probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2023-25-2-124-136probener-2617Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTУсовершенствованный метод вибрационного контроля технического состояния силового трансформатора, основанный на фрактальном анализе амплитудно-временной характеристикиImproved method for vibration control of the technical condition of a power transformer based on fractal analysis of the amplitude-time characteristicsБасенкоВ. Р.BasenkoV. R.

Василий Романович Басенко, ассистент

кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Казань

Vasily R. Basenko

Kazan

vasiliybas123@mail.ruИвшинИ. В.IvshinI. V.

Игорь Владимирович Ившин, д-р техн. наук, заведующий кафедрой

кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Казань

Igor V. Ivshin

Kazan

ВладимировО. В.VladimirovO. V.

Олег Вячеславович Владимиров, канд. техн. наук, доцент

кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Казань

Oleg V. Vladimirov

Kazan

НизамиевМ. Ф.NizamievM. F.

Марат Фирденатович Низамиев, канд. техн. наук, доцент

кафедра «Электроснабжение промышленных предприятий»

Казань

Marat F. Nizamiev

Kazan

Казанский государственный энергетический университетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation202308062023252124136Copyright © Басенко В.Р., Ившин И.В., Владимиров О.В., Низамиев М.Ф., 20232023Басенко В.Р., Ившин И.В., Владимиров О.В., Низамиев М.Ф.Basenko V.R., Ivshin I.V., Vladimirov O.V., Nizamiev M.F.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/2617ЦЕЛЬ

ЦЕЛЬ. Цель данной работы – усовершенствование метода вибрационного контроля силового трансформатора за счет применения фрактального анализа амплитудно-временного сигнала. Фрактальный анализ амплитудно-временной характеристики позволит количественно оценить степень «изрезанности» вибрационного сигнала трансофрматора, связанной с дефектом. Для количественной оценки введен коэффициент фрактального анализа (КФА) на основе определения фрактальной размерности по методу Хаусдорфа-Безиковича. Для апробации разработанного метода применен бесконтактный лазерный измерительно-диагностический комплекс (ЛКИК) с разработанным программным обеспечением на основе LabVIEW, ImageJ и Python. Проведены экспериментальные исследования трансформатора ТСЗ 16 с использованием разработанного метода и ЛКИК. Определен КФА обмоток и магнитопровода исследуемого трансформатора, уровень технического состояния для контролируемых элементов трансформатора.

МЕТОДЫ

МЕТОДЫ. Усовершенствованный метод контроля позволяет повысить точность контроля силового трансформатора во время его работы под напряжением, что позволяет перейти от плановой системы ремонтов трансформаторов к системе вывода в ремонт по текущему техническому состоянию.

РЕЗУЛЬТАТЫ

РЕЗУЛЬТАТЫ. Усовершенствованный метод вибрационного контроля апробирован с помощью разработанного бесконтактного ЛКИК, определен уровень технического состояния силового трансформатора под напряжением.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Усовершенствованный метод вибрационного контроля позволяет определять уровень технического состояния силового трансформатора под напряжением с возможностью автоматического получения решения о техническом состоянии, а также использовать статистические методы обработки и анализа полученных с трансформатора сигналов.

   The purpose of this work is to improve the method of vibration control of a power transformer through the use offractal analysis of the amplitude-time signal.

   Fractal analysis of the amplitude-time characteristics will allow to quantify the degree of «indentation» of the vibration signal of the transformer associated with a defect. For a quantitative assessment, the fractal analysis coefficient (FAC) was introduced based on the determination of the fractal dimension by the Hausdorff-Besikovich method. To test the developed method, a non-contact laser measuring and diagnostic complex (LCMC) with developed software based on LabVIEW, ImageJ and Python was used. Experimental studies of the transformer TSZ 16 were carried out using the developed method and LCIK. The CFA of the windings and magnetic circuit of the transformer under study, the level of technical condition for the controlled elements of the transformer are determined.

   METHODS. The improved method of control makes it possible to increase the accuracy of control of a power transformer during its operation under voltage, which makes it possible to switch from a planned system of transformer repairs to a system for taking repairs according to the current technical condition.   RESULTS. The improved method of vibration control was tested using the developed non­ contact LCIK, the level of technical condition of the power transformer under voltage was determined.   CONCLUSION. An improved method of vibration control makes it possible to determine the level of technical condition of an energized power transformer with the possibility of automatically obtaining a decision on the technical condition, as well as to use statistical methods for processing and analyzing the signals received from the transformer.

