АНАЛІЗ ВПЛИВУ ТИПУ ЗАХИСТУ МАСЕЛ НА ВМІСТ РОЗЧИНЕНИХ ГАЗІВ У СПРАВНИХ ТРАНСФОРМАТОРАХ

Автор(и)

  • О.В. Шутенко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна
  • В.В. Довгалюк Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна

DOI:

https://doi.org/10.20998/2313-8890.2026.02.13

Ключові слова:

діагностика, силові трансформатори, негерметична конструкція, аналіз розчинених в маслі газів, розподіл за рівнями концентрацій, газ із максимальним вмістом, дифузія газів в атмосферу, швидкості наростання концентрацій газів, розподіл Лапласа, співвідношення газів, розподіл Вейбулла, кореляція між розчиненими вмаслі газами

Анотація

Анотація. Наведено результати аналізу вмісту розчинених у маслі газів для 426 справних трансформаторів, напругою 110-330 кВ негерметичної конструкції. За результатами аналізу встановлено, що для трансформаторів негерметичного виконання наявність вільного доступу кисню повітря призводить не тільки до прискореного окислення масел порівняно з трансформаторами з азотним і плівковим захистом, але й до суттєвих як кількісних, так і якісних відмінностей у складі розчинених в маслі газів. Зокрема, за результатами аналізу встановлено вкрай низький вміст водню (у пробах масла з баків трансформаторів негерметичної конструкції максимальний вміст водню виявлено лише у 3,23 % усіх проб). Ця особливість зумовлена процесами дифузії водню в атмосферу через низьке значення його коефіцієнта розчинності в маслі. Ще однією характерною особливістю газовмісту масел у справних трансформаторах негерметичної конструкції є аномально високий вміст етилену (у пробах масла з баків трансформаторів негерметичної конструкції максимальний вміст етилену виявлено у 47,96 % усіх проб). При цьому такий високий вміст етилену обумовлений не процесами деструкції вуглеводнів, що входять до складу трансформаторних масел, а є наслідком вторинних окислювальних реакцій, які інтенсивно розвиваються в умовах вільного доступу кисню повітря. Наведені особливості якісного складу проб масел також відображаються під час кількісного аналізу рівнів концентрації газів. Зокрема, кількість проб масел, у яких концентрація того чи іншого газу знаходиться нижче межі виявлення хроматографом, визначається не тільки кількістю енергії, необхідною для розриву хімічних зв'язків між тими чи іншими вуглеводневими сполуками, але й значеннями коефіцієнтів розчинності того чи іншого газу в маслі. Як показав аналіз, кількість проб із справних трансформаторів, у яких зафіксовано перевищення концентрацій газів понад граничні значення, що відповідають рівню III (тобто наявності дефекту), не перевищує 10 %. При цьому відсоток перевищення рівня III для кожного з газів істотно відрізняється. Також у роботі наведено результати аналізу законів розподілу співвідношень і швидкостей наростання газів у справних трансформаторах негерметичної конструкції. Наведені в статті результати свідчать про наявність значного впливу типу захисту трансформаторних масел на вміст розчинених у маслі газів і, як наслідок, про необхідність врахування цього впливу при коригуванні граничних значень концентрацій і швидкостей наростання газів.

Посилання

IEC 60599:2022. Mineral oil-filled electrical equipment in service – Guidance on the interpretation of dissolved and free gases analysis. Geneva, Switzerland: International Electrotechnical Commission, 2022. 80 p.

IEEE Std C57.104-2019. IEEE Guide for the Interpretation of Gases Generated in Mineral Oil-Immersed Transformers. IEEE, 2019. 98 p. DOI: 10.1109/IEEESTD.2019.8890040.

SOU-N EE 46.501:2006. Diahnostyka maslonapovnenoho transformatornoho obladnannia za rezultatamy khromatohrafichnoho analizu vilnykh haziv, vidibranykh iz hazovoho rele, i haziv, rozchynenykh u izoliatsiinomu masli. Chynnyi vid 01.03.2007. Kyiv : Ministerstvo palyva ta enerhetyky Ukrainy, Obiednannia enerhetychnykh pidpryiemstv «Haluzevyi rezervno-investytsiinyi fond rozvytku enerhetyky», 2007. 91 c.

