. презентаций участников IV Междунар. науч.-техн. конф. РНК Cigre (г. Екатеринбург, 3–7 июня 2013 г.). Екатеринбург: Российский национальный комитет СИГРЭ, 2013. С. 1–5.
  7. Власов М., Иванов А., Кириллов А., Перегудов С., Сердцев А. АСУ с гибкой динамической архитектурой для цифровых подстанций // Электроэнергия. Передача и распределение. 2012. № 5. С. 92 –96.
  8. Хренников А., Галиев И., Скрыдлов Е. Цифровые трансформаторы тока. Устройства для вычисления силы тока // Новости электротехники. 2015. № 6.. URL: http://www.news.elteh.ru/arh/2015/96/06.php (09.01.2023).
  9. Янин М.А., Канафеев Р.И., Иванов Н.А., Шеметов А.С., Козырев А.В. Текущие результаты опытной эксплуатации электронных ТТ И ТН 500 кВ // Энергоэксперт. 2020. № 1. С. 62–67.
  10. Сержаский В.П., Басмановский М.А. Анализ современного состояния измерительных датчиков тока, их преимущества и недостатки // Modern Science. 2019. № 12-1. С. 613–617.
  11. Грабчак Е.П., Байков И.А., Медведева Е.А., Дунаев П.А. Основные результаты функционирования объектов электроэнергетики в 2016 году. Итоги прохождения ОЗП 2016–2017 годов. Задачи на среднесрочную перспективу. 2017.. URL: https://minenergo.gov.ru/node/6575 (09.01.2023).
  12. Саенко Ю.Л., Попов А.С. Исследование причин повреждения трансформаторов напряжения контроля изоляции // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2011. № 7. С. 59–66.
  13. Богомолов В.С., Зихерман М.Х., Львов Ю.Н., Назаров И.А., Тимашова Л.В., Шлейфман И.Л.. Повреждаемость основного электрооборудования ПС напряжением 110-750 кВ в РФ // Энергия единой сети. 2013. № 2. С. 14–21.
  14. Хренников А.Ю., Мажурин Р.В. Диагностика и мероприятия по снижению аварийности высоковольтных измерительных трансформаторов тока и напряжения в электрических сетях 110-750 кВ // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2013. № 1. С. 52–54.
  15. Нечаев Е.В., Яблоков А.А., Лебедев В.Д. Разработка и исследование резистивного делителя напряжения 6-10 кВ // Наука и инновации в технических университетах: матер. IX Всерос. форума студ., асп. и молодых ученых (г. Санкт-Петербург, 27–30 октября 2015 г.). Санкт-Петербург, 2015. С. 31–33.
  16. Лылов П.В., Лебедев В.Д., Фомичев А.А. Разработка и исследование системы передачи оцифрованных значений токов и напряжений на подстанции // ЭНЕРГИЯ-2016: матер. XI Междунар. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых (г. Иваново, 5–7 апреля 2016 г.). Иваново, 2016. Т. 3. С. 31–33.
  17. Лебедев В.Д., Яблоков А.А., Филатова Г.А., Литвинов С.Н., Панащатенко А.В., Готовкина Е.Е. Исследование характеристик и перспективы использования цифровых трансформаторов тока и напряжения // Электроэнергия. Передача и распределение. 2018. № 2. С. 22–27.
  18. Нечаев Е.В., Шелудько М.В., Яблоков А.А. Исследование характеристик и оптимизация параметров датчика тока цифрового измерительного трансформатора тока // ЭНЕРГИЯ-2017: матер. XII Междунар. науч.-техн. конф. студ., асп. и молодых ученых (г. Иваново, 4–6 апреля 2017 г.). Иваново, 2017. Т. 3. С. 31–33.
  19. Загоскин Р.И., Гук А.А. Опыт эксплуатации систем мониторинга высоковольтного оборудования на объектах ПАО "ФСК ЕЭС" // Энергия единой сети. 2016. № 5. С. 48–54.
  20. Бояршинов Б.С., Хожайнова Г.И. Процессы старения и разрушения электрической изоляции // Экономика и практический менеджмент в России и за рубежом: матер. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Коломна, 15 апреля 2014 г.). Коломна: Коломенский институт, филиал Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ), 2014. С. 225–227.