фрактальный анализбесконтактный лазерный измерительно­-диагностический комплекссиловой трансформаторамплитудно-временная характристикаконтроль технического состоянияпрограммное обеспечение LabVIEWпрограммное обеспечение Image Jлазерный виброметрfractal analysisnon-contact laser measuring and diagnostic complexpower transformeramplitude-time characteristictechnical condition controlLabVIEW softwareImage J softwarelaser vibrometerReferencesБасенко В. Р. 3D модель силового трансформатора для исследования его технического состояния по вибрационным параметрам / Басенко В. Р., Низамиев М. Ф., Ившин И. В., Владимиров О. В. // ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022.Т. 24. № 3. С. 130-143.Basenko V. R., et al. 3D model of a power transformer for the study of its technical condition by vibration parameters. NEWS OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. ENERGY PROBLEMS. 2022; 24 (3): 130-143. doi: 10.30724/1998-9903-2022-24-3-130-143Басенко В. Р. Диагностика трансформаторов электротехнических комплексов с использованием бесконтактных лазерных виброметров / Низамиев М. Ф., Басенко В. Р., Ившин И. В., Владимиров О. В. // ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022 Т. 24. № 5. С. 97-109.Basenko V. R. Diagnostics of transformers of electrotechnical complexes using non contact laser vibrometers / Nizamiyev M. F., Basenko V. R., Ivshin I. V., Vladimirov O. V. NEWS OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. ENERGY PROBLEMS. 2022; 24 (5); 97-109. doi: 10.30724/1998-9903-2022-24-5-97-109Басенко В. Р., Владимиров О. В., Ившин И. В., Низамиев М. Ф. Бесконтактный лазерный контрольно-измерительный комплекс для определения уровня прессовки обмоток и магнитопровода силового трансформатора / Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. № 3. С. 155-168.Basenko V. R., Vladimirov O. V., Ivshin I. V., et al. Non-contact laser control and measuring complex for determining the level of pressing of windings and magnetic circuit of a power transformer. News of higher educational institutions. ENERGY PROBLEMS. 2021; 23 (3): 155-168.Басенко В. Р., Низамиев М. Ф. Анализ вибрационных сигналов силового трансформатора с применением лазерного измерительно-диагностического комплекса / «ЭНЕРГИЯ-2020» Пятнадцатая всероссийская (седьмая международная) научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. Сборник материалов конференции, 2020. Т .3. С. 26Basenko V. R., Nizamiyev M. F. Analysis of vibration signals of a power transformer using a laser measuring and diagnostic complex. ENERGY-2020 - Fifteenth All-Russian (seventh international) scientific and technical conference of students, graduate students and young scientists. 2020. Collection of conference materials, V. No. 3. P. 26.Гавриленко А. В., Долин А. П. Система контроля качества прессовки обмоток и стали трансформаторов по замерам вибрации, контроль состояния маслонасосов / Димрус-Пермь: 2015. С. 60.Gavrilenko A. V., Dolin A. P. Quality control system for pressing the windings and steel of transformers by measuring vibration, monitoring the state of oil pumps. Dimrus - Perm: 2015. - P. 60.Низамиев М. Ф., Ившин И. В. Контроль технического состояния слектротехнического оборудования / Энергетическая безопасность. Сборник научных статей III Международного конгресса. 2020. С. 297-300.Nizamiev M. F., Ivshin I. V. Control of the technical condition of electrical equipment. Energy security. Collection of scientific articles of the III International Congress. 2020. P. 297-300Низамиев М. Ф., Ившин И. В., Максимов В. В., Билалов Ф. Ф. Измерительно-диагностический комплекс для контроля технического состояния электротехнического оборудования / Электрика 2015. С. 18-25.Nizamiev M. F., Ivshin I. V., Maksimov V. V., et al. Measuring and diagnostic complex for monitoring the technical condition of electrical equipment. Electrica 2015. P. 18-25Лазарев И. В. Осевые усилия в элементах активной части силового трансформатора при запрессовке обмоток, изменении температуры и влагосодержания изоляционных материалов / Динамика и прочность машин. 2014. С. 12-18.Lazarev I. V. Axial forces in the elements of the active part of a power transformer when pressing windings, changing the temperature and moisture content of insulating materials. Dynamics and Strength of Machines. 2014. P. 12-18Ivshin I. V., Nizamiev M. F., Vladimirov O. V., Dolomanyk L. V. Vibration Method for Monitoring the Technical Condition of Support-Rod Insulators Using Non-Contact Laser Vibrometry Methods / 14-th International Scientific Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE) - 44894 Proceedings. V. l, Pt 5, Novosibirsk 2018. P. 320-325.Ivshin I. V., Nizamiev M. F., Vladimirov O. V., Dolomanyk L. V. Vibration Method for Monitoring the Technical Condition of Support-Rod Insulators Using Non-Contact Laser Vibrometry Methods / 14<sup>th</sup> International Scientific Technical Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE) - 44894 Proceedings. V. l, Pt 5, Novosibirsk 2018. P. 320-325.Ivshin I. V., Nizamiev M. F., Vladimirov O. V., et al. The Method of Non-Contact Vibration Control of Energy Device Detail State Based on the Use of Informativ Frequencies of Own Vibrations Related to Certain Types of Defects / Ad Alta. Journal of Interdisciplinary Research, Volum 8, Issue 1, Special Issue III. 2018. P. 322-333.Ivshin I. V., Nizamiev M. F., Vladimirov O. V., et al. The Method of Non-Contact Vibration Control of Energy Device Detail State Based on the Use of Informativ Frequencies of Own Vibrations Related to Certain Types of Defects / Ad Alta. Journal of Interdisciplinary Research, Volum 8, Issue 1, Special Issue III. 2018. P. 322-33Басенко B. P., Низамиев М. Ф. Анализ вибрационных сигналов силового трансформатора с применением лазерного измерительно-диагностического комплекса // «ЭНЕРГИЯ-2020». 2020. С. 26.Basenko V. R., Nizamiev M. F. Analysis of vibration signals of a power transformer using a laser measuring and diagnostic complex. ENERGY-2020. 2020. P. 26.Рыбаков Л. М.. Методы и способы оценки состояния силовых трансформаторов в ходе эксплуатации // Вестник Чувашской ГСХА. № 2, 2018, С. 108-111.Rybakov L. M. Methods and methods for assessing the state of power transformers during operation. Bulletin of the Chuvash State Agricultural Academy., 2018; 2: 108-111Низамиев М. Ф. Анализ методов исследования виброакустических характеристик деталей сложной формы и технических средств обработки сигналов сложной формы. 2014. № Т. 1 С. 151-152.Nizamiev M. F. Analysis of methods for studying the vibroacoustic characteristics of parts of complex shape and technical means of processing signals of complex shape. 2014; 1: 151-152.Нгуен Тиен, Гильфанов К. Х. Тепловое моделирование маслонаполненного силового трансформатора ТМ-160/10 // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. № 5. С. 141-151.Nguyen Tien, Gilfanov K. Kh. Thermal modeling of the TM-160/10 oil-filled power transformer. Izvestiya vuzov. Energy Problems. 2019; 5: 141-151 Kazan: KSPEU.Kurtz С., Ford G., Vainberg М., et al. Managing aged transformers. Transmission & Distribution World. 2005, July. P. 36-45.Kurtz С., Ford G., Vainberg М., et al. Managing aged transformers. Transmission & Distribution World. 2005, July. P. 36-45.Metwally I. A. Failures, monitoring, and new trends of power transformers // IEEE potentials. - 2011, May/June. P. 36-43.Metwally I. A. Failures, monitoring, and new trends of power transformers // IEEE potentials. - 2011, May / June. P. 36-43.Theil G. Parameter evaluation for extended Markov models applied to condition-and reliability-centered maintenance planning strategies // Proc. 9th Int. Conf. on Probab. Methods Applied to Power Syst., KTH, Stockholm, Sweden. 2006.Theil G. Parameter evaluation for extended Markov models applied to condition- and reliability-centered maintenance planning strategies // Proc. 9<sup>th</sup> Int. Conf. on Probab. Methods Applied to Power Syst., KTH, Stockholm, Sweden. 2006.Грачева Е. И., O. B. Наумов, Федотов E. A. Влияние нагрузочной способности силовых трансформаторов на их эксплуатационные характеристики // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. № 7-8. С. 71-77.Gracheva E. l., O. V. Naumov, E. A. Fedotov. Influence of the load capacity of power transformers on their operational characteristics. Izvestiya vuzov. Energy Problems. 2017; 7-8: 71-77. Kazan: KSPEU.Мустафин Р. Г., Ярыш Р. Ф. Дифференциальный способ обнаружения витковых замыканий в трехфазном трансформаторе // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. № 3. С. 78-89Mustafin R. G., Yarysh R. F. Differential method for detecting turn short circuits in a three-phase transformer. Izvestiya vuzov. Energy Problems. 2020; 3: 78-89. Kazan: KSPEU.Приказ Министерства энергетики РФ от 26 июля 2017 г. № 676 «Об утверждении методики оценки технического состояния основного технологического оборудования и линий электропередачи электрических станций и электрических сетей».Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation dated July 26, 2017. No. 676 «On approval of the methodology for assessing the technical condition of the main technological equipment and transmission lines of power plants and electrical networks».

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