Rogers R. R. IEEE and IEC Codes to Interpret Incipient faults in Transformers, Using Gas in Oil Analysis // IEEE Transactions on Electrical Insulation. 1978. Vol. EI-13, no. 5. P. 349–354. DOI: https://doi.org/10.1109/TEI.1978.298141.

Dörnenburg E., Strittmater W. Monitoring Oil-Cooled Transformers by Gas Analysis // Brown Boveri Review. 1974. Vol. 61. P. 238–274.

Müller R., Schliesing H., Soldner K. Die Beurteilung des Betriebszustandes von Transformatoren durch Gasanalyse // Elektrizitätswirtschaft. 1977. No. 76. P. 345–349.

Mollmann A., Pahlavanpour B. New guideline for interpretation of dissolved gas analysis in oil filled transformers // Electra. 1999. No. 186. P. 31–51.

Kawamura T., Kawada N., Ando K., Yamaoka M., Maeda T., Takatsu T. Analyzing gases dissolved in oil and its application to maintenance of transformers. International Conferenсe on Large High Voltage Electric Systems: SIGRE Session Report 12–05. Paris, 1986. P. 1–5.

Committee on Special. Conservation and control of oil-insulated components by diagnosis of gas in oil // Electric Technology Research Association. 1980. Vol. 36. No. 1.

Duval M. The duval triangle for load tap changers, non-mineral oils and low temperature faults in transformers // IEEE Electrical Insulation Magazine. 2008. Vol. 24. No. 6. P. 22–29. DOI: 10.1109/mei.2008.4665347.

Cheim L., Duval M., Haider S. Combined Duval Pentagons: A Simplified Approach// Energies. 2020. Vol. 13. No. 11. P. 2859.DOI: 10.3390/en13112859.

Gouda O. E., El-Hoshy S. H., E.L.-Tamaly H.H. Condition assessment of power transformers based on dissolved gas analysis // IET Generation, Transmission & Distribution. 2019. Vol. 13. No. 12. P. 2299–2310. DOI: 10.1049/iet-gtd.2018.6168.

Gouda O. E., El-Hoshy S. H., H E.L.-Tamaly H.H. Proposed three ratios technique for the interpretation of mineral oil transformers based dissolved gas analysis // IET Generation, Transmission & Distribution. 2018. Vol. 12. No. 11. P. 2650–2661. DOI: 10.1049/iet-gtd.2017.1927.

Emara M. M., Peppas G. D., Gonos I. F. Two graphical shapes based on DGA for power transformer fault types discrimination // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2021. Vol. 28. No. 3. P. 981–987. DOI: 10.1109/tdei.2021.009415.

Kim S.-w., Kim S.-j., Seo H.-d., Jung J.-r., Yang H.-j., Duval M. New methods of DGA diagnosis using IEC TC 10 and related databases Part 1: Application of gas-ratio combinations // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2013. Vol. 20. No. 2. P. 685–690. DOI: 10.1109/tdei.2013.6508773.

Lee S.-j., Kim Y.-m., Seo H.-d., Jung J.-r., Yang H.-j., Duval M. New methods of DGA diagnosis using IEC TC 10 and related databases Part 2: Application of relative content of fault gases // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2013. Vol. 20. No. 2.

P. 691–696. DOI: 10.1109/tdei.2013.6508774.

Kim S.-J., Seo H.-D., Kim S.-W. Internal defect diagnosis method of an oil immersed transformer through a dissolved gas composition ratio. South Korean Patent 1020130074674, Jul. 4, 2013.

Mansour D.-E. A. Development of a new graphical technique for dissolved gas analysis in power transformers based on the five combustible gases // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2015. Vol. 22. No. 5. P. 2507–2512. DOI: 10.1109/TDEI.2015.004999.

Shutenko O., Kulyk O. Method of fault-type recognition based on the dissolved gas analysis using a set of diagnostic criteria. IET Generation, Transmission & Distribution. 2023. P. 1–13. DOI: 10.1049/gtd2.13068.

Duval M., Paulhiac L. New DGA interpretation method using specific gas limits vs type of faults in power transformers. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2026. DOI: 10.1109/tdei.2026.3657732.

