Was ist die Online-Überwachung von Transformator-Durchführungen? Ein ausführlicher Überblick über die Isolations- und Teilentladungsüberwachung

• Überwachung von Objekten: Hochspannungsdurchführungen für Transformatoren – eine Schlüsselkomponente, die die inneren Wicklungen des Transformators mit den externen Sammelschienen verbindet. Der Isolationszustand der Durchführungen steht in direktem Zusammenhang mit dem sicheren Betrieb des Transformators; eine Verschlechterung der Isolation ist die häufigste Fehlerursache bei Durchführungen.
• Grundsätze der Überwachung: Durch einen Null-Magnetfluss-Stromwandler werden die Erdungsstromsignale der Endabschirmung der Isolierhülse erfasst; daraus werden die drei Kernparameter Leckstrom, Dämpfungsverlust und Kapazität ermittelt; anhand der Entwicklung dieser Parameter wird der Isolationszustand der Isolierhülse beurteilt
• Zwei Überwachungsdimensionen: Die Isolationsüberwachung bewertet den Gesamtisolationszustand der Durchführung anhand von Veränderungen des Verlustfaktors und der Kapazität; die Teilentladungsüberwachung erkennt Isolationsfehler im Frühstadium, indem sie Signale lokaler Entladungen im Inneren der Durchführung erfasst.
• Non-Stop-Installation: Die Sensorkarte wird am Erdungskabel am Ende der Hülse angebracht und ist vollständig vom Hochspannungskreis getrennt; für die Installation ist keine Unterbrechung der Stromversorgung erforderlich.

1. Warum ist eine Online-Überwachung von Futterrohren erforderlich?

Hochspannungsdurchführungen gehören zu den wichtigsten Bauteilen eines Transformators und nehmen die gesamte Phasenspannung und den Laststrom auf. Der Isolieraufbau der Durchführung besteht aus einem inneren leitenden Stab, einem Kondensatorkern und einer äußeren Porzellanummantelung (oder einer Verbundisolierhülle). Im Betrieb altert der Kondensatorkern aufgrund von elektrischer und thermischer Beanspruchung sowie Umwelteinflüssen allmählich, was zu einem Anstieg des Verlustfaktors und einer Kapazitätsdrift führt; in schweren Fällen kann es zu einem Isolationsdurchschlag kommen.

Die Folgen eines Defekts an einer Isolierhülse sind äußerst schwerwiegend – bereits der Durchschlag einer einzigen Hülse kann zu einem Brand oder sogar zur Explosion des Transformators führen. Die herkömmliche Isolationsüberwachung stützt sich auf regelmäßige vorbeugende Prüfungen bei Stromausfall, wobei zwischen zwei Prüfungen mehrere Jahre liegen können, sodass Veränderungen des Isolationszustands in dieser Zeit nicht erfasst werden. Die Online-Überwachung der Isolationsbuchsen schließt diese Lücke und liefert durch kontinuierliche Überwachung Echtzeitdaten zum Isolationszustand der Buchsen.

2. Zentrale Überwachungsparameter

3. Der Unterschied zwischen Isolationsüberwachung und Teilentladungsüberwachung

3.1 Isolationsüberwachung – Überblick über den Gesamtzustand

Bei der Isolationsüberwachung steht die Gesamtisolationsleistung der Durchführungen im Mittelpunkt. Durch die kontinuierliche Messung des Verlustfaktors und der Kapazität lässt sich der Alterungsgrad der Isolierung der Durchführungen beurteilen. Ein langsamer Anstieg des Verlustfaktors ist ein Zeichen für eine normale Alterung der Isolierung; ein beschleunigter Anstieg des Verlustfaktors oder eine plötzliche Abweichung der Kapazität sind hingegen Anzeichen für ein Isolationsproblem. Die Isolationsüberwachung konzentriert sich auf mittel- bis langfristige Trendveränderungen.

