probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2021-23-1-46-58probener-1757Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGРазработка метода определения витковых замыканий в обмотке трёхфазного трансформатораDevelopment of a turn-to-turn fault detection method in the three-phase transformer's windingМустафинР. Г.MustafinR. G.

Мустафин Рамиль Гамилович – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

г. Казань

Ramil' G. Mustafin

Kazan

ramil.mustafin@gmail.comПисковацкийЮ. В.PiskovatskyYu. V.

Писковацкий Юрий Валерьевич – канд. техн. наук, доцент кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

г. Казань

Yuriy V. Piskovatskiy

Kazan

СиразутдиновФ. Р.SirazutdinovF. R.

Сиразутдинов Фарит Рамилевич – аспирант, ассистент кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

г. Казань

Farit R. Sirazutdinov

Kazan

ГубаевД. Ф.GubaevD. F.

Губаев Дамир Фатыхович – канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

г. Казань

Damir F. Gubayev

Kazan

ГавриленкоА. Н.GavrilenkoA. N.

Гавриленко Андрей Николаевич – канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

г. Казань

Andrey N. Gavrilenko

Kazan

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation2021130520212314658Copyright © Мустафин Р.Г., Писковацкий Ю.В., Сиразутдинов Ф.Р., Губаев Д.Ф., Гавриленко А.Н., 20212021Мустафин Р.Г., Писковацкий Ю.В., Сиразутдинов Ф.Р., Губаев Д.Ф., Гавриленко А.Н.Mustafin R.G., Piskovatsky Y.V., Sirazutdinov F.R., Gubaev D.F., Gavrilenko A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1757

ЦЕЛЬ. Выявить закономерности влияния витковых замыканий на параметры трёхфазного трансформатора сети в режиме отключенного трансформатора с подачей контрольных напряжений и токов от постороннего источника, в линейном режиме работы трансформатора. МЕТОДЫ. Для достижения цели проводились экспериментальные исследования на силовом трансформаторе Trihal напряжением 20/0,4 кВ с искусственно созданным витковым замыканием, выполнялось математическое моделирование и расчеты параметров магнитной системы трехфазного трансформатора. РЕЗУЛЬТАТЫ. Были выполнены экспериментальные измерения напряжения холостого хода на стороне высокого напряжения силового трансформатора с подачей трехфазного напряжения прямой последовательности на сторону низкого напряжения трансформатора. Аналогичные измерения проведены с приложением трехфазного тока нулевой последовательности. Исследовано влияние виткового замыкания на магнитную систему трехфазного трансформатора с приложением напряжений и токов нулевой и прямой последовательностей. Разработана математическая модель магнитной системы трёхфазного трансформатора, позволяющая определить изменение параметров обмоток трансформатора и установить взаимосвязь между первичными и вторичными напряжениями и токами в условиях возникновения виткового замыкания. Параметры магнитной системы трехфазного трансформатора были вычислены по результатам экспериментальных измерений. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложен эффективный метод обнаружения витковых замыканий по измерениям с подачей токов нулевой последовательности. Разработана упрощенная модель магнитной системы трёхфазного трансформатора, которая позволяет качественно оценить изменение его параметров при возникновении виткового замыкания. Предложена модель виткового замыкания, которая может использоваться для изучения влияния витковых замыканий на магнитную систему трансформатора.

THE PURPOSE. Reveal the regularities of turn-to-turn faults influence on to parameters of a three-phase network transformer in the disconnected transformer mode with the supply of control voltages and currents from an external source in the transformer linear operation. METHODS. To achieve the purpose, experimental studies were carried out on the power transformer (Trihal with a voltage of 20 / 0.4 kV) with an artificially created turn-to-turn fault, mathematical modeling and calculations of the three-phase transformer magnetic system parameters. RESULTS. Experimental measurements of the open circuit voltage were performed on the power transformer high voltage side by applying a three-phase positive sequence voltage to the transformer low voltage side. Similar measurements were carried out using a three-phase zero sequence current. The influence of the turn-to-turn fault on the magnetic system of the three-phase transformer with the application of voltages and currents of zero and direct sequences is investigated. A mathematical model of three-phase transformer magnetic system has been developed, which makes it possible to determine the change in the parameters of the transformer windings and to establish the relationship between the primary and secondary voltages and currents in conditions of the occurrence of а turn-to-turn fault. The parameters of the three-phase transformer magnetic system were calculated from the results of experimental measurements. CONCLUSION. An effective method for detecting turn-to-turn faults by measurements with the supply of zero sequence currents is proposed. A simplified model of the three-phase transformer magnetic system has been developed. This model allows us to qualitatively evaluate the changes in the transformer parameters when a turn-to-turn fault occurs. A model of turn-to-turn fault is proposed, which can be used to study the effect of turnto- turn fault on the transformer magnetic system.