Luo, L. et al. (2023). A Fault Diagnosis Method for Power Transformer Using Canonical Variate Analysis and Support Vector Machine. In: Liang, Q., Wang, W., Liu, X., Na, Z., Zhang, B. (eds) Communications, Signal Processing, and Systems. CSPS 2022. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 874. Springer, Singapore. DOI: 10.1007/978-981-99-2362-5_18.

Patel D., Chothani N. Relevance Vector Machine Based Transformer Protection // Power Systems. 2020. P. 107-131. DOI: 10.1007/978-981-15-6763-6_5.

Malik I. M., Sharma A., Naayagi R. T. A Comprehensive and Practical Method for Transformer Fault Analysis with Historical Data Trend using Fuzzy Logic // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2023. Р. 1-1. DOI: 10.1109/TDEI.2023.3286795.

Chen H. C., Zhang Y., Chen M. Transformer Dissolved Gas Analysis for Highly-Imbalanced Dataset Using Multi-Class Sequential Ensembled ELM // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2025. Р. 1–9. DOI: 10.1109/TDEI.2023.3280436.

Jan B., Rahman O., Parveen S., Khan S. A. Multi-Stage Binary Classification Technique for Incipient Fault Diagnosis of Oil Immersed Power Transformers Based on ANFIS. 2023 International Conference on Power, Instrumentation, Energy and Control (PIECON). Aligarh, India, 2023. P. 1–6. DOI: 10.1109/PIECON56912.2023.10085900.

Kherif O., Benmahamed Y., Teguar M., Boubakeur A., Ghoneim S. S. M. Accuracy Improvement of Power Transformer Faults Diagnostic Using KNN Classifier With Decision Tree Principle // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 81693–81701. DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3086135.

Majd M. K., Niasati M. Internal fault diagnosis in power transformers using dissolved gas analysis and deep learning technique // Computational Intelligence in Electrical Engineering. 2025. Vol. 16. No. 2. P. 83–100. DOI: 10.22108/isee.2025.145040.1734.

Dladla V. M. N., Thango B. A. Fault classification in power transformers using dissolved gas analysis and optimized machine learning algorithms // Machines. 2025. Vol. 13. No. 8. Р. 742. DOI: 10.3390/machines13080742.

Saleh A. G. et al .Detecting incipient faults in power transformers through hybrid model of DGA and machine learning / Electric Power Systems Research. 2026. Vol. 256. Р. 112877. DOI: 10.1016/j.epsr.2026.112877.

Kulyk O. S., Shutenko O. V. Analysis of gas content in oil-filled equipment with spark discharges and discharges with high energy density // Transactions on Electrical and Electronic Materials. 2019. Vol. 20. No. 5. P. 437–447. DOI: 10.1007/s42341-019-00124-8.

Shutenko O., Kulyk O. Analysis of Gas Content in Oil-Filled Equipment with Low Energy Density Discharges // International Journal on Electrical Engineering and Informatics. 2020. Vol. 12. No. 2. P. 258–277. DOI: 10.15676/ijeei.2020.12.2.6.

Shutenko O., Kulyk O. Diagnosis of oil-filled equipment with x-wax deposition based on dissolved gas analysis. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, Ukraine, 26–28 August 2021. P. 1–6. DOI: 10.1109/ukrcon53503.2021.9575623.

Shutenko O., Kulyk O. Recognition of low-temperature overheating in power transformers by dissolved gas analysis // Electrical Engineering. 2022. Vol. 104. No. 4. P. 2109–2121. DOI: 10.1007/s00202-021-01465-5.

Shutenko O., Kulyk O. Recognition of overheating with temperatures of 150-300°C by analysis of dissolved gases in oil. 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS). Istanbul, Turkey, Sep. 7–11, 2020. P. 71–76. DOI: 10.1109/ieps51250.2020.9263145.

Shutenko O., Kulyk O. Combined defects recognition in the low and medium temperature range by results of dissolved gas analysis. 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Kharkiv, Ukraine, 5–10 October 2020. P. 65–70. DOI: 10.1109/khpiweek51551.2020.9250131.

Shutenko O., Kulyk O. Recognition of combined defects with high-temperature overheating based on the dissolved gas analysis // Sādhanā. 2022. Vol. 47. No. 3. Р. 146. DOI: 10.1007/s12046-022-01919-x.

Shutenko O., Kulyk O. Recognition of discharges that are accompanied by low-temperature overheating based on the analysis of gases dissolved in the oil of high-voltage transformers // Enerhozberezhennia, Enerhetyka, Enerhoaudyt. 2021. No. 3-4(157-158). P. 20–33. DOI: 10.20998/2313-8890.2021.03.02.

Duval M., Heizmann T. Identification of Stray Gassing of Inhibited and Uninhibited Mineral Oils in Transformers // Energies. 2020. Vol. 13. No. 15. Р. 3886. DOI: 10.3390/en13153886.

Buchacz T., Buchacz J., Duval M. Stray Gassing of Oil in HV Transformers // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2021. Vol. 28. No. 5. P. 1729–1734. October, DOI: 10.1109/TDEI.2021.009520.

Martin D., Lelekakis N., Wijaya J., Duval M., Saha T. Investigations Into the Stray Gassing of Oils in the Fault Diagnosis of Transformers // Power Delivery, IEEE Transactions. 2014. No. 29. Р. 2369-2374. DOI: 10.1109/TPWRD.2014.2316501.

Thango B. A., Akumu A. O., Sikhosana L. S., Nnachi A. F., Jordaan J. A. Preventive Maintenance of Transformer Health Index Through Stray Gassing: A Case Study. 2021 IEEE PES/IAS PowerAfrica. Nairobi, Kenya, 2021. P. 1–5. DOI: 10.1109/PowerAfrica52236.2021.9543255.

Abramov V. B., Boyarchukov G. M., Yablonskiy R. V. Otlichitel'nyye osobennosti gazoobrazovaniya v transformatornom masle germetichnogo i negermetichnogo vysokovol'tnogo oborudovaniya // Novyny enerhetyky. 2009. № 9. S. 17–32.

IET. Application of dissolved gas analysis for transformer condition assessment // IET Generation, Transmission& Distribution. 2016. Vol. 10. No. 2. P. 1–10.

Saranya S., Mageswari U., Roy N., Sudha R. Comparativestudyofvarious DGA methodstodiagnosetransformerfaults // International Journal of Engineering Research and Applications. 2013. Vol. 3. No. 3. P. 592–595.

Abramov V. B. Osobennosti kontrolya maslonapolnennogo oborudovaniya po rezul'tatam khromatograficheskogo analiza rastvorennykh v masle gazov // Elektricheskiye seti i sistemy. 2012. № 4. S. 77–79.

Boyarchukov G. M. Diagnostika sostoyaniya negermetichnogo vysokovol'tnogo oborudovaniya po soderzhaniyu gazov v transformatornom masle // Enerhetyka ta elektryfikatsiia. 2012. № 7. S. 24–28.

Abramov V. B., Boyarchukov G. M., Yablonskiy R. V. Vliyaniye probootbornikov na rezul'taty khromatograficheskogo analiza gazov, rastvorennykh v masle vysokovol'tnogo oborudovaniya // Enerhetyka ta elektryfikatsiia. 2007. №7. S. 39–46.

Boyarchukov G. M. Prakticheskiye problemy otsenki sostoyaniya vysokovol'tnogo oborudovaniya po soderzhaniyu gazov v transformatornom masle // Novyny enerhetyky. 2010. № 7. S. 23–33.

Shutenko O., Proskurnia O., Abramov V. Comparative analysis of risks which are accompanied by the use of typical and boundary gases concentrations for the diagnostics of high voltage transformers // Energetika. 2018. Vol. 64. No. 3. P. 137–145. DOI: 10.6001/energetika.v64i3.3806.

Shutenko O., Dovgalyuk V. Analysis of the Laws of Distribution of Gases Growth Rates in Serviceable Normally Operating 110-330 kV Transformers of Non-hermetic Construction.2025 IEEE 6th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Kharkiv, Ukraine, 2025. P. 1-6. DOI: 10.1109/KhPIWeek61436.2025.11288722.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-02-22

Номер

№ 2(217) (2026): Енергозбереження. Енергетика. Енергоаудит

Розділ

ЕНЕРГЕТИКА, ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами: Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через [6 місяців] з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).