  21. Бояршинов Б.С., Хожайнова Г.И. Экспериментальная проверка теории старения диэлектрической изоляции Журкова-Дмитревского // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2010. Т. 316. № 2. С. 107–109.
  22. Cesky L., Janicek F., Kubica J., Skudrik F. Overheating of primary and secondary coils of voltage instrument transformers // 18th International Scientific Conference on Electric Power Engineering. 2017. https://doi.org/10.1109/EPE.2017.7967359.
  23. Ахмедова О.О., Грачева М.Н., Кирюхина Е.И. Современное развитие измерительных преобразователей тока для релейной защиты и автоматики в энергетике // Энергои ресурсосбережение: промышленность и транспорт. 2016. № 5. С. 47–51.
  24. Славутский А.Л. Учет остаточной намагниченности в трансформаторе при моделировании переходных процессов // Вестник Чувашского университета. 2015. № 1. С. 122–130.
  25. Евдокунин Г.А., Дмитриев М.В. Моделирование переходных процессов в электрической стали, содержащей трансформаторы при учете конфигурации их магнитной системы // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2009. № 2. С. 37–48.
  26. Андреев Д.В., Столяров А.А., Андреев В.В., Царьков А.В. Исследование необратимых процессов деграда ции подзатворного диэлектрика структур металл-диэлектрик-полупроводник // Необратимые процессы в природе и технике: тр. X Всерос. конф. (г. Москва, 29–31 января 2019 г.). М.: Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана, 2019. С. 114–117.
  27. Raetzke S., Koch M., Anglhuber M. Modern insulation condition assessment for instrument transformers // IEEE International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis (Bali, 23–27 September 2012). Bali: IEEE, 2012. P. 52–55. https://doi.org/10.1109/CMD.2012.6416177.
  28. Wu Yan, Hu Yi-Fan, He Ri, Jiao Chong-Qing. Measurement and analysis of electromagnetic disturbance at the secondary side of electronic voltage transformer due to switching operations via a 6 kv switchgear // IEEE 5th International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 2017. https://doi.org/10.1109/EMC-B.2017.8260347.
  29. Suttner C., Tenbohlen S., Ebbinghaus W. Impact of Rogowski sensors on the EMC performance of medium voltage power substations // IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility. 2015. https://doi.org/10.1109/ISEMC.2015.7256159.
  30. Найденов А.Д. Оптические трансформаторы тока // Вестник науки и образования. 2020. № 8-1. С. 19–23.
  31. Морозов А.Н., Степанов А.А., Малахов С.В., Иванов В.В. Разработка и опытная эксплуатация полностью оптического трехфазного трансформатора напряжения 220 кВ с цифровым выходом // Электрические станции. 2020. № 2. С. 28–36. http://doi.org/10.34831/EP.2020.1063.2.005.
  32. Топольский Д.В., Топольская И.Г. Система автоматизации цифровой подстанции // Наука ЮУрГУ: матер. 71-й науч. конф. (г. Челябинск, 10–12 апреля 2019 г.). Челябинск: ЮУрГУ, 2019. С. 259–265.
  33. Моржин Ю.И., Попов С.Г., Румянцев А.А., Ильин М.Д. Опытный полигон ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС» первая в России «Цифровая подстанция», использующая стандарт IEC 61850. Testing-field of "R&D FGC UES” – “Digital Substation” // Энергия единой сети. 2014. № 3. С. 16–25.
  34. Курьянов В.Н., Кущ Л.Р., Горбунова Н.Р., Бондарев И.В., Цыпик В.В. Цифровые подстанции. Опыт реализации // Наука, образование и культура. 2018. № 3. С. 9–12.
  35. Вершинин Ю.Н. Механизм электронного пробоя твердых диэлектриков (эволюция представлений) // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2003. № 2. С. 152–157.
  36. Зарубин В.С., Савельева И.Ю., Станкевич И.В. Температурное состояние плоского слоя полимерного диэлектрика с зависящей от температуры теплопроводностью // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Естественные науки. 2018. № 4. С. 14–23. https://doi.org/10.18698/1812-3368-2018-4-14-23.
  37. Гефле О.С., Черкашина Е.И. Диагностика предпробивного состояния полимерных диэлектриков по тепловым эффектам // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесур сов. 2005. Т. 308. № 1. С. 54–59.
