Висвітлено проблеми удосконалення трансформаторів перетворенням структур і утворювальних контурів елементів електромагнітних систем. Набув подальшого розвитку метод оптимізаційних розрахунків та порівняльного аналізу варіантів активної частини з використанням узагальнених цільових функцій, що містять безрозмірні показники технічного рівня і універсальні відносні геометричні керовані змінні. Розроблено математичні моделі нетрадиційних електромагнітних систем і запропоновано покращання показників трифазних трансформаторів на основі просторових магнітопроводів і оптимізаційних розрахунків за одним з критеріїв мінімумів маси, втрат активної потужності, або вартості активної частини. Зазначено, що методологія таких розрахунків надає можливість оптимізації варіантів трансформаторів за інтегральним показником капіталізованої вартості, що містить складові розроблених математичних моделей оптимізації за окремими критеріями.

Розглянуто шляхи підвищення ресурсо- й енергоефективності силових трансформаторів з циліндричними шаровими обмотками на основі раціонального поєднання ряду інноваційних технічних рішень. Розроблено математичні моделі (ММ) та методику визначення електромагнітних параметрів електротехнічних сталей (ЕТС) за різних частот. Розроблено узагальнені ММ для проектного синтезу й оптимізації трансформаторів з циліндровими шаровими обмотками, інваріантні до кількості обмоток і схем їх розміщення, матеріалу обмоткового проводу, конструктивного виконання магнітної системи (МС) і робочої частоти досліджуваного трансформатора. Зазначено, що у процесі розробки ММ як основні керовані змінні були обрані змінні, що характеризують техніко-економічні показники трансформатора - співвідношення втрат короткого замикання до втрат холостого ходу, співвідношення вартостей обмоток до вартості магнітної системи, а також індукція в стрижні і частота. Як основний критерій оптимізації прийнятий критерій повної капіталізованої вартості. Зауважено, що у процесі вирішення завдань оптимального проектування та проектних досліджень використано підсистему автоматизованого синтезу силових трансформаторів “Аметист”. Процес параметричної оптимізації реалізовано методом циклічного покоординатного спуску. Виконано проектний синтез силових трансформаторів стандартної і підвищеної частоти, МС яких виготовлено з різних ETC, а обмотки з традиційних провідникових матеріалів і з високотемпературних надпровідників (ВТНП). Дослідження виконано для серії трифазних силових трансформаторів класу напруги 6 - 10 кВ в діапазоні потужностей 63 - 630 кВА. Аналіз ефективності засобів вдосконалення трансформаторів виконано на основі вирішення завдань їх структурно-параметричної оптимізації. Розроблено рекомендації з оптимальних значень підвищених частот для трансформаторів з МС із різних ETC і обмотками з традиційних провідникових матеріалів. Запропоновано економічно обгрунтовані значення оптимальної робочої частоти для трансформаторів з ВТНП обмотками.

Розвинено методи аналізу електромагнітних процесів у складних електротехнічних системах. Вирішено науково-прикладну проблему, що складається з удосконалення існуючих і створення нових високоефективних методів і математичних моделей на основі нелінійних магнітоелектричних заступних схем для аналізу перехідних і усталених електромагнітних процесів у складних електротехнічних системах, які містять трансформатори з вентильним навантаженням. Розвинено методи формування магнітоелектричних заступних схем. Розроблено ряд нових математичних моделей.

Розроблено нові та удосконалено існуючі моделі та методи діагностування силових трансформаторів (СТ) з метою підвищення їх довговічності та рівня технічного обслуговування в процесі експлуатації електричних мереж напругою 6 - 110 кВ. Розроблено функціональну структуру системи діагностування та методику визначення індексу стану СТ за рахунок об'єднання оцінок первинних діагностичних параметрів з метою спрощення ідентифікації стану за рівнями, отриманими на основі експертних оцінок. На базі фільтра Калмана розроблено математичні моделі динамічного оцінювання діагностичних параметрів трансформатора, використання яких дозволяє підвищити достовірність результатів діагностування. Розроблено моделі визначення діагностичних параметрів трансформатора, які передбачають уточнення коефіцієнтів диференціальних рівнянь теплової моделі та моделі вологовмісту на основі параметричної ідентифікації з використанням даних, виміряних за нормального режиму електричної мережі. Набув подальшого розвитку метод стохастичного оцінювання навантажувальної здатності СТ, який забезпечує ефективне застосування технічних критеріїв за результатами імітаційного моделювання навантаження трансформаторів.