силовые трансформаторывитковые замыканиястарение изоляциимоделированиеpower transformersturn-to-turn faultsinsulation agingmodelingReferencesЛьвов М.Ю. Анализ повреждаемости силовых трансформаторов напряжением 110 кВ и выше // Электричество. 2010. № 2. С. 27-31.Lvov MYu. Analiz povrezhdayemosti silovykh transformatorov napryazheniyem 110 kV i vyshe. Elektrichestvo. 2010; 2:27-31.Рубцов А.В., Лукьянов М.М. Анализ отказов силовых трансформаторов распределительных сетей // Электробезопасность. 2014. № 1. С. 19-32.Rubtsov AV, Lukyanov MM. Analysis of failure of power distribution transformers. Elektrobezopasnost. 2014;1:19-32.Zacharias D., Gokaraju R. Prototype of a Negative-Sequence Turn-to-Turn FaultDetection Scheme for Transformers // IEEE Transactions on power delivery. 2016. V. 31. N 1. pp. 122-129.Zacharias D, Gokaraju R. Prototype of a Negative-Sequence Turn-to-Turn Fault Detection Scheme for Transformers. IEEE Transactions on power delivery. 2016;31(1):122-9. doi: 10.1109/TPWRD.2015.2483524.Oliveira Luís M. R., Marques Cardoso A. J. Comparing Power Transformer Turn-to- Turn Faults Protection Methods: Negative Sequence Component Versus Space Vector Algorithms // IEEE Transactions on Industry Applications. 2017. V. 53. I. 3. pp. 2817-2825.Oliveira Luís MR, Marques Cardoso AJ. Comparing Power Transformer Turn-to-Turn Faults Protection Methods: Negative Sequence Component Versus Space Vector Algorithms. IEEE Transactions on Industry Applications. 2017;53(3):2817-25. doi: 10.1109/TIA.2016.2613506.Новожилов А.Н., Горюнов В.Н., Новожилов Т.А. Защита однофазного трансформатора от витковых замыканий в обмотках на встроенных магнитных трансформаторах // Электротехника. 2018. №2. С. 59-63.Novozhilov AN, Goryunov VN, Novozhilov TA. Protection of a single-phase transformer from interwinding failure in windings of integral magnetic transformers. Russian Electrical Engineering. 2018;89(2):118-121. doi: 10.3103/S1068371218020128.Климова Т.Г., Смирнов В.С. Моделирование витковых замыканий в обмотках силового трансформатора в программном комплексе Matlab/Simulink // Электроэнергия. Передача и распределение. 2019. №4(55). С. 98-105.Klimova TG, Smirnov VS. Turn fault modelling in the windings of a power transformer in the Matlab/ Simulink software package. Elektroenergiya. Peredacha i raspredeleniye. 2019; 55(4):98-105.Атнишкин А. Б., Широкин М. Ю. Моделирование витковых замыканий в обмотках силового трансформатора // Труды VII международной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодёжи"; 19–23 сентября 2016 г., Казань. Казань: КГЭУ, 2016. Т 1. С. 293-294.Aleksandr Atnishkin, Maksim Shirokin. Turn-to-turn faults modelling in the windings of power transformer. Trudy 7 mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Elektroenergetika glazami molodozhi»;19–23 sentyabrya 2016 g., Kazan'. Kazan': KGEU, 2016;1:293-294.Бартли У. Обзор повреждений трансформаторов // Энергетика и менеджмент. 2011. № 1(58). С. 40-45.Bartli U. Obzor povrezhdeniy transformatorov. Energetika i menedzhment. 2011; 58(1):40-45.Хренников А.Ю., Рубцов А.В., Передельский В.А., Сафонов А.А., Якимов В.А. О повреждениях обмоток силовых трансформаторов и диагностике их геометрии методом низковольтных импульсов // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2004. № 5. С. 13-18.Khrennikov AYU, Rubtsov AV, Peredel'skiy VA, et al. O povrezhdeniyakh obmotok silovykh transformatorov i diagnostike ikh geometrii metodom nizkovol'tnykh impul'sov. Elektro. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost'. 2004;5:13-18.Атнишкин А.Б. Адаптивные модификации алгоритма дифференциальной защиты трансформатора. Дис. … канд. техн. наук. Чебоксары; 2019.Atnishkin A.B. Adaptivnyye modifikatsii algoritma differentsial'noy zashchity transformatora. Dis. kand. tekhn. nauk. Cheboksary;2019.Martinez J.A., Mork B. A. Transformer modeling for low and mid-frequency transients – a review // IEEE Trans. Power Del. 2005. V. 20, N 2. pp. 1625-1632.Martinez JA, Mork BA. Transformer modeling for low and mid-frequency transients – a review. IEEE Trans. Power Del. 2005;20(2):1625-32. doi: 10.1109/TPWRD.2004.833884.Кружаев А.В., Елагин И.А., Павлейно М.А. и др. Компьютерное моделирование и экспериментальное исследование переходных процессов в однофазном трансформаторе напряжения // Журнал технической физики. 2015. №2. С. 31-38.Kruzhayev AV, Yelagin IA, Pavleyno MA, et al. Komp'yuternoye modelirovaniye i eksperimental'noye issledovaniye perekhodnykh protsessov v odnofaznom transformatore napryazheniya. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki. 2015;2:31-38.Mejia-Barron A., Valtierra-Rodriguez M., Granados-Lieberman D. at al. The application of EMD-based methods for diagnosis of winding faults in a transformer using transient and steady state currents // Measurement. 2018. V. 117. pp. 371-379.Mejia-Barron A, Valtierra-Rodriguez M, Granados-Lieberman D. at al. The application of EMD-based methods for diagnosis of winding faults in a transformer using transient and steady state currents. Measurement. 2018;117:371-9. doi: 10.1016/j.measurement.2017.12.003.Ramesh K., Sushama M. Inter-turn fault detection in power transformer using wavelets // International journal of emerging trends in electrical and electronics. 2014. V. 10, I. 10.Ramesh K, Sushama M. Inter-turn fault detection in power transformer using wavelets. International journal of emerging trends in electrical and electronics. 2014;10(10):1-5.Guillen D., Olivares-Galvan J.C., Escarela-Perez R. at al. Diagnosis of interturn faults of single-distribution transformers under controlled conditions during energization // Measurement. 2019. V. 141. pp. 24-36.Guillen D, Olivares-Galvan JC, Escarela-Perez R, at al. Diagnosis of interturn faults of single-distribution transformers under controlled conditions during energization. Measurement. 2019;141:24-36. doi: 10.1016/j.measurement.2019.03.044.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.