On-line-Überwachungsgerät für gelöstes Gas in Transformatorenöl

Als Kernstück des Stromnetzes hängt der Zustand des Transformators direkt mit der Stabilität und Sicherheit des gesamten Stromnetzes zusammen. Die DGA-Technologie (Dissolved Gas in Transformer Oil) ist ein fortschrittliches Mittel zur vorausschauenden Wartung, das einen kontinuierlichen Überblick über den internen Betriebszustand des Transformators in Echtzeit bietet und somit eine frühzeitige Warnung vor dem Auftreten eines Fehlers ermöglicht und einen größeren Stromausfall wirksam verhindert.

Von offline zu online: die Entwicklung der Überwachungstechnologie

Bei der herkömmlichen Bewertung des Zustands von Transformatoren werden in regelmäßigen Abständen Ölproben aus den Geräten entnommen und zur Analyse an ein Speziallabor geschickt. Bei dieser Offline-Prüfmethode gibt es eine erhebliche Verzögerung. Da der Probenahmezeitraum in der Regel lang ist (z. B. einmal pro Jahr), können plötzliche Ausfälle, die zwischen den Prüfungen auftreten können, nicht rechtzeitig erkannt werden. Statistiken zeigen, dass ein erheblicher Anteil der Transformatorenausfälle innerhalb weniger Monate nach der jährlichen Prüfung auftritt, was die Grenzen der intermittierenden Prüfung aufzeigt.

Das Online-DGA-Überwachungssystem ist ein revolutionärer Durchbruch, da das Überwachungsgerät direkt auf dem Transformatorgehäuse installiert wird. Es ist in der Lage, die Gasentnahme und -analyse automatisch und ohne Unterbrechung rund um die Uhr durchzuführen und Echtzeitdaten an das Betriebs- und Wartungspersonal weiterzuleiten. Dieser proaktive, kontinuierliche Überwachungsmodus erfasst die schwächsten Frühsignale von Fehlern und verschafft wertvolle Zeit für vorbeugende Wartung und rechtzeitiges Eingreifen, wodurch eine Verschlimmerung von Fehlern sowie kostspielige Anlagenschäden und Netzlähmungen verhindert werden.

Kernwert der Online-DGA-Überwachung

Die Online-DGA-Überwachung bietet mehrere wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Offline-Tests:

• Frühzeitige Warnung vor AusfällenErkennung von Spuren fehlerhafter Gase aufgrund von Überhitzung, Lichtbogenbildung, Teilentladungen usw. und Warnung vor Problemen im Frühstadium.

• Verbesserung der Systemzuverlässigkeit: Durch die wirksame Verhinderung ungeplanter Ausfälle wird die Zuverlässigkeit der Stromversorgung des Netzes erheblich verbessert und die Sicherheit des Personals und der Anlagen am Standort gewährleistet.

• Optimierung der Lebensdauer und der Kosten von AnlagenRechtzeitige Wartungsmaßnahmen verringern die kumulativen Schäden am Isoliersystem eines Transformators und verlängern so seine effektive Lebensdauer. Langfristig überwiegen die wirtschaftlichen Verluste, die durch die Vermeidung eines einzigen größeren Ausfalls eingespart werden, bei weitem die anfängliche Investition in ein Online-Überwachungssystem.

• Datengestützte EntscheidungshilfeDer kontinuierliche Überwachungsdatenstrom bietet eine solide wissenschaftliche Grundlage für die Bewertung des Transformatorenzustands, das Lastmanagement und die Formulierung von Wartungsstrategien und fördert die Entwicklung von Betriebs- und Wartungsmodellen in eine intelligentere Richtung.

Funktionsprinzipien und Arten von Technologie

Das Funktionsprinzip einer Online-DGA-Anlage gliedert sich in zwei Hauptschritte: Zunächst werden die gelösten Gase aus dem Transformatorenöl abgeschieden und anschließend die Zusammensetzung und Konzentration dieser Gase genau analysiert. Die Extraktion der Gase erfolgt in der Regel mit Hilfe von Headspace-Kreisläufen oder hochselektiven Permeationsmembranen.

