Duke Energy: Bessere Entscheidungen zur Wartung von Leistungstransformatoren mittels DGA-Multigas-Onlineüberwachung

Dieser Text beschreibt, wie Duke Energy, einer der größten Energieanbieter in den Vereinigten Staaten, die DGA-Online-Multigaslösung von Vaisala zur Überwachung von Leistungstransformatoren einsetzt, um das Asset Management zu verbessern und ungewollte Arbeitskosten sowie ungeplante Ausfälle drastisch zu reduzieren.

Herausforderung:
Effektive und effiziente Überwachung von Transformatoren, für die häufige Probenahmen und eingehende Analysen potenzieller Fehler erforderlich sind

Duke verwaltet Hunderte von Umspannwerken mit Tausenden von Transformatoren, von denen einige niedrige Nennspannung aufweisen und zu Preis angeboten werden, der eine permanente DGA-Onlineüberwachung nicht rechtfertigt. Dies gilt für viele Mittelspannungs- und auch einige Hochspannungstransformatoren. Für diese Transformatoren ist derzeit ein Überwachungsverfahren mit jährlicher oder halbjährlicher Probenahme implementiert. Die Häufigkeit der Probenahmen wird ergebnisabhängig bis hin zu wöchentlichen Probenahmen angepasst. Das erhöht die Betriebs- und Wartungskosten drastisch. 

Bei Duke gilt ein sorgfältig entwickeltes Überwachungs- und Probenahmeprotokoll. Wenn dieses System potenzielle Probleme bei kleineren Transformatoren im Bestand des Unternehmens aufdeckte, konnte das Personal vor Ort nur die Häufigkeit der Ölprobenahme erhöhen, um Gasungsmuster und potenzielle Fehler zu erkennen. Dies war ein teures und für die Wartungsteams zeitaufwendiges Verfahren. Die Kosten für das Nehmen und Analysieren einer Ölprobe aus einem Transformator sind erheblich. Zudem müssen die Entscheidungsträger bis zu 24 Stunden warten, bis sie die Daten erhalten. 

Duke benötigte eine sicherere und kosteneffizientere Lösung, um den Zustand der Transformatoren zu überwachen. 

Diese Fallstudie befasst sich mit zwei Transformatoren, die mit dem mobilen OPT100 für Online-DGA von Vaisala überwacht wurden. Der erste Transformator war einphasig, weil die anderen Phasen bereits ausgefallen waren. Die zweite Einheit zeigte besorgniserregende Gasung und war für das lokale Netz unverzichtbar. Eine Ersatzeinheit war nicht verfügbar und die Last konnte bei einem Ausfall nicht umgelagert werden. 

Lösung:
Mobile DGA-Onlineüberwachung für Echtzeitanalysen

Auf der Suche nach einer Lösung, die es den Wartungsteams ermöglicht, Öl vor Ort zu analysieren, statt es zur Ermittlung der DGA-Daten an ein Labor schicken zu müssen, testete Duke Energy die mobile Überwachungslösung OPT100 von Vaisala in einem Umspannwerk auf Eagle Island außerhalb von Wilmington, NC, im Rahmen eines viermonatigen Pilotprojekts, das im Dezember 2020 begann. 

Mit der Optimus™ Technologie von Vaisala stellt diese Lösung eine wartungsfreie Möglichkeit zum Messen der Fehlergasen in Transformatoren dar. Das NDIR Kernsystem basiert auf einer seit Jahrzehnten bewährten Vaisala Technologie, dank der ein OPT100 langfristig zuverlässige Messergebnisse liefert. Der OPT100 benötigt weder Wartung noch Verbrauchsmaterialien, ist robust und einfach zu installieren (weniger als zwei Stunden), sodass er als transportable Plattform auf dem US-amerikanischen Markt einzigartig positioniert ist. 

Der Optimus ermöglicht die Überwachung von Fehlergasen – Methan (CH4), Ethan (C2H6), Ethylen (C2H4), Acetylen (C2H2), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) – in Echtzeit. Analysetools wie Duval-Dreiecke, Kennzahlen oder Analysesoftware, die DGA in Echtzeit zur Last und zu anderen Faktoren ins Verhältnis setzt, ermöglichen eingehendere Analysen. Das Nehmen von Proben und deren anschließende Analyse im Labor ist deutlich weniger effektiv.

Nach der Installation am ersten Standort zeigten die gesammelten Daten, dass der Transformator arbeitete und keine Probleme aufwies, die unmittelbar behoben werden mussten. Aufgrund der Mobilität des OPT100 beschloss das Wartungsteam des Duke-Umspannwerks, den Monitor an einem Transformator mit größerem Problempotenzial einzusetzen. Da sich das betreffende Umspannwerk in einer Entfernung von einer Stunde zur nächstgelegenen Wartungseinrichtung befand, konnte Duke zudem Einsparungen – Zeit und Ressourcen – erzielen. Es musste kein Wartungspersonal entsendet werden, um Proben zu nehmen, hin- und zurückzufahren und dann die erforderlichen Formulare auszufüllen, damit die Probe analysiert werden konnte. 

Im Rahmen des Projekts musste Duke die DGA-Daten regelmäßig und kontinuierlich erheben und analysieren können. Dank der in Echtzeit erhobenen Daten konnten mögliche Probleme effektiv interpretiert werden. Dies war insbesondere deshalb hilfreich, weil Duke nur über begrenzte Ressourcen für Betrieb und Wartung verfügte.

