Kontinuierliche Überwachung schützt Transformator in Alpenregion

Die Installation eines Leistungstransformators an einem alpinen Standort stellte das Schweizer Unternehmen BKW vor eine Reihe ungewöhnlicher Transportprobleme. Nachdem diese Herausforderungen bewältigt waren, erkannten die technischen
Fachkräfte von BKW nach der Installation des Transformators kleine, aber schnell abnehmende Entladungen. Unter normalen Umständen hätten man den Rücktransport des Transformators an das Werk in Betracht gezogen. Angesichts der Komplexität und der Kosten einer solchen Vorgehensweise wurde jedoch ein Vaisala Optimus™ OPT100 DGA-Online-Monitoringgerät montiert, um den Transformator kontinuierlich zu überwachen.

„Unsere ersten Tests zeigten, dass der Transformator ordnungsgemäß funktioniert“, erklärt BKW-Ingenieur für Hochspannungstechnik Lukas Eggimann. „Allerdings stellt die Erkennung von Entladungen, ganz gleich, wie klein, ein potenzielles Risiko dar. Daher wurde der DGA-Online-Monitor installiert, um sicherzustellen, dass bei Abweichungen im Transformator Warnmeldungen ausgegeben werden.“

Herausforderungen für Transformator in Alpenregion

Als Reaktion auf die steigende Nachfrage und zur Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung in der Schweizer Region Gstaad wurde ein zusätzlicher 75-MVA-Transformator, 220 kV/50 kV, benötigt. Der Installationsort befand sich jedoch hoch in den Alpen und war schwierig zu erreichen. Beispielsweise war es notwendig, steile Straßen zu erklimmen und Brücken zu überqueren, die für derart schwere Lasten nicht ausgelegt sind. 

Zum Transport des Transformators mussten zwei verschiedene Anhänger und ein Selbstfahrer eingesetzt werden. Dadurch ergab sich ein Gesamtgewicht von 123 Tonnen, dass die Tragfähigkeit einiger Brücken überstieg. So ließ sich etwa eine schmale Brücke mit einer Tragfähigkeit von 32 Tonnen nicht vermeiden und musste vor dem Eintreffen des Transformators aufwendig verstärkt werden (siehe Foto).

Sicherstellung der Transformatorzuverlässigkeit

Nach der Installation werden die Transformatoren der BKW durch das firmeneigene Diagnoseteam sowie durch die Fachkommission für Hochspannungsfragen (FKH) umfassend geprüft. Bei diesen Prüfungen wurden Teilentladungen festgestellt, wobei ein stark abnehmender Trend über 4 bis 5 Stunden zu erkennen war. 

„Für diese Entladungen gibt es mehrere mögliche Ursachen“, erzählt Lukas Eggimann. „Beispielsweise könnten winzige Metallfragmente durch Schweißvorgänge während der Herstellung des Kessels entstehen, oder die Entladungen könnten durch andere Faktoren wie Hohlräume, Blasen oder Feuchtigkeit verursacht werden. Was auch immer der Grund sein mag, es besteht die Sorge, dass sich daraus später ernsthafte Probleme entwickeln könnten, die zu einem Ausfall des Transformators führen.“

Der Transformator hatte bei den Endprüfungen im Werk einwandfrei funktioniert. Die Entladungen nahmen bei der Messung vor Ort schnell ab. Die Kosten und der Aufwand, den Transformator an das Werk zurückzuliefern, waren unverhältnismäßig. Um jedes potenzielle Risiko zu vermeiden, wurde der Vaisala DGA-Online-Monitor installiert.

Warum kontinuierlich überwachen?

Die herkömmliche Methode zur Überprüfung des Zustands von Transformatoren besteht darin, einmal pro Jahr manuell Ölproben zur Laboranalyse zu entnehmen. Dieses Stichprobenverfahren liefert einen Hinweis auf gelöste Gase im Öl und die Ölqualität zu einem bestimmten Zeitpunkt. Im Gegensatz dazu können kontinuierliche messende DGA-Online-Monitoringgeräte Probleme frühzeitig erkennen – bevor sie sich zu schwerwiegenden Fehlern entwickeln. Kontinuierliche Überwachungsgeräte sind auch in der Lage, Trends zu erkennen, so dass die Benutzenden die Gaskonzentration beispielsweise mit der Transformatorlast in Relation setzen können.