3.2 Überwachung partieller Entladungen – Erkennung lokaler Defekte

Bei der Überwachung auf Teilentladungen wird geprüft, ob im Inneren der Isolierhülse Teilentladungen auftreten. Selbst bei insgesamt guter Isolierung können winzige Luftspalten, Verunreinigungen oder mechanische Beschädigungen im Inneren der Isolierhülse Teilentladungen auslösen. Die Überwachung auf Teilentladungen erfasst diese frühen Anzeichen von Defekten und dient vor allem der frühzeitigen Fehlerwarnung.

3.3 Integrierte Lösung

Einige Isolationsüberwachungssysteme für Isolierhülsen vereinen sowohl Isolationsüberwachung als auch Teilentladungsüberwachung und bieten auf einer einzigen Plattform eine umfassende Zustandsbewertung der Isolierhülsen, die sowohl den Gesamtzustand als auch lokale Bereiche abdeckt. Für wichtige Transformatoren bietet diese integrierte Lösung die umfassendste Überwachung der Isolierhülsen.

4. häufig gestellte Fragen

4.1 Frage: Worin besteht der Unterschied zwischen der Überwachung der Isolierhülse und der Überwachung des Transformators selbst?

Antwort: Die Durchführungen sind vom Transformatorgehäuse unabhängige Bauteile mit einer eigenen Isolationsstruktur und eigenen Fehlermodi. Die Ölchromatographie oder die Überwachung partieller Entladungen bei Transformatoren deckt hauptsächlich Fehler im Inneren des Transformatorbehälters ab, während Probleme an den Durchführungen (z. B. Risse im Porzellan oder Feuchtigkeit im Kondensatorkern) vom Überwachungssystem des Hauptkörpers möglicherweise überhaupt nicht erkannt werden. Daher benötigen Durchführungen ein spezielles Überwachungskonzept.

4.2 Frage: Bedeutet ein Anstieg der Verlustleistung zwangsläufig, dass die Hülse ausgetauscht werden muss?

Antwort: Nicht unbedingt. Ein langsamer Anstieg der Verlustleistung ist ein normaler Alterungsprozess der Isolierung. Solange die Anstiegsrate stabil bleibt und der absolute Wert noch im kontrollierbaren Bereich liegt, kann der Betrieb fortgesetzt werden. Sollte die Verlustleistung jedoch schneller ansteigen oder innerhalb kurzer Zeit deutlich sprunghaft ansteigen, muss so bald wie möglich eine Wartung oder ein Austausch veranlasst werden.

4.3 Frage: Kann das Mantelrohr-Überwachungssystem auch andere Anlagen überwachen?

Antwort: Das technische Prinzip der Mantelüberwachung (Erfassung der Isolationsparameter anhand des Erdungsstroms am Endschirm) lässt sich auch auf andere kapazitive Geräte anwenden – wie beispielsweise Stromwandler, Spannungswandler und Hochspannungs-Überspannungsableiter. Mit einem einzigen System lässt sich der Isolationszustand verschiedener kapazitiver Geräte in einem Umspannwerk gleichzeitig überwachen.

4.4 Frage: Sind Außenrohre stark von Umwelteinflüssen betroffen?

Antwort: Der Einfluss ist erheblich. Regen, Verschmutzungen und Temperaturschwankungen können sich auf den Oberflächenableitstrom und den Verlustfaktor der Isolierhülse auswirken. Ein gutes Überwachungssystem unterscheidet mithilfe von Algorithmen zur Umgebungskompensation und Trendanalysen zwischen Umgebungsschwankungen und einer tatsächlichen Verschlechterung der Isolierung.

4.5 Frage: Müssen für die Installation der Futterrohrüberwachung Änderungen am Futterrohr selbst vorgenommen werden?

Antwort: Nein. Der Sensor wird an der Erdungsleitung der Endabschirmung der Isolierhülse angebracht, kommt nicht mit den Hochspannungsteilen in Berührung und erfordert keine Änderungen am Isolierhülsenkörper. Vor der Installation muss jedoch überprüft werden, ob die Art der Erdung der Endabschirmung für die Montage des Sensors geeignet ist.

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