Eine Interpretation der Gasungsmuster und -intensität war in früheren Jahren aufgrund der seltenen Probenahme nicht möglich. Die tatsächlichen Gasungsmuster ließen sich nur schwer erkennen und exakte Prognosen zum Zeitpunkt des Auftretens von Ereignissen waren kaum möglich. Weil der Onlinemonitor die gelösten Fehlergase kontinuierlich misst und die Daten stündlich ausgibt, profitierte der Versorger von präzisen und zuverlässigen Echtzeitdaten für Trendanalyse und Korrelation mit anderen Faktoren wie Last und Temperaturen bis hin zu Teilentladung. 

Die Verfügbarkeit der Daten in Echtzeit spart Zeit und Geld für Betrieb und Wartung 

Die letzte manuelle Probe aus dem fast 70 Jahre alten und unverzichtbaren Transformator in diesem Umspannwerk zeigte einen deutlichen Anstieg von Ethan, Acetylen und Wasserstoff. Zwei Wochen nach der Installation des mobilen OPT100 an der neuen Position im Umspannwerk stellte der Versorger Gasungen des Transformators fest. Die Ereignisse dauerten über die folgenden vier Wochen an. 

Nachdem das mobile Onlineüberwachungssystem OPT100 installiert wurde und Daten lieferte, konnte das Duke-Wartungsteam Folgendes erreichen: 

• Gasdaten aus der Ferne verfolgen und auf Trends analysieren – schnell und einfach
• Daten des DGA-Onlinemonitors mit herkömmlichen Probendaten aus dem Labor vergleichen und integrieren, um einen zusammenhängenden Verlauf der DGA-Tests des Transformators bereitzustellen
• Vollständige Diagnose des jeweiligen Transformators durchführen, einschließlich der Identifizierung von Anomalien und Gasungsereignissen, die bei herkömmlichen Probenahmeverfahren übersehen werden

„Die wichtigsten Verkaufsargumente für den Monitor sind die Mobilität, die einfache Bereitstellung und die Tatsache, dass er in Echtzeit Daten liefert, die fundierte Entscheidungen ermöglichen“, sagte Adam Long, leitender Transformatortechniker. „Dank der Konnektivität und der Möglichkeit des Fernzugriffs auf die Daten müssen wir unsere Mitarbeiter nicht zur Datenerfassung schicken, weil das Gerät Daten bereitstellt, die an einem anderen Ort analysiert werden können.“

Nach der Installation des OPT100 konnte Duke schnell einen kontinuierlichen Anstieg des Acetylens feststellen: ein kumulatives, inkrementelles Wachstum, das durch manuelle Probenahmen im Pilotprojekt bestätigt wurde. Duke konnte den Acetylentrend des Transformators analysieren und erkannte ein Problem, das schnell behoben werden musste. Glücklicherweise musste der betreffende Transformator sowieso für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden und stand auf der Liste der in naher Zukunft auszutauschenden Geräte.

Dank der Überwachungsdaten erfuhr das Wartungsteam jedoch, dass der Wartungsplan beschleunigt und – noch wichtiger – der Zeitpunkt des Austausches um zwei Jahre vorverlegt werden musste, um einen bevorstehenden Ausfall und die bei einem ungeplanten Ausfall anfallenden Kosten zu vermeiden. Der Onlinemonitor diente zudem als Sicherheitsvorrichtung, weil Duke ein Jahr warten musste, bevor der Transformator endgültig offline geschaltet werden konnte.

Schlussfolgerung

Der mobile DGA-Onlinemonitor hat sich für Duke als wichtiges Tool bewährt. Dank der Möglichkeit, Gasungstrends in Echtzeit zu überwachen und zu vergleichen, konnten Entscheidungsträger die Sicherheit der Mitarbeiter priorisieren und viel Zeit und Geld für Betrieb und Wartung sparen.

In diesem Fall hatten die Wartungsteams dank der genauen und zuverlässigen Daten die Gewissheit, dass der betreffende Transformator nicht kurz vor der Explosion stand und unter kontinuierlicher Überwachung auf Fehler weiter genutzt werden konnte, bis ein neuer Transformator beim Versorger installiert wurde. 

Während mit DGA-Offlineproben potenzielle interne Fehler erkannt werden, liefern DGA-Onlineüberwachungstools wie der OPT100 in Echtzeit DGA-Daten, die Gasungsmuster deutlich machen und Fehlererkennung sowie vergleichende Analysen ermöglichen.

Die technische Lebensdauer und der aktuelle Zustand des Transformators – insbesondere bei Fehlern, die sofortige Wartungsmaßnahmen oder einen sofortigen Austausch erforderlich machen – sind für Asset- und Wartungsmanager, die rechtzeitige Entscheidungen über Wartungsmaßnahmen treffen müssen, von großem Wert. Für sie ist ein mobiler DGA-Onlinemonitor eigentlich unverzichtbar.

Am problematischsten sind immer ungeplante Ausfälle. Das gilt umso mehr, wenn diese Ausfälle mit Tools für die Onlineüberwachung, die ernsthafte Fehler von Leistungstransformatoren erkennen, hätten vermieden werden können.

Wenn Sie Fragen zu diesem Szenario haben, kontaktieren Sie uns jederzeit.

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