Kontinuierliche Zustandsüberwachung von Leistungstransformatoren: Durchführungen, Wicklungen, Stufenschalter, Kühlung und Isolierung in einem System
Wer einen ganzen Leistungstransformator — Durchführungen, Wicklungen, Laststufenschalter, Kühlung, Öl und Isolierung — in einem System überwachen und jederzeit wissen will, welche Last er sicher tragen kann, braucht einen modularen Monitor mit thermischem Modell und dynamischer Belastbarkeit. Der E3 kombiniert CPU und Netzteil mit bis zu zwölf Ein-, Ausgangs- und Kommunikationsmodulen auf Hutschiene, berechnet den Hotspot nach IEC 60076-7 / IEEE C57 und daraus die verbleibende Zeit und die maximal sichere Last, steuert Kühlung und Spannung und führt DGA-Geräte und andere IED anderer Hersteller in einer einzigen SCADA-Verbindung mit IEC 61850, DNP 3.0 oder Modbus zusammen. Er arbeitet von -40 °C bis 80 °C.
Eckdaten des E3
- Architektur: CPU und Weitbereichsnetzteil obligatorisch, dazu bis zu 12 Module in beliebiger Kombination — 12 Digitaleingänge, 8 Wechslerausgänge, 6 Analogeingänge, analoge E/A, Glasfaser und ein Multiport mit acht Ports — auf 35-mm-Hutschiene.
- Durchführungen und Teilentladungen: bis zu 12 Sensoren an den Messanschlüssen messen Kapazität und Verlustfaktor jeder Durchführung, mit Selbstlernfunktion; der Teilentladungsmonitor des E3 erfasst 15 Kanäle gleichzeitig, mit zwei Alarmstufen in mV oder pC und bis zu 2 Jahren Historie.
- Wicklungstemperatur: 4 Lichtwellenleiter-Fühler je Modul und bis zu 3 Module (12 Fühler), von -30 bis +200 °C mit einer Genauigkeit von ±2 °C oder 1 % vom Endwert.
- Thermisches Modell und Belastung: Hotspot nach IEC 60076-7 / IEEE C57 mit Verlusten je Stufe und Zustand der Kühlung; dynamische Belastbarkeit mit verbleibender Zeit und maximal sicherer Last sowie „What-if“-Berechnungen von Last für eine Zeit und Zeit für eine Last.
- Kühlung: prädiktive SMART-Kühlung und Steuerung von mehr als 4 diskreten Stufen, zweistufigen Lüftern, Parallelpumpen mit gleichmäßiger Verschleißverteilung und direkter Ansteuerung von Frequenzumrichtern.
- OLTC und Spannungsregelung: Motorstrom und -spannung, Zähler je Stufe, Kontaktverschleiß, Delta T und Pendelerkennung; Haupt- oder Reserveregler mit Leitungskompensation und Parallelbetrieb per Kreisstrom, Master-Follower, VAR-Aufteilung oder Blindwiderstandsumkehr.
- Fehler und GIC: Oberschwingungs- und Fehlerzählerkarte mit Gesamtzahl der Fehler, maximalem und kumuliertem Fehlerstrom, THD und dem Verhältnis gerader zu ungerader Oberschwingungen; GIC-Sensoren werden ohne Freischalten des Transformators installiert.
- Aufzeichnung und Kommunikation: 1-GB-Flashkarte, standardmäßig ein Jahr im 1-Minuten-Intervall mit bis zu 200 Datenpunkten pro Minute (bis zu 5 Jahre) und CSV-Export; IEC 61850, DNP 3.0, Modbus und TCP/IP über RS-232, RS-485, Ethernet in Kupfer oder Glasfaser und serielle Glasfaser.
Komplettlösung mit Serviceleistungen
- Überwacht alle wesentlichen Komponenten des Transformators.
- Führt die Daten zusammen und übernimmt die Kommunikation mit IED und DGA-Geräten anderer Hersteller am Transformator.
- Bietet einen einzigen Kommunikationspunkt für Meldungen.
- Die Supportleistungen LIFESTREAM® stellen die fachgerechte Umsetzung der Einheiten sicher und bieten Schulung und Unterstützung über den gesamten Lebenszyklus des Asset-Management-Programms.
Überwachungsfunktionen
| Thermisch | Öltemperatur oben, Wicklungstemperatur, Faseroptik, Alterung der Isolierung |
| Durchführungen | Änderung des Leistungsfaktors, Änderung der Kapazität, Teilentladungen |
| Energiesystem | Oberschwingungen, Lastprofil, Leistungsfaktor der Last, Spannungsniveau |
| Transformatorfehler | Fehlererkennung, Fehlerzählung, Akkumulation der Fehlergröße |
| Kern, Wicklung und DETC | DGA (Leitgas und Multigas), Feuchte, Teilentladungen |
| OLTC | Zeit seit dem letzten Durchgang durch Neutral, Stufenzähler, Kontaktverschleiß, übermäßige Stufenschaltungen, Motorausfall, Kontaktüberhitzung, langsame Stufenschaltung, Luftentfeuchter |
| GIC | Gleichströme im Sternpunkt und Oberschwingungen |
| Kühlsystem | Strom von Lüftern und Pumpen, Verlust der Kühlleistung, Schützausfall, Auslösung des Leistungsschalters, Wirkungsgrad der Kühlung, Betriebsstunden |
| Öl und Ölerhaltung | Ölstand mit Alarm, Ölleckage, Riss der Konservatormembran, Luftentfeuchter, Stickstoffdruck |
| Steuerungssystem | Schaltschrankheizung, Verlust der Hilfsenergie, Auslösung des Leistungsschalters, offen gelassene Schranktür, nicht in Automatik |
Höhere Zuverlässigkeit
Mit online erfassten Zustandsdaten erhalten die Anwender Meldungen, sobald ein Problem entsteht, und können handeln, bevor es sich ausweitet. 50 % der Durchführungsausfälle können in einem Brand enden; Offline-Prüfungen werden üblicherweise nur alle paar Jahre durchgeführt, während die Online-Überwachung durchgehend läuft, bei normaler Betriebstemperatur und Netzspannung.
Der Laststufenschalter weist die höchste Ausfallrate aller Einrichtungen am Transformator auf. Der E3 zeigt Probleme am Antrieb oder Motor des Stufenschalters früh an, indem er Motorstrom und -spannung überwacht und jede unerwartete Abweichung meldet. Für jede Stufenstellung wird ein eigener Zähler geführt, der den Verlauf des Betriebs zusammenfasst.
Geringere Instandhaltungskosten
Die erweiterte Analytik filtert die Zustandsdaten und erkennt automatisch, was eine Instandhaltungsmaßnahme erfordert. Betriebs- und Instandhaltungsmannschaften beheben damit Probleme, anstatt Daten von Hand zu erfassen. Meldungen werden über mehrere SCADA-Verbindungen und E-Mail-Benachrichtigungen an die jeweils zuständigen Stellen geleitet und lassen sich in gemeinsame, größere und kleinere Alarmgruppen gliedern.
Die Analytik des E3 umfasst die aktive Feuchtemodellierung, die erweiterte thermische Modellierung — genaue Wicklungstemperaturen, Alterung der Isolierung, dynamische Belastbarkeit, „What-if“-Berechnungen der Belastbarkeit, prädiktives Modell der Öltemperatur, Wirkungsgrad und Zustand des Kühlsystems — sowie den Zustand der Isolierung mit Fehlerzählung.
Maximale Lebensdauer und Belastbarkeit
Die dynamische Belastbarkeit gibt die im aktuellen Zustand verbleibende Zeit und die höchste Last an, die der Transformator angesichts des Zustands des Kühlsystems sowie der Umgebungs- und Betriebsbedingungen sicher tragen kann, ohne die thermische Grenze zu überschreiten. Auf dem prädiktiven Modell der Öltemperatur aufbauend beantwortet die „What-if“-Funktion zwei Fragen: wie lange der Transformator bei einer angenommenen Last betrieben werden kann, bevor eine Grenze überschritten wird, und welche maximale Last er über einen bestimmten Zeitraum halten kann.
Die prädiktive SMART-Kühlung schaltet das Kühlsystem früher ein, um den Verlust an Lebensdauer der Isolierung zu verringern und Überlastreserve für den späteren Tagesverlauf zu erhalten. Die Kühlungssteuerung unterstützt die diskrete Ansteuerung von mehr als vier Stufen, Lüfter mit zwei Drehzahlen, parallel geschaltete Pumpen mit automatischem Wechsel für gleichmäßigen Verschleiß und die direkte Ansteuerung von Frequenzumrichtern.
Sicherheit
- Online-Überwachung über SCADA-Anbindung, die das Lagebild für Mannschaften beim Betreten von Schaltanlagen verbessert.
- Erweiterte Analytik, die dafür sorgt, dass die Mannschaften das richtige Gerät und die richtigen Ersatzteile mitbringen: weniger Fahrten zur Anlage bedeuten geringere Gefährdung.
- Benutzeroberflächen mit wesentlichen Sicherheitshinweisen, diagnostischen Auswertungen und Hinweisen zur Fehlersuche.
Module und Architektur
Neben der CPU und der Stromversorgung, die in jeder Konfiguration zwingend sind, unterstützt der E3 bis zu zwölf Module. Das Multiport-Modul zählt unabhängig von der Anzahl der darauf gesteckten Karten als eines der zwölf.
| CPU und Stromversorgung | Anschluss über USB, Kupfer-Ethernet oder Glasfaser-Ethernet. Betrieb von 48 bis 275 V DC und von 60 bis 275 VAC bei 50 oder 60 Hz |
| Digitaleingang | 12 je Modul, isoliert mit 2,5 kV AC für 60 s und 5 kV Impuls, mit Status-LEDs |
| Digitalausgang | 8 Wechslerausgänge (Form C) je Modul, NO und NC, 6 A bei 250 VAC / 6 A bei 30 VDC |
| Analogeingang | 6 je Modul: 2 AC-Strom, 2 PT100-RTD (3-Leiter) und 2 DC-Eingänge, konfigurierbar für 0-1 mA, 4-20 mA oder 0-10 VDC |
| Analogeingang/-ausgang | Wie oben, zusätzlich 8 Ausgänge mit 4-20 mA, Genauigkeit ±0,2 % des Bereichs |
| Faseroptik | Temperaturfühler für die direkte Messung des Wicklungs-Hotspots |
| Multiport | OLTC-Motorstrom, zwei CT+, zwei PT100-RTD, AC+-Eingang, RS-232, RS-485, serielle Faseroptik und DC-Analog |
Produktdaten
| Montage | 35-mm-DIN-Schiene (1,37 in.) |
| Anschlussart | Nummerierte Klemmenblöcke (abnehmbar) |
| Betriebstemperatur | -40 °C bis 80 °C (-40 °F bis 176 °F) |
| Luftfeuchte | Bis 95 %, nicht kondensierend |
| Stromversorgung | DC-Eingang 48 bis 275 V DC; AC-Eingang 60 bis 265 V RMS, 47-63 Hz; 50 W |
| DC-Ausgang | 24 VDC nominal, unstabilisiert (18-32 V DC), 0,5 A |
| Leistungseingang | 275 VDC / 265 VAC rms maximal, IEC 60664 Überspannungskategorie II |
| Digitaleingänge | 125 VDC / 125 VAC rms maximal, IEC 60664 Kategorie I |
| Digitalausgänge | 125 VDC / 250 VAC rms maximal, IEC 60664 Kategorie I |
| Motorenergieeingang | 300 VAC rms maximal, 47-63 Hz |
| Spannungswandlereingänge | 150 VAC rms maximal, 47-63 Hz |
| Modulabmessungen | 166,87 mm hoch; 50,80 mm (2") oder 76,20 mm (3") breit; 105,66 mm tief |
| Kontakte der Digitalausgänge | 6 A bei 250 V AC / 6 A bei 30 V DC; 0,4 A ohmsch / 0,15 A induktiv bei 125 V DC |
| Lichtwellenleiter-Fühler | 4 je Modul, bis zu 3 Module (12 Fühler); -30 bis +200 °C; ±2 °C oder 1 % vom Endwert |
| Datenaufzeichnung | 1-GB-Flash; standardmäßig 1 Jahr im 1-Minuten-Intervall mit bis zu 200 Punkten (bis zu 5 Jahre); CSV |
Häufige Fragen
Welche Last kann der Transformator tragen und wie lange?
Die dynamische Belastbarkeit des E3 gibt die verbleibende Zeit im aktuellen Zustand bis zur Überschreitung der thermischen Grenze an und die maximal sichere Last bei aktuellem Zustand der Kühlung und den gegebenen Umgebungs- und Betriebsbedingungen. Mit dem prädiktiven Öltemperaturmodell zeigen die „What-if“-Berechnungen, wie lange eine bestimmte Last getragen werden kann und welche Höchstlast für eine vorgegebene Dauer zulässig ist.
Wie viele Daten speichert der E3?
Eine industrielle 1-GB-Flashkarte speichert die Daten in anwenderdefinierten Intervallen: standardmäßig ein Jahr im 1-Minuten-Intervall mit bis zu 200 Datenpunkten pro Minute und bis zu fünf Jahre, im CSV-Format, zusammen mit einer zeitgestempelten Alarmhistorie. Die Uhr wird über NTP, DNP oder Modbus synchronisiert.
Welche Komponenten des Transformators überwacht der E3?
Durchführungen, Wicklungen, Laststufenschalter, Kühlsystem, Öl und Ölerhaltungssystem, Kern und Wicklung, Steuerungssystem, durchlaufende Fehler und geomagnetisch induzierte Ströme.
Lässt sich das System mit Geräten anderer Hersteller verbinden?
Ja. Die offene Architektur erlaubt die Einbindung einer breiten Auswahl von Multigas-DGA-Geräten und Feuchtemonitoren anderer Hersteller über eine serielle Verbindung. Das erhält die Messgenauigkeit und eröffnet zusätzliche diagnostische Informationen.
Kann er den vorhandenen Spannungsregler ersetzen?
Der E3 übernimmt die Spannungsregelung des Transformators und lässt sich als primäre Regelung oder als Reserve für ein bestehendes System konfigurieren. Das verringert die Zahl der Geräte und der möglichen Fehlerstellen.
Wie wird auf die Daten zugegriffen?
Jede Einheit enthält ein Softwaresystem mit eigenen Webseiten: dynamische Belastbarkeit, Transformatorübersicht, Oberschwingungen, Gesamtklirrfaktor, Spannungsregelung und Temperaturen, jederzeit auch aus der Ferne verfügbar.
Was leistet DynamicMetrix® zusätzlich?
Es fasst die Daten mehrerer Monitore in einer einzigen webbasierten Visualisierungslösung zusammen, die Entscheidungen über einen großen Transformatorenbestand nach dem aktuellen und historischen Zustand jedes Betriebsmittels priorisiert.
Der Dynamic Ratings E3 wird von Dynamic Ratings hergestellt und von Amperis vertrieben.
