Überwachung von Leistungstransformatoren
Umfassende Zustandsüberwachung für kritische Leistungstransformatoren – einschließlich Wicklungstemperatur, gelöste Gase, Teilentladungen, Durchführungen, OLTC, Ölzustand, Kühlsysteme und weiterer wichtiger Betriebsparameter.
Die Überwachung von Leistungstransformatoren kombiniert mehrere Zustandsindikatoren, um aufkommende Störungen zu erkennen, Wartungsentscheidungen zu unterstützen und die Verfügbarkeit der Transformatoren zu verbessern.
Warum die Überwachung von Leistungstransformatoren wichtig ist
Große Leistungstransformatoren sind jahrzehntelang einer ständigen Belastung ausgesetzt. Im Laufe der Zeit kann sich diese Belastung auf verschiedene Weise gleichzeitig bemerkbar machen:
- Elektrische Belastung
- Thermische Belastung
- Mechanische Beanspruchung
- Alterung der Isolierung
- Lastschwankung
- Verschleiß des Kühlsystems
- Störungen im Hilfssystem
Kein einzelner Überwachungsparameter kann den Zustand eines Leistungstransformators vollständig widerspiegeln.
Aus diesem Grund basiert die Überwachung von Leistungstransformatoren in der Regel auf einer Kombination verschiedener Parameter – Temperatur, Gasanalyse, Teilentladungen, Zustand der Durchführungen, Zustand des OLTC, Ölstand und -druck sowie Status des Kühlsystems – und nicht auf einer einzelnen Messgröße. Im nächsten Abschnitt wird detailliert erläutert, was bei einem Leistungstransformator tatsächlich überwacht werden sollte und warum.
Was sollte bei einem Leistungstransformator überwacht werden?
Anstatt in Produkten zu denken, ist es sinnvoller, den Transformator nach seinen einzelnen Komponenten zu betrachten – jedes Bauteil weist ein eigenes Risikoprofil und eigene relevante Überwachungsparameter auf.
Wicklung
- Temperatur am Hotspot
- Thermische Bedingungen
- Risiko der Alterung der Isolierung
Transformatoröl
- Gelöste Gase
- Öltemperatur
- Ölzustand
Dämmsystem
- Teilentladung
- Entstehung von Dämmungsmängeln
Buchsen
- Zustand der Isolierung
- Kapazität / dielektrisches Verhalten
- Anomalien beim Leckstrom
OLTC
- Schaltbedingung
- Kontaktzustand
- Mechanische Anomalien
Tank & Zubehör
- Ölstand
- Druck
- Kühlsystem, Lüfter und Pumpen
Nicht bei jedem Transformator müssen alle Parameter überwacht werden. Die tatsächliche Konfiguration hängt von der Bedeutung der Anlage, der Betriebsumgebung, den bereits installierten Sensoren und der Wartungsstrategie ab.
Überwachung der Wicklungstemperatur und von Hotspots
- Die Belastung des Transformators führt zu thermischer Beanspruchung im Inneren der Wicklung
- Lokale Wärmepunkte können die Alterung der Dämmung beschleunigen
- Externe Temperaturmessungen geben möglicherweise nicht vollständig die Bedingungen im Inneren der Wicklung wieder.
- Informationen zu Hotspots helfen bei der Bewertung der Belastbarkeit und der Kühlleistung
- Geeignet für kritische Leistungstransformatoren und stark belastete Transformatoren
Überwachung von gelöstem Gas und Transformatoröl
Wenn es im Inneren eines ölgefüllten Leistungstransformators zu innerer Überhitzung, Lichtbogenbildung, Entladungsaktivität oder Isolationszerfall kommt, können sich im Laufe der Zeit charakteristische Gase im Öl ansammeln. Die Verfolgung dieser Gasentwicklungen – und nicht das bloße Ablesen eines einzelnen Testergebnisses – hilft dabei, einen sich anbahnenden Fehler frühzeitig zu erkennen.
- Interne Überhitzung
- Lichtbogenbildung
- Entladungsaktivität
- Zersetzung der Isolierung
- Entwicklung des Verwerfungsverlaufs
Überwachung von Teilentladungen und des Isolationszustands
In einem Leistungstransformator können die Wicklungsisolierung, die Hauptisolierung, die Anschlüsse, die Durchführungen und die Öl-Papier-Isolierung im Laufe der Zeit punktuelle Defekte oder eine allmähliche Verschlechterung aufweisen.
- Entstehende Dämmungsmängel erkennen
- Entladungsaktivität verfolgen
- Entwicklungen des Zustands vergleichen
- Priorisierung von Wartungsmaßnahmen unterstützen
- Das Risiko unerwarteter Ausfälle verringern
Zustandsüberwachung von Transformator-Durchführungen
Durchführungen bilden die entscheidende Verbindung zwischen dem internen Isolationssystem eines Transformators und dem externen Hochspannungsnetz, wodurch sie einer ständigen dielektrischen Beanspruchung ausgesetzt sind.
- Zersetzung der Isolierung
- Anormales dielektrisches Verhalten
- Kapazitätsänderungen
- Anomalien beim Leckstrom
- Entstehung von Buchsenfehlern
Zustandsüberwachung von Laststufenschaltern
Das OLTC vereint mechanische Schaltfunktion mit elektrischem Kontaktverhalten und ist damit eines der am stärksten beanspruchten Bauteile eines Leistungstransformators.
- Schaltvorgang
- Kontaktzustand
- Antriebsmechanismus
- Mechanische Anomalien
- Elektrische Störungen
- Geschäftsentwicklung
Überwachung von Ölstand, Öldruck und Kühlsystem
Die Zuverlässigkeit eines Transformators hängt nicht nur von der Wicklung und dem Isolationssystem ab, sondern auch vom Zustand der Ölkonservierungs- und Kühlanlagen.
Ölkonservierung
- Ölstand
- Druck
- Anzeige eines ungewöhnlichen Ölverlusts
Kühlsystem
- Fans
- Pumpen
- Heizkörper
- Status der Kühlstufe
Thermische Bedingungen
- Maximale Öltemperatur
- Kühlleistung
Transformatorfehler und die Überwachungsmethoden zu ihrer Erkennung
| Transformatorrisiko | Entsprechende Überwachungsmethode |
|---|---|
| Überhitzung der Wicklung | Die Überwachung der Wicklungstemperatur bzw. von Hotspots kann dabei helfen, dies festzustellen |
| Interner thermischer Fehler | DGA in Kombination mit der Temperaturüberwachung liefert unterstützende Anhaltspunkte |
| Verschleiß der Isolierung | Die Überwachung von Teilentladungen in Kombination mit der DGA kann die Beurteilung unterstützen |
| Verschleiß der Buchsen | Die Zustandsüberwachung von Buchsen liefert aussagekräftige Hinweise |
| OLTC-Anomalie | Die OLTC-Zustandsüberwachung hilft dabei, auffällige Trends zu erkennen |
| Ausfall der Kühlung | Die Temperaturüberwachung in Verbindung mit der Lüfter- und Pumpenüberwachung hilft dabei, dies zu erkennen |
| Ungewöhnlicher Ölstand | Die Ölstandsüberwachung liefert eine direkte Anzeige |
| Ungewöhnlicher Druck im Tank | Die Drucküberwachung liefert einen direkten Anhaltspunkt |
Keine Überwachungsmethode allein kann einen Fehler mit Sicherheit diagnostizieren – jede liefert lediglich einen Hinweis oder einen Trend, der bei der Beurteilung hilft, und die Ergebnisse sollten im Zusammenhang mit einer Vor-Ort-Begehung und einer Wartungsbeurteilung interpretiert werden.
Integrierte Architektur zur Überwachung von Leistungstransformatoren
Eine vollständige Überwachungsdatenkette verläuft in der Regel vom Transformator selbst über die Erfassung und Aufzeichnung der Messdaten bis hin zu einer Kommunikationsebene und schließlich zu einer Steuerungs- oder Überwachungsplattform.
Je nach vorhandener Ausrüstung, vorhandenen Sensoren, Transformatorentyp und dem angeschlossenen Steuerungssystem können für verschiedene Projekte unterschiedliche Überwachungskombinationen gewählt werden. Eine Überwachungskonfiguration kann auf die tatsächlichen Risikopunkte jedes einzelnen Transformators zugeschnitten werden – es ist nicht erforderlich, bei jedem Projekt ein komplettes, allumfassendes Überwachungssystem zu installieren.
Überwachung von Leistungstransformatoren in verschiedenen Betriebsumgebungen
Leistungstransformatoren für Umspannwerke
In Übertragungs- und Verteilerstationen ist der Haupttransformator eine kritische Anlage – seine Überwachung ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Störungen und trägt dazu bei, seinen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
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Generator-Hochspannungstransformatoren verbinden die Stromerzeugung direkt mit dem Netz, weshalb die Wicklungstemperatur, der Zustand der Isolierung und die allgemeine Betriebssicherheit in der Regel hohe Priorität haben.
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Stahlwerke, petrochemische Anlagen, Bergwerke und andere große Industrieanlagen sind darauf angewiesen, dass ihre kritischen Leistungstransformatoren betriebsbereit bleiben, weshalb die Zustandsüberwachung ein wesentlicher Bestandteil der Produktionssicherheit ist.
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Die wichtigsten Aufwärtstransformatoren in Wind-, Solar- und Energiespeichersystemen arbeiten unter variabler Last, wobei die Zustandsüberwachung eine proaktive Wartungsplanung unterstützt.
Erfahren Sie mehr über erneuerbare Energien →Empfohlene Produkte zur Überwachung von Leistungstransformatoren
Ein genauerer Blick auf die Produkte, die hinter den oben genannten Überwachungsfunktionen stehen – Wicklungs- und Öltemperaturanzeigen, Glasfaser-Temperatursensoren, DGA, Teilentladungs-, Durchführungs- und OLTC-Überwachungssysteme.
BWR2 Wicklungstemperaturanzeige
WTI-Messgerät zur Anzeige der Wicklungstemperatur von ölgefüllten Transformatoren, zur Kühlungssteuerung, zur Alarmausgabe und als Auslöseschutz.
BWY2 Öltemperaturanzeige
OTI-Messgerät zur Anzeige der Temperatur von Öl in Öltransformatoren, zur Kühlungssteuerung und zur Ausgabe eines Übertemperaturalarms.
3-Kanal-Glasfaser-Temperaturmessumformer
Fluoreszenz-Punktsensor, speziell für die Überwachung von Hotspots in Drehstromwicklungen ausgelegt, mit RS485-Ausgang zur Integration in SCADA-/DCS-Systeme.
Online-DGA-Überwachungssystem
Gerät zur Analyse von in Transformatoröl gelöstem Gas zur Erkennung von Fehlergasen, zur Überwachung mittels Ölchromatographie und zur frühzeitigen Warnung vor Isolationsfehlern.
Überwachungssystem für Transformator-Durchführungen
Online-Überwachung der Isolierung von Durchführungen und der Teilentladungen, einschließlich Gesamtstrom, Kapazität, dielektrischer Verlust und Teilentladungen.
Online-Überwachungssystem für Transformator-OLTC
INNO-OLTC überwacht Strom, Temperatur, Vibrationen, Drehmoment und Stufenschaltung des Stufenschalters und verfügt über eine Fehlerwarnung sowie Diagnosefunktionen.
Online-Überwachungssystem für Teilentladungen
Kontinuierliche PD-Erkennung mittels UHF-, HFCT- und Ultraschallsensoren, PRPD-Musteranalyse und Alarmausgabe zur Überwachung des Isolationszustands.
Gepanzerter Glasfaser-Temperatursensor
Gepanzerter Glasfaser-Temperatursensor zur Messung von Hotspots in den Wicklungen von ölgekühlten Transformatoren, mit verstärktem Schutz und Ölverträglichkeit.
Mit Polyimid beschichteter Glasfasersensor
Flexible, mit Polyimid beschichtete Lichtleitersonde zur Messung von Heißstellen in Wicklungen unter Verwendung einer auf der Lebensdauer basierenden fluoreszierenden optischen Sensorik.
Glasfaser-Temperaturmesssystem
Glasfaser-Temperaturmesssystem zur Echtzeit-Erkennung von Überhitzungsstellen in den Wicklungen von ölgekühlten Leistungstransformatoren.
So wählen Sie eine Konfiguration zur Überwachung von Leistungstransformatoren aus
Es gibt kein einheitliches Standardpaket, das für jeden Transformator geeignet ist. Bei der Auswahl sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden:
- Transformatortyp
- Spannungspegel
- Bedeutung/Kritikalität von Transformatoren
- Beladungszustand
- Ausfallhistorie
- Vorhandene Sensoren
- Bestehende Überwachungsgeräte
- Erforderliche Überwachungsparameter
- Bestehendes SCADA- bzw. Steuerungssystem
- Wartungsstrategie
Grundlegende Betriebsüberwachung
Temperatur, Ölstand, Kühlung und grundlegende Betriebsbedingungen.
Zustandsüberwachung
Temperaturmessung in Kombination mit DGA und der Überwachung der Isolierung.
Umfassende Zustandsüberwachung
Mehrere Transformator-Subsysteme, die entsprechend den Projektanforderungen integriert wurden.
Hierbei handelt es sich eher um Konfigurationsbeispiele als um festgelegte Pakete – die richtige Kombination hängt vom jeweiligen Transformator und Projekt ab.
Häufig gestellte Fragen zur Überwachung von Leistungstransformatoren
Welche Parameter sollten bei einem Leistungstransformator überwacht werden?
Je nach Bedeutung des Transformators und seiner Betriebsumgebung kann die Überwachung folgende Parameter umfassen: Wicklungs- und Öltemperatur, gelöste Gase, Teilentladungen, Zustand der Durchführungen, Zustand des OLTC, Ölstand, Behälterdruck und Status des Kühlsystems.
Reicht die Temperaturüberwachung aus, um den Zustand eines Transformators zu beurteilen?
Die Temperatur ist ein nützlicher und gängiger Indikator, spiegelt jedoch lediglich den thermischen Zustand wider. Für die Isolierung, die Entladungsaktivität sowie den Zustand der Durchführungen und des OLTC sind eigene, spezielle Überwachungsmethoden erforderlich, um ein umfassenderes Bild zu erhalten.
Was ist der Unterschied zwischen DGA und der Überwachung von Teilentladungen?
DGA erfasst im Laufe der Zeit die im Transformatoröl gelösten, auf Fehler zurückzuführenden Gase. Die Teilentladungsüberwachung erfasst die elektrische Entladungsaktivität direkt im Isolationssystem. Die beiden Methoden untersuchen unterschiedliche physikalische Anzeichen und werden häufig gemeinsam eingesetzt.
Warum sollten Transformator-Durchführungen überwacht werden?
Durchführungen befinden sich an der Grenze zwischen der inneren Isolierung des Transformators und dem äußeren Hochspannungsnetz. Im Laufe der Zeit kann es bei ihnen zu einer Verschlechterung der Isolierung oder zu Anomalien beim Leckstrom kommen – Probleme, die durch eine spezielle Überwachung der Durchführungen erfasst werden können.
Warum ist die OLTC-Zustandsüberwachung wichtig?
Der OLTC vereint mechanische Schaltvorgänge mit elektrischem Kontaktverhalten und wird weitaus häufiger betätigt als die meisten anderen Transformatorenkomponenten, weshalb er häufig Ursache für auftretende mechanische oder elektrische Störungen ist.
Kann ein bestehender Transformator mit einer Online-Überwachung nachgerüstet werden?
In vielen Fällen ja. Der realisierbare Umfang hängt von der bestehenden Struktur des Transformators, den verfügbaren Installationspunkten und dem Zugang für Sensoren ab – dies wird in der Regel im Rahmen einer Projektprüfung bestätigt.
Können vorhandene Transformatorsensoren integriert werden?
Vorhandene Sensoren und Messgeräte lassen sich oft in eine Online-Überwachungskonfiguration integrieren, je nach Signaltyp und Kompatibilität mit der Überwachungsplattform.
Können die Überwachungsdaten von Transformatoren an das SCADA-System angebunden werden?
Ja. Unsere Überwachungsprodukte unterstützen in der Regel Standard-Kommunikationsschnittstellen wie Modbus oder DL/T860 für die Integration in SCADA-, Umspannwerksautomatisierungs- oder Transformatorüberwachungsplattformen.
Benötigt jeder Transformator dieselbe Überwachungskonfiguration?
Nein. Die Konfiguration sollte die Bedeutung jedes Transformators, seine Betriebsumgebung, seine Ausfallhistorie und die vorhandene Messtechnik berücksichtigen – die wichtigsten zu berücksichtigenden Faktoren finden Sie im obigen Auswahlleitfaden.
Wie wähle ich die richtigen Überwachungsfunktionen für meinen Transformator aus?
Beginnen Sie mit den Risikopunkten und Wartungsprioritäten des Transformators und arbeiten Sie dann die oben genannten Auswahlkriterien durch. Unser Team kann Ihnen dabei helfen, eine geeignete Überwachungskonfiguration zu finden, die Ihren Anforderungen entspricht.
Erstellen Sie die richtige Überwachungskonfiguration für Ihren Leistungstransformator
Verschiedene Transformatoren haben unterschiedliche Überwachungsprioritäten. Die Überwachungsarchitektur sollte entsprechend dem Transformatorentyp, der betrieblichen Bedeutung, den vorhandenen Messgeräten, den Risikopunkten und der erforderlichen Systemintegration ausgewählt werden.