Набула подальшого розвитку теорія діагностування системи охолодження потужних автотрансформаторів (AT) для застосування в комплексі діагностування та неперевного контролю (СНК), яка відрізняється одночасним урахуванням: діагностичних параметрів окремих елементів AT, інтегрального нагріву AT з порівнянням безпосередньо виміряної та розрахованої температури масла, концентрації розчинених у маслі газів і вологовмісту, що забезпечує підвищення достовірності виявлення дефектів. Вдосконалено теплову математичну модель (ТММ) потужного АТ, яка відрізняється урахуванням: нелінійності теплових опорів елементів АТ, теплових параметрів конкретної одиниці АТ, поточного режиму роботи системи охолодження АТ, що забезпечує можливість визначення в режимі експлуатації розрахункової температури масла з точністю, достатньою для автоматизованої діагностики системи охолодження АТ. Вперше запропоновано використання в СНК системи охолодження потужних АТ вдосконаленого виразу для теплових опорів елементів АТ, який відрізняється степеневою функцією залежності від перевищення температури елемента АТ над охолоджувальним середовищем, що забезпечує урахування нелінійної природи теплообміну в АТ та можливість налаштування на поточний режим роботи системи охолодження у режимі експлуатації. Вперше запропоновано метод ідентифікації параметрів удосконаленої ТММ АТ, який відрізняється використанням безпосередніх вимірів СНК, результатів заводських випробувань АТ та застосуванням стохастичних методів оптимізації - генетичних алгоритмів та імітації відпалу і забезпечує достатню для діагностування системи охолодження точність розрахунку температури масла за ТММ за різних режимів роботи системи охолодження.

Вирішено проблему забезпечення міцності елементів силових трансформаторів за дії електромагнітних сил короткого замикання та навантажень, що виникають під час їх виготовлення, транспортування та експлуатації. Створено узагальнені методи визначення критичних напружень радіальної стійкості та розрахунку на міцність за дії радіальних і осьових сил гнучкого кругового кільця круглого та прямокутного з заокругленнями кутів перерізу, яке моделює провідники обмоток трансформаторів. Визначено осьові зусилля в деформівних елементах механічної системи, утвореної двома простими осциляторами з розташованими на одній осі безінерційними пружинами і твердими тілами, зв'язаними паралельними стрижнями, на які діють відмінні у часі зосереджені аперіодичні осьові сили, що виникають за коротких замикань в обмотках різних фаз трансформатора, розміщених на одному стрижні магнітної системи. Розроблено методи визначення осьових зусиль в деформівних компонентах складної механічної системи, яку утворюють обмотки та конструкція їх пресування, за дії сил, що виникають у процесах виготовлення, транспортування, та експлуатації трансформаторів.

Розроблено модель трифазних трансформаторів, яка дозволяє дослідити вплив елементів його конструкції на характер і кількісні значення параметрів електромагнітних процесів у вибраних точках обмоток за дії внутрішніх перенапруг мережі. Розроблено метод експериментального одержання частотних характеристик частин ізоляції трансформатора, який полягає у примусовому обмеженні впливу струмів інших елементів конструкції введенням додаткових резисторів, що дозволило спростити синтез двополюсників структурної схеми трансформатора, а також метод експериментального визначення параметрів частин обмотки за значеннями електрорушійних сил від основного магнітного потоку на частинах обмотки високої напруги і напруг на цих частинах, що дозволило врахувати взаємоіндукцію між ними. Змодельовано втрати активної потужності в трансформаторі за дії внутрішніх перенапруг мережі живлення. За розробленими методами створено моделі трифазних трансформаторів для дослідження дії внутрішніх перенапруг мереж, які адекватно відтворюють електромагнітні процеси вздовж обмотки ВН трансформатора.

