Комплексный спектральный анализ тепловых и вибрационных временных полей для оценки состояния силовых масляных трансформаторов с элегазовым охлаждением

   Повышение надежности критически важного оборудования, такого как силовые трансформаторы с элегазовым охлаждением, требует развития предиктивных методов диагностики, способных выявлять разнородные дефекты на ранних стадиях. Традиционные методы теплового контроля и вибромониторинга обладают существенными ограничениями в чувствительности и специфичности.

   Цель: разработка методологии комплексной диагностики состояния системы охлаждения и механической целостности обмоток на основе совместного спектрального анализа синхронных временных рядов вертикального температурного профиля в элегазе и вибрации обмоток.

   Методы: основным методом является многочастотный спектральный анализ. Для тепловых процессов используется адаптированная модель адвективно-диффузионного теплопереноса, позволяющая по зависимости отношения амплитуд и фазового сдвига между вертикально разнесенными датчиками оценить скорость потока элегаза и эффективный коэффициент температуропроводности. Для анализа механического состояния предложено использование миниатюрного волоконно-оптического вибродатчика, устанавливаемого в межобмоточном пространстве.

   Результаты: на основе проведенных опытов идентифицированы диагностические признаки. Установлено, что снижение скорости потока элегаза приводит к увеличению отношения амплитуд низкочастотной (1.1×10^{– 4} Гц) температурной составляющей. Ослабление прессовки обмоток проявляется в росте нормированной амплитуды вибрации на частоте 100 Гц почти в два раза, а локальная деформация — в появлении новых резонансных пиков. Выявлена высокая когерентность между медленными температурными колебаниями и вибрацией.

   Выводы: предложен комплексный подход, повышающий достоверность диагностики за счет синергии анализа тепловых и механических процессов и формирования цифровых «отпечатков» состояния. Метод предназначен для интеграции в системы предиктивного обслуживания.

1. Байтимиров И. Г., Хисматуллин А. С., Хуснутдинов Д. З. Оценка технического состояния и прогнозирование дальнейшего функционирования силовых масляных трансформаторов // Надежность и безопасность энергетики 2025; 18(4): 266 – 273. doi: 10.24223/1999-5555-2025-18-4-266-273

2. Масляный трансформатор с контролем влагосодержания в масле и в обмотках / М. Г. Баширов, А. С. Хисматуллин, Л. В. Сушенцов, А. В. Никитин // Патент на полезную модель RU 228178 U1, 16. 08. 2024. Заявка № 2024112548 от 06. 05. 2024.

3. Сериков А. В., Иванов В. В. Анализ тепловых процессов в специальном силовом масляном трансформаторе // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика 2025; 25(4): 53 – 60.

4. Математическая модель прогнозирования остаточного ресурса изоляции по режимным параметрам / А. В. Коржов, В. И. Сафонов, М. А. Дзюба, Р. М. О. Бабаев, Ян. Е. Коростелев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика 2023; 23(1): 56 – 64.

5. The effect of nonsinusoidal voltage and overvoltage waves on the development of partial discharges / A. V. Korzhov, M. A. Dziuba, V. I. Safonov, R. M. O. Babayev, I. E. Korostelev // Russian Electrical Engineering 2024; 95(6): 506 – 511.

6. Использование тестовых схем IEEE и CIGRE для исследования электроэнергетических режимов работы энергосистем / А. В. Коржов, В. И. Сафонов, В. О. Самарин, П. В. Лонзингер, К. А. Низамутдинов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика 2025; 25(1): 17 – 25.

7. Эмиссия гармоник тока намагничивания блочного трансформатора в цепи статорных обмоток синхронного генератора при геомагнитных возмущениях / В. В. Вахнина, А. А. Кувшинов, А. Н. Черненко, Р. Н. Пудовинников // Вопросы электротехнологии 2024; 1(42): 77 – 86.

8. Геллер И. Б., Кузнецов П. В. Современные методы теплового контроля силового электрооборудования // Электричество 2022; 8: 48 – 55. DOI: 10.24160/0013-5380-2022-8-48-55.

9. Диагностика трансформаторов электротехнических комплексов с использованием бесконтактных лазерных виброметров / М. Ф. Низамиев, В. Р. Басенко, И. В. Ившин, О. В. Владимиров, А. Н. Хуснутдинов, Н. К. Андреев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2022; 24(5): 97 – 109. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-5-97-109.

10. Бесконтактный лазерный контрольно-измерительный комплекс для определения уровня прессовки обмоток и магнитопровода силового трансформатора / В. Р. Басенко, О. В. Владимиров, И. В. Ившин, М. Ф. Низамиев // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики 2021; 23(3): 155 – 168.

11. Прогнозирование остаточного срока службы силовых масляных трансформаторов на основании данных мониторинга / М. В. Молчанов, Н. К. Пожидаев, Я. М. Толкачев, Е. В. Воробьев // Известия Тульского государственного университета. Технические науки 2021; 9: 518 – 526.

12. Динамика температуры в стволе скважины при локальном индукционном нагреве обсадной колонны / А. Ш. Рамазанов, Ф. Ф. Давлетшин, Р. З. Акчурин, Р. Ф. Шарафутдинов, Д. Ф. Исламов // Прикладная механика и техническая физика 2023; 64(2); (378): 39 – 47.

13. Экспериментальное исследование термодинамических эффектов в жидкостях / Р. Ф. Шарафутдинов, Р. А. Валиуллин, А. Ш. Рамазанов, А. А. Асылгареев, Д. В. Космылин // Вестник Академии наук Республики Башкортостан 2023; 47(2); (110): 51 – 57.

14. Колесников И. Е., Коржов А. В., Горшков К. Е. Единая модель цифровой диагностики состояния силового трансформатора // Приборы 2021; 3(249): 51 – 56.

15. Korzhov A. V. Effects of magnetic field on cable sheath corrosion // Engineering Failure Analysis 2020; 116: 104749.

16. Соколов В., Ванин Б. Надежность и диагностика высоковольтного оборудования // Электричество 2020; 3: 45 – 52.