Der Vaisala Optimus™ OPT100 lässt sich in weniger als zwei Stunden montieren. Dank Autokalibrierung und IR-Referenzmessung kann das Gerät zuverlässige Daten zur Gasentwicklung bereitstellen. Die Vakuumextraktion eliminiert Schwankungen, die durch die Öltemperatur oder den Öldruck verursacht werden, und die hermetisch abgedichtete Optik verhindert eine Verunreinigung des Sensors. Feuchtigkeit und Wasserstoff werden direkt im Öl mit einem kapazitiven Dünnfilm-Polymer-HUMICAP®-Sensor und Solid-State-Sensor gemessen. Wichtig ist, dass der OPT100 den Gesamtgasdruck der im Öl gelösten Gase misst und etwaige Luftlecks in abgedichteten Transformatoren erkennt, ohne dass der Sauerstoff überwacht werden muss – was eine irreführende Messung sein kann.

„Der OPT100 ist ein Instrument zur Risikoverminderung“, beschreibt Andreas Hilgers von Vaisala. „In Gstaad stellt das Unternehmen BKW damit sicher, dass die sehr geringen Bedenken, die die Tests nach der Installation aufgedeckt haben, durch eine zuverlässige kontinuierliche Überwachung minimiert werden. Einige unserer Kunden verwenden Vaisala DGA-Monitore bei allen neuen Transformatoren, andere wiederum installieren sie nur dort, wo der Transformator beispielsweise den FAT, nicht aber die Abnahmeprüfung vor Ort, den SAT, besteht.“

Der OPT100 kann in die SCADA-Systeme von Energieversorgungsunternehmen integriert werden, ist aber auch in der Lage, eine sichere eigenständige Kommunikation bereitzustellen. Lukas Eggimann sagt: „Dies ist eine wichtige Funktion für die Cybersicherheit, da die Ergänzung eines solchen Geräts keinen zusätzlichen Angriffspunkt für Hacker bieten darf.“

Auch die einfache Montage war für Lukas Eggimann ein wichtiges Merkmal. „Gut war natürlich, dass wir den OPT100 schnell und unkompliziert installieren konnten“, betont er. „Die typische Lebensdauer eines Transformators beträgt jedoch vierzig bis sechzig Jahre. Daher ist es ebenso wichtig, dass der Monitor zu einem späteren Zeitpunkt problemlos deinstalliert werden kann.“

Performance bis dato

Der OPT100 wurde ursprünglich im Jahr 2022 montiert. Seitdem funktionieren sowohl der Transformator als auch der DGA-Monitor einwandfrei, und es sind keine Anzeichen von Abweichungen zu erkennen. Es zeigte sich eine gute Korrelation zwischen den OPT100 Messungen und den Ergebnissen der von der FKH entnommenen und untersuchten Proben. Es gab keine Hinweise auf einen erhöhten Gasgehalt im Transformatoröl.

Blick auf die Zukunft

Die BKW-Transformatorenflotte ist in sehr gutem Zustand und wird regelmäßig mittels Offline-Diagnose und der Analyse von Ölproben überwacht. Weisen Transformatoren Abweichungen auf, wird in einem ersten Schritt das Überwachungsintervall verkürzt. Bleiben die Bedenken bestehen, wird die Installation eines OPT100 in Betracht gezogen. „Unsere Strategie zur Risikominderung besteht daher darin, Maßnahmen zu ergreifen, wenn Abweichungen festgestellt werden – ähnlich wie bei der Gesundheitsfürsorge für Menschen“, erklärt Lukas Eggimann. „Kontinuierliche messende DGA-Online-Monitoringgeräte stellen somit ein wesentliches Instrument unserer Risikomanagementstrategie dar. Der OPT100 bietet nachweislich die Zuverlässigkeit und Sicherheit, die wir brauchen – insbesondere, wenn für die Zufahrtsstraße eine Belastungsbeschränkung von 32 Tonnen gilt!“