Розв'язано задачу удосконалення трифазних трансформаторів (ТТ) просторових електромагнітних систем (ПЕМС). Розглянуто технічні рішення та виконано систематизацію ПЕМС з використанням запропонованих ознак твірних поверхонь (ТП) обмоткових вікон і стрижнів (плоских пересічних, циліндричних і плоских паралельних), а також на підставі аналізу конструктивно-технологічних особливостей магнітопроводів, стосовно яких визначено допоміжні ознаки досконалості. Показано, що максимальними можливостями та кількістю варіантів виконання активної частини (АЧ) відрізняються нові нетрадиційні ПЕМС з паралельними ТП. Розроблено метод порівняльного аналізу конструктивних схем ПЕМС, базуючись на кількісних показниках технічного рівня (маси АЧ та її вартості, сумарних втрат, застосування електротехнічної сталі під час виробництва магнітопроводу, використання контурного об'єму АЧ), спеціальних цільових функцій геометричної оптимізації АЧ та допоміжних цільових функцій геометричної оптимізації АЧ, а також допоміжних ознак досконалості магнітопроводів. Досліджено залежності основних кількісних показників (відповідно до маси та вартості АЧ, основних втрат) ТТ зі стиковими просторовими магнітопроводами від виду конструктивної схеми (ознаки ТП) і геометричних співвідношень АЧ. Запропоновано конструкторсько-технологічні рішення та показано можливості підвищення технічного рівня, потужності у одиниці об'єму та межової потужності ПЕМС ТТ за використання магнітопроводів з паралельними ТП.

Показано можливість підвищення компактності та зниження матеріалоємності трифазних трансформаторів (ТТ) малої і середньої потужності на основі симетричної просторової електромагнітної системи (ЕМС) за умови використання принципу паралельності стінок обмоткових вікон. Виконано порівняльний аналіз вказаної ЕМС з планарною системою за принципом електромагнітної еквівалентності. Отримано математичну модель (ММ), що дозволяє визначити головні розміри та геометричні співвідношення ЕМС ТТ з варіантами запропонованих витих просторових магнітопроводів (ВПМ) з шестигранним і тригранним внутрішніми контурами ярма. Розроблено спрощену ММ якісного аналізу особливостей розподілу магнітного поля в елементах ВПМ, наведено методику розрахунку магнітного кола, що враховує вказані особливості. Розглянуто особливості розподілу теплового поля обмоток просторової ЕМС з ВПМ та запропоновано технічні рішення щодо інтенсифікації тепловідводу.

Обгрунтовано можливість підвищення надійності та якості електропостачання за умов підтримки необхідного режиму мереж за потужністю за рахунок системи поздовжньо-поперечного регулювання напруги з використанням трансформаторів, оснащених пристроями регулювання під навантаженням. Сформульовано закон керування трансформаторним комплексом для поздовжньо-поперечного регулювання напруги з урахуванням активної та реактивної потужностей і похідної за реактивною потужністю. Для синтезу структурної схеми регулюючого пристрою у системах регулювання напруги за допомогою силових і вольтододаткових трансформаторів використано методику на основі математичного апарату секвенцій. Створено комп'ютерну модель системи регулювання напруги відповідно до її елементного складу, досліджено її роботу. Запропоновано мікропроцесорну реалізацію регулятора у системі регулювання напруги, розроблено програму керування ним. Проаналізовано помилки першого та другого роду регулятора напруги. Розроблено комп'ютерну модель системи поздовжньо-поперечного регулювання напруги та програму керування мікропроцесорним контролером як регулятора системи автоматичного керування, зроблено їх промислову апробацію на підприємстві ВАТ АК "Вінницяобленерго".