  38. Собчук Н.В., Слободянюк Е.В. Определение оптимальной величины испытательного напряжения для эффективного контроля изоляции // Научные труды Винницкого национального технического университета. 2016. № 2. С. 70–74.
  39. Саушев А.В., Шерстнев Д.А., Широков Н.В. Анализ методов диагностики аппаратов высокого напряжения // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2017. Т. 9. № 5. С. 1073–1085.
  40. Лисина Л.Ф. Методы испытания и диагностики изоляции высоковольтного оборудования // Вестник Ангарской государственной технической академии. 2014. № 8. С. 61–65.
  41. Сви П.М. Методы и средства диагностики оборудования высокого напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1992. 240 с.
  42. Сви П.М. Контроль изоляции оборудования высокого напряжения. М.: Энергия, 1980. 112 с.
  43. Балобанов Р.Н., Зацаринная Ю.Н. Особенности диагностирования высоковольтного оборудования с элегазовой изоляцией // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 2. № 18. С. 257–258.
  44. Агафонов Г.Е., Бабкин И.В., Берлин Б.Е. Электрические аппараты высокого напряжения с элегазовой изоляцией: монография. СПб.: Энергоатомиздат, 2002. 728 с.
  45. Khalyasmaa A., Stepanova A., Eroshenko S., Bolgov V., Duc Chung T. The application of partial discharge monitoring system for instrument transformers: special issues // 21st International Symposium on Electrical Apparatus & Technologies. 2020. https://doi.org/10.1109/SIELA49118.2020.9167108.
  46. Кучинский Г.С. Частичные разряды в высоковольтных конструкциях. Л.: Энергия, 1979. 224 с.
  47. Овсянников А.Г., Марюшко Е.А. Разработка рекомендаций по проведению оперативной диагностики частичных разрядов в комплектных элегазовых распределительных устройствах // Электроэнергетика глазами молодежи: тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. (г. Иваново, 9–13 ноября 2015 г.). Иваново, 2015. Т. 1. С. 536–539.
  48. Гусенков А.В., Лебедев В.Д., Литвинов С.Н., Словесный С.А., Яблоков А.А. Экспериментальное определение частичных разрядов в макете цифрового измерительного трансформатора дифференциальным методом // Вестник ИГЭУ. 2019. Вып. 2. С. 32–42.
  49. Bartnikas R. Partial discharges. Their mechanism, detection and measurement // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2002. Vol. 9. Iss. 5. P. 763–808. https://doi.org/10.1109/TDEI.2002.1038663.
  50. Robalino Vanegas D.M., Mahajan S.M. Effects of thermal accelerated ageing on a medium voltage oil-immersed current transformer // Conference Record of the 2008 IEEE International Symposium on Electrical Insulation (Vancouver, 9 – 12 June 2008). Vancouver: IEEE, 2008. P. 470–473. https://doi.org/10.1109/ELINSL.2008.4570375.
  51. Gupta B.K., Densley J., Narang A. Diagnostic practices used for instrument transformers // Conference Record of the 2008 IEEE International Symposium on Electrical Insulation (Vancouver, 9–12 June 2008). Vancouver: IEEE, 2008. P. 239–242. https://doi.org/10.1109/ELINSL.2008.4570319.
  52. Ruijin Liao, Chao Tang, Lijun Yang, Huanchao Chen. Thermal aging studies on cellulose insulation paper of power transformer using AFM // IEEE 8th International Conference on Properties & Applications of Dielectric Materials (Bali, 26–30 June 2006). Bali: IEEE, 2006. P. 722–725. https://doi.org/10.1109/ICPADM.2006.284279.
  53. Елтышев Д.К., Хорошев Н.И. Диагностика силового маслонаполненного трансформаторного оборудования тепловых электростанций // Теплоэнергетика. 2016. № 8. С. 32–40.
  54. Korenciak D., Sebok M., Gutten M. Thermal measurement and its application for diagnostics of distribution oil transformers // Энергетика. Известия высших учебных и энергетических объединений СНГ. 2019. Т. 62. № 6. С. 583 – 594. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-583-594.
  55. Dan-yi Chi, Fucun Huang, Dong-peng Sui, Li-na Geng, Dan Zhao. The analysis of overheat failure for 220 kV voltage transformer with live detection // The Journal of Engineering. 2019. Vol. 2019. Iss. 16. P. 2058 –2059. https://doi.org/https://doi.org/10.1049/joe.2018.8825.
  56. Ciric R.M., Milkov M. Application of thermal imaging in assessment of equipment in power plants // Monitoring Expertise and Safety Engineering. 2014. Vol. 4. Iss. 2. P. 1–9.
  57. Litvinov S., Lebedev V., Smirnov N., Tyutikov V., Shuvalov S. Thermal and aerodynamic tests of a digital combined current and voltage transformer // 22nd International Conference on Innovative Manufacturing Engineering and Energy IManE&E: MATEC Web Conference. 2018. Vol. 178. https://doi.org/10.1051/matecconf/201817809006.
  58. Litvinov S., Lebedev V., Smirnov N., Tyutikov V., Makhsumov I. Physical simulation of heat exchange between 6(10) kV voltage instrument transformer and its environment with natural convection and insolation // Heat and Mass Transfer in the Thermal Control System of Technical and Technological Energy Equipment: MATEC Web Conference. Tomsk . 2018. Vol. 194. https://doi.org/10.1051/matecconf/201819401035.
  59. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А. О восстановлении периодической составляющей первичного тока трансформатора тока в переходном режиме // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2011. № 3. С. 29–31.
  60. Сивков А.С., Щеглов Л.В., Ведерников Г.А., Петрова О.В. Дополнительные параметры трансформаторов тока для обеспечения надежной работы сети // Энергоэксперт. 2018. № 3. С. 44–47.
  61. Кужеков С.Л., Дегтярев А.А., Дони Н.А., Шурупов А.А., Петров А.А., Костарев Л.Н.. Анализ неселективных действий дифференциальных защит сборных шин при внешних однофазных коротких замыканиях с насыщением трансформатора тока в неповрежденной фазе // Релейная защита. 2019. № 1. С. 28 –36.
  62. Воробьев В.С. О неправильной работе устройств РЗА в переходных режимах при насыщении трансформаторов тока // Заседание некоммерческого партнерства «Научно-технический совет единой энергетической системы» (г. Москва, 11 сентября 2015 г.). М., 2015. С. 12–43.
  63. Дони Н.А. Возможность неселективного действия быстродействующих дистанционных защит при внешних повреждениях с большими токами КЗ // Релейщик. 2015. № 4. С. 30–33.
  64. Рыбалкин А.Д., Шурупов А.А., Ермолкин И.А. Прогнозирование тока короткого замыкания при насыщении магнитопровода трансформатора тока // Цифровая электротехника: проблемы и достижения: сб. науч. ст. Чебоксары: СРЗАУ, 2012. Вып. I. 120 с.
  65. Одинаев И.Н., Мурзин П.В., Паздерин А.В., Тащилин В.А., Шукало А. Анализ математических мет одов снижения погрешности трансформатора тока в режиме насыщения // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 2. С. 11–18. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2020-2(47)-11-18.
  66. Дони Н.А., Иванов И.Ю., Иванова В.Р. Моделирование дифференциальной защиты линий электропередачи, работающей на базе векторных значений токов // Релейная защита и автоматизация. 2014. № 1. С. 14 –17.
  67. Лямец Ю.Я., Романов Ю.В., Широкин М.Ю. Быстрое оценивание периодической составляющей тока короткого замыкания // Электричество. 2012. № 4. С. 9–13.
  68. Яблоков А.А., Евдаков А.Е., Готовкина Е.Е. Экспериментальное исследование алгоритма мониторинга насыщения и остаточной намагниченности магнитопровода трансформатора тока // Состояние и перспективы развития электрои теплотехнологии (Бенардосовские чтения): матер. Междунар. (ХХ Всероссийской) науч.-техн. конф. (г. Иваново, 29–31 мая 2019 г.). Иваново: Ивановский государственный энергетический университет и м. В.И. Ленина, 2019. С. 307–309.
  69. Пат. 2674580, Российская Федерация, G01R 33/12 (2006.01). Способ определения насыщения магнитопровода трансформатора тока / В.Д. Лебедев, А.Е. Евдаков, С.Н. Литвинов, А.В. Гусенков; заявитель и патентообладатель Ивановский государственный энергетический университет. Заявл. 27.12.2017; опубл. 11.12.2018. Бюл. № 35.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).