Je nach Überwachungsumfang und Analysetechnik werden Online-DGA-Überwachungsgeräte hauptsächlich in die folgenden Kategorien eingeteilt:

1. Taste GasmonitorDies ist ein wirtschaftliches Programm, das sich auf Kernindikatoren konzentriert, vor allem auf die Überwachung des Wasserstoffgehalts (H₂). Da die überwiegende Mehrheit der internen Transformatorfehler Wasserstoff erzeugt, kann die Überwachung dieses Gases eine wirksame Frühwarnung für eine Vielzahl potenzieller Probleme liefern. Allerdings ist es schwierig, allein anhand von Wasserstoffdaten eine genaue Diagnose der Fehlerursache zu stellen.

2. Multi-Gas-MonitorDieser Gerätetyp ist in der Lage, mehrere charakteristische Gase gleichzeitig zu messen und so eine genaue Diagnose der Fehlerart zu ermöglichen.

   • Fünf GasüberwachungFünf brennbare Gase, Wasserstoff, Methan, Ethan, Ethylen und Acetylen, werden in der Regel überwacht, um das Vorhandensein von Überhitzungen oder elektrischen Entladungsstörungen festzustellen.

   • Sieben GasüberwachungenDie Überwachung von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂) wurde zu den oben genannten Punkten hinzugefügt. Diese beiden Gase sind wichtige Indikatoren dafür, ob die festen Isoliermaterialien (z. B. Isolierpapier) im Inneren des Transformators altern oder sich zersetzen.

   • Neun GasüberwachungEs stehen die umfassendsten Daten über Gaskomponenten zur Verfügung, und durch eine umfassende Analyse können verschiedene Fehlerarten wie Lichtbogenbildung, Überhitzung bei hohen und niedrigen Temperaturen oder Teilentladungen genau unterschieden werden.

Zu den wichtigsten Analysetechniken gehören die derzeit gängigen Ansätze:

• Gaschromatographie (GC)Als Goldstandard in der Laboranalyse ist die Gaschromatographie in der Lage, ein breites Spektrum von Gaskomponenten genau zu trennen und zu quantifizieren, was äußerst zuverlässige Daten liefert. Moderne Online-GC-Systeme sind hochgradig automatisiert und mit einer automatischen Kalibrierung ausgestattet, um eine langfristige Betriebsstabilität zu gewährleisten.

• Infrarot-SpektroskopieDiese Technik umfasst u. a. die nichtdispersive Infrarotspektroskopie (NDIR) und die photoakustische Spektroskopie (PAS). Der große Vorteil besteht darin, dass die für die Chromatographie erforderlichen Trägergase und Verbrauchsmaterialien entfallen, wodurch die Wartung vereinfacht und die langfristigen Betriebskosten gesenkt werden.

Zukunftsaussichten

Mit dem Ausbau des intelligenten Stromnetzes entwickelt sich die Technologie zur Online-Überwachung von Transformatoren in Richtung einer stärkeren Integration und Intelligenz. Der künftige Trend besteht darin, DGA mit anderen Überwachungstechnologien (z. B. Durchführungsüberwachung, Teilentladungsüberwachung, Schwingungsanalyse usw.) zu integrieren, um ein umfassendes System zur Überwachung des Transformatorenzustands aufzubauen. Gleichzeitig wird durch die Kombination von künstlicher Intelligenz und Big-Data-Analysealgorithmen zur tiefgreifenden Auswertung der umfangreichen Überwachungsdaten eine genauere Fehlerdiagnose, Bewertung des Gesundheitszustands und Vorhersage der verbleibenden Lebensdauer erreicht und eine leistungsstarke Unterstützung für den intelligenten Betrieb und die Wartung des Stromnetzes der nächsten Generation geboten.