Проаналізовано існуючі заходи щодо запобігання та зриву феромагнітних процесів у електричних мережах (ЕМ) 6(10) - 35 кВ та захисту трансформаторів напруги (ТН). Обгрунтовано методику досліджень, розрахункову схему ЕМ та її математичну модель. Одержано магнітні характеристики ТН. Виявлено закономірності в їх розташуванні. Одержано математичні вирази, що визначають характер зміни процесів в ЕМ під час ферорезонансних процесів (ФРП). Визначено параметри ЕМ, за яких найбільш ймовірні пошкодження ТН. Розроблено рекомендації щодо забезпечення умов максимального прискорення процесу згасання ФРП. Наведено результати статистичних, лабораторних, натурних і експлуатаційних досліджень. Надано рекомендації щодо підвищення надійності експлуатації ТН. Обгрунтовано, що найбільш ефективним шляхом зменшення пошкоджуваності ТН в ЕМ є використання трансформаторів типу НТН. Завдяки використанню наданих рекомендацій досягнуто зниження пошкоджуваності ТН в ЕМ АК "Харківобленерго" та підвищення надійності електричної мережі в цілому.

Обгрунтовано шляхи удосконалення теплового захисту обмоток з напрямними перегородками в трансформаторах за спрямованої циркуляції охолоджувальних в'язких рідин на базі дослідження локальної тепловіддачі та гідродинаміки в їх каналах. Вперше одержано критеріальні рівняння для визначення локальної примусової складової тепловіддачі поверхні обмоток трансформаторів з напрямними перегородками. За допомогою числових вісьосиметричних гідравлічних моделей обмоток, реалізованих у пакеті програми на базі методу скінченних елементів, визначено поправочні коефіцієнти впливу параметрів колекторів на стандартні місцеві гідравлічні опори в каналах обмоток трансформатора. Розраховано коефіцієнти місцевих гідравлічних опорів, обумовлені зазорами між напрямними перегородженнями та циліндрами оболонок трансформаторів. Уперше запропоновано фізичну модель струйного руху охолоджуючої рідини у каналах обмоток. Розроблено одномірний термогідравлічний метод розрахунку температурних полів провідників обмотки та гідравлічного опору каналів обмоток з напрямними перегородками. З урахуванням результатів розрахунку розроблено рекомендації щодо проектування даних обмоток відносно теплових параметрів.

Створено комплекс структурних моделей електромереж з трансформаторами напруги (ТН) різних типів, що дозволяє адекватно відтворити наявні ферорезонансні процеси, які відбуваються у таких мережах і встановити причини пошкоджень ТН, зокрема нового типу НАМИ-35. Розроблено принципи побудови нового покоління трифазних ТН з ділянками напруги 35 кВ, що дозволяє уникати пошкоджень за будь-яких нестаціонарних режимів. Запропоновано новий підхід до формування сигналів для мікропроцесорного вимірного пристрою трифазного трансформатора напруги з дільником напруги, що дозволило відтворювати координати режиму мережі в реальному часі з необхідною точністю.

Розглянуто існуючі методи та засоби діагностування трансформаторів власних потреб і систем технологічних захистів теплової електростанції. Описано нові пристрої, які дозволяють визначати технічних стан об'єкта дослідження за результатами вимірювань певної сукупності параметрів. Увагу приділено математичним моделям діагностування електрообладнання теплової електростанції, оцінці похибок вимірювальних каналів пристрою для діагностування стану ізоляції силового сухого трансформатора власних потреб, мікропроцесорним засобам діагностування системи захисту ниження вакууму турбіни.

Рассмотрены существующие методы и средства диагностирования трансформаторов собственных потребностей и систем технологических защит тепловой электростанции. Описаны новые устройства, позволяющие определять техническое состояние объектов исследования по результатам измерений определенной совокупности параметров. Уделено внимание математическим моделям диагностирования электрооборудования тепловой электростанции, оценке погрешностей измерительных каналов устройства для диагностики состояния изоляции силового сухого трансформатора собственных потребностей, микропроцессорным средствам диагностики систем защиты снижения вакуума турбины.

Проведен аналитический обзор отечественного и зарубежного опыта, посвященный современным способам контроля состояния силовых трансформаторов 35 кВ и выше. Рассмотрены теоретические основы процессов, происходящих в изоляции силовых трансформаторов. Описаны виды и программы обследований силовых трансформаторов, новые перспективные методы оценки их состояния. Указан объем испытаний и измерений на работающем и отключенном трансформаторе. Представлена информация о видах физико-химического анализа масла. Даны критерии оценки аварийного и безаварийного состояния силового трансформатора, рассмотрены вопросы оценки состояния вводов и устройств РПН.

Розкрито призначення силових трансформаторів і найважливіші завдання їх проектування. Наведено методику розрахунку та конструювання силових трифазних трансформаторів із масляним охолодженням. Увагу приділено електроізоляційним матеріалам, визначенню втрат короткого замикання, розрахунку магнітної системи, теплопередачі в трансформаторі та завданням теплового розрахунку.

Запропоновано новий тип високовольтного устаткування - високовольтні малогабаритні вводи (ВМВ) з повітряно-комбінованою ізоляцією, використання яких забезпечує працездатність мобільних повірочних лабораторій без виносу електроустаткування у разі підготовки повірки. Запропоновано математичні вирази для обчислення основних параметрів ВМВ і програми розрахунку на персональному комп'ютері електричного поля в їх міжелектронному проміжку. Наведено методику розрахунку траєкторії розвитку стримера в повітряно-комбінованій ізоляції ВМВ (на основі розрахунку тривимірного електричного поля в ізоляції вводу методом скінченних елементів). Визначено залежності витримуваної напруги, використання яких дозволяє прогнозувати електричну міцність в процесі розробки ВМВ.

Запропоновано новий тип високовольтних трансформаторів напруги тороїдального типу з розподіленою високовольтною обмоткою, який має переваги за індуктивністю розсіювання та масогабаритними показниками. Розроблено програми розрахунків найважливіших параметрів високовольтних трансформаторів напруги тороїдального типу. На підставі результатів експериментальних і теоретичних досліджень обгрунтовано допустимі напруженості електричного поля в ізоляції високовольтних малогабаритних трансформаторів напруги (ВМТН). Показано ефективність оптимізації ВМТН за критерієм мінімального об'єму активної частини, що дозволяє вдвічі та більше разів знизити даний показник у порівнянні з існуючими конструкціями. Доведено, що застосування тороїдальної конструкції ВМТН дозволяє створювати активні частини трансформаторів напруги класів 750 кВ і вище у безкаскадному виконанні. До наукового обігу введено критерій "багатофакторної електричної рівноміцності", що дозволяє визначати досягнення стану ефективного регулювання електричного поля малогабаритного високовольтного вводу трансформатора напруги. З використанням тороїдальної активної частини та високовольтного вводу з регулюванням електричного поля створено серію експериментальних зразків ВМТН на класи напруги 3; 6; 10; 110 кВ. Обгрунтовано схему заміщення трансформатора ЕТН-110. Зроблено розрахунки похибок ЕТН-110 та струму його холостого ходу, одержані результати узгоджуються з експериментальними даними. Доведено, що ВМТН тороїдального типу мають додаткові переваги у процесі створення комплексів трансформаторів напруги, що дозволяє відмовитися від використання обладнання проміжних класів напруги.

Досліджено питання підвищення рівня надійності функціонування елементів допоміжного та керувального електрообладнання енергоблока теплової станції шляхом їх діагностування. Розроблено математичні моделі спрацювання робочого ресурсу з метою діагностування силового сухого трансформатора власних потреб, математичну модель для діагностування системи технологічного захисту турбіни. Вдосконалено метод синтезу структурних схем пристроїв для діагностування електрообладнання. Запропоновано мікропроцесорну реалізацію пристрою для діагностування силового сухого трансформатора власних потреб з урахуванням роботи в режимі перевантаження та мікропроцесорні реалізації пристрою для діагностування системи зниження вакууму турбіни, а також алгоритми їх роботи. Розроблені підходи та математичні моделі апробовано та впроваджено на підприємстві ВАТ "Західенерго" - Ладижинська ТЕС та до навчального процесу Вінницького національного технічного університету.

Розглянуто теорію електродинамічної стійкості силових трансформаторів у разі коротких замикань, складовими якої є теорії: стійкості до дії радикальних сил, визначення критичних сил полягання провідників, осьових коливань обмоток. Обгрунтовано застосування сучасних засобів забезпечення електродинамічної стійкості. Розкрито фізичну сутність процесів, що призводять до пошкодження обмоток і пов'язаних з ними елементів у разі коротких замикань. Описано методику та програми розрахунку електродинамічної стійкості обмоток.