Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Zustandsbewertung von Isolieröl in Transformatoren mittels Ultraschall

Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung sowie Nutzen für die KMU

Die Überwachung der Isoliereigenschaften von Ölen ist ein wesentliches Kriterium für die Gewährleistung langer Lebensdauern von Betriebsmitteln, insbesondere von Leistungstransformatoren. Abweichungen vom Sollzustand können durch verspätetes Eingreifen zu einem gravierenden Fehler führen. Feuchtigkeit, Säure, Sauerstoff und andere Verunreinigungen im Isolieröl können einen Ausfall des Transformators provozieren, weshalb der Kontrolle des Isolieröls eine entscheidende Bedeutung zukommt.

In diesem Forschungsvorhaben soll ein neuartiges Messsystem entwickelt werden, mit dessen Hilfe zerstörungsfreie Online-Messungen mittels Ultraschall an den Betriebsmitteln durchgeführt werden können. Ölparameter wie der Feuchtegehalt, einzeln und in Abhängigkeit von Säure- und Gasgehalt, können somit kontinuierlich überwacht werden. Das Resultat ist ein schnelleres Eingreifen bei Überschreiten definierter Grenzwerte sowie die Vermeidung einer Beschädigung oder Ausfall des Betriebsmittels. Die Untersuchungen werden in einem druckdichten Prüfgefäß mit definierter Trocknungs- und Feuchteregulierung durchgeführt. Es wird der Einfluss auf die akustischen Kennwerte erforscht. Des Weiteren beinhaltet dies die Untersuchung dieser neuentwickelten Messmethode auf verschiedene Umwelteinflüsse (Öltemperatur, Druck sowie elektrische Feldbeeinflussung), wie sie im realen Betrieb eines Transformators auftreten. Das Projektziel mündet in einem Verfahren zum Online-Monitoring kostenrelevanter Betriebsmittel (z. B. Leistungstransformatoren). Der Vertrieb von derartigen Monitoring-Systemen findet maßgeblich durch KMU statt. Das neue Messverfahren kann in das Portfolio der Hersteller solcher Systeme aufgenommen werden und bietet einen Wettbewerbsvorteil deutscher KMU. Zudem dient das neue Verfahren der Aufrechterhaltung hoher Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit der deutschen Energieversorgung.

Ergebniszusammenfassung:

Ergebnisse

Als fundamentale Grundlage für die sensiblen Messungen wurde ein effizientes Prüf- und Messkonzept entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Eine realitätsnahe Nachbildung des Transformatorbetriebs (steuerbares Trocknungs- und Befeuchtungskonzept) mit und ohne Zirkulation des Öls, sowie das Anfahren unterschiedlicher Temperaturstufen wurde umgesetzt. Die Herstellung von Alterungsparametern wie Feuchte-, Gas- und Säuregehalt in einer Isolierölprobe sowie die Möglichkeit der Vermessung von feuchten Feststoffproben, ist ebenfalls erfolgreich umgesetzt worden. Die Ergebnisse der Ultraschallvermessung von Isolieröl mit unterschiedlichen Feuchte- und Temperaturstufen zeigen, dass für die betrachteten Prüffrequenzen eine erhebliche Temperaturabhängigkeit des Öls hinsichtlich der akustischen Eigenschaften vorliegt. Zur Extraktion der relevanten Signalinformation bezüglich Feuchtegrad, wurde die Temperaturabhängigkeit analytisch kompensiert. Ab Prüffrequenzen >= 10MHz zeigen sich Änderungen im Amplitudenverhalten in Abhängigkeit von der Ölfeuchte. Einige Ergebnisse der Ultraschallvermessung mit Säure- und Gasgehalten sowie feuchten Feststoffproben in einer Isolierölprobe zeigen von bestimmter Prüffrequenz auffälliges Verhalten.

Anwendungsmöglichkeiten

Die in diesem Projekt erzielten Ergebnisse sind vielfältig nutzbar. Der Nutzen bedeutet einerseits eine Weiterentwicklung neuer Ansätze mittels Ultraschall im Bereich der Isolierölanalyse. Andererseits bilden die durchgeführten Untersuchungen ein Nachschlagewerk für potentielle Interessenten aus dem Analysebereich. Es wurde gezeigt, dass Ultraschallvermessungen von verschiedenen Alterungsparametern in einem bestimmten Frequenzbereich ein auffälliges und auswertbares Verhalten zeigen. Die Ergebnisse dienen als Grundlage weiterer Forschungstätigkeiten hinsichtlich der Messbarkeit des Isolierölzustands mittels Ultraschall.