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Alles im Blick

Titel

Die Digitalisierung erleichtert die Instandhaltung der Stromversorgung.

07. August 2018

Die Strom- und Erdgasnetzbetreiber in Deutschland investieren schätzungsweise insgesamt rund zehn Milliarden Euro im Jahr in ihren Geschäftsbetrieb. Im Strombereich ist der Umbau der Infrastruktur für den digitalen, sprich intelligenten Netzbetrieb in vollem Gang.

Der Begriff Smart Grid meint in der Regel ein Netz, dessen maßgebliche Komponenten mit moderner Steuer- und Regelungstechnik ausgestattet sind, um Erzeugung und Verbrauch im Gleichgewicht zu halten. Die Digitalisierung erlaubt aber auch neue Methoden der Instandhaltung und Bewirtschaftung von Netzkomponenten.

Messeneuheit

Jüngstes Beispiel dafür ist das Gerät Trafostick, das Spezialist A. Eberle aus Nürnberg auf der Hannover Messe vorstellte. Mit dem Trafostick ist es möglich, den individuellen Fingerabdruck eines Transformators abzubilden, so A. Eberle in einer Produktbeschreibung. Mit diesem Wissen kann eine zuverlässige Vorhersage über die Lebensdauer getroffen werden, heißt es. Genau das möchte der Stromnetzbetreiber nämlich wissen: Wie lange dauert es, bis der Transformator ersetzt werden muss?

Onlinesensor

»›Zuverlässig‹ heißt, dass der Energieversorger über den Gesundheitszustand seines teuersten Assets, den Transformator in der Mittel- und Hoch- beziehungsweise Höchstspannungsebene, immer informiert sein kann«, sagt Till Sybel, Geschäftsführer von A. Eberle. »Der Trafostick ist eine echte Innovation, da es mit diesem Sensor das erste Mal möglich ist, online die Durchbruchspannung des Transformatorsöls zu überwachen.«

Nach Sybels Worten entnehmen die Netzbetreiber heutzutage in der Regel nur einmal pro Jahr Ölproben, und zwar manuell.

Das Öl wird dann von einem spezialisierten Labor ausgewertet. Aber die Diagnoseergebnisse können von Labor zu Labor unterschiedlich sein, so Sybel. Der neue Sensor erleichtert also die Arbeit der Netzbetreiber und sorgt zugleich für verlässliche und vor allem vergleichbare Daten.

Trafo-Monitoringsystem

Der Trafostick ist Teil des Transformator-Condition-Monitoringsystems ›TraCoMo‹, das A. Eberle für die Instandhaltung von Transformatoren entwickelt hat. So zahlreich die Stromnetzbetreiber in Deutschland sind, so unterschiedlich ist auch der Grad der Digitalisierung bei der Instandhaltung der Netzinfrastruktur. Großtransformatoren, Kraftwerkstransformatoren und Transformatoren in besonderen Ausführungen werden nach Sybels Worten heute schon überwacht.

»Die Energiewende, mehr und mehr Rückspeisungen, sorgen für eine höhere Auslastung von Mittel- und Hochspannungstransformatoren«, sagt Christian Schobert, Produktmanager ›REGSys‹ und ›TraCoMo‹ bei A.Eberle, »sodass hier auch ein Trend in Richtung Monitoring, sprich Temperaturüberwachung, Lebensdauerberechnung nach IEC 60354 und IEC 60076 zu erkennen ist.«

Akustisches Spektrometer

Experten zufolge ist der Bedarf für Sensoren und Systeme zur Zustandsüberwachung auf dem Markt mehr als hoch. Unter Fachleuten ist bekannt, dass jährliche Kontrollen des Transformatorenöls nicht ausreichen, um zuverlässige Aussagen über den Zustand der Technik zu machen. Das führe zwangsweise dazu, dass die Betreiber ihre größten Assets quasi im Blindflug betreiben. Es musste also etwas geschehen, um diese Situation zu verbessern.

In den ersten zehn Jahren nach der Einführung zustandsbasierter Wartungsprogramme gemäß der IEC 55000 konnten Wartungskosten und aufgeschobene Investitionen von mehr als 3 Mrd. Euro eingespart werden, so Schobert. Der Trafostick ist ein akustisches Spektrometer für den gesamten Temperaturbereich eines Transformators und speziell für die Analyse der Bestandteile und Parameter von Trafoöl konzipiert. Die Kommunikation erfolgt über die Modbus-TCP-Schnittstelle.

In der Basisversion bestimmt das Gerät die Durchbruchspannung unter Berücksichtigung des Einflusses von Partikeln, Temperatur, Alterungsnebenprodukten und Ölfeuchtigkeit. In der Advanced-Version misst das Gerät auch die Ölviskosität und die Dichte.

Das Wartungstool Trafofleet verarbeitet und bewertet die Daten, die Onlinesensoren wie beispielsweise der Trafostick erfassen.

Wartungstool

Trafofleet ist die datenbankorientierte Visualisierungssoftware der ›TraCoMo‹-Familie und kann für einen Trafo, für eine Netzregion mit mehreren Trafos bis hin zur gesamten Trafoflotte des Netzbetreibers skaliert werden, so A. Eberle. Transformatorkern und Transformatorwicklung sind für 30 Prozent der Fehler an Trafos verantwortlich; Trafodurchführungen und Stufenschalter sind jeweils zu 25 Prozent Fehlerursache. Je 10 Prozent entfallen auf Kühlanlage und Vorgeschichte des Transformators. Trafofleet protokolliert sämtliche Wartungsprozesse und visualisiert die Daten aller Trafokomponenten.

Historische Daten werden in einer SQL-Datenbank gespeichert, die die stetige Verfolgung von Änderungen und daraus resultierender Warnungen ermöglicht, heißt es in der Produktbeschreibung von A. Eberle. Trafofleet ist webbasiert und lässt sich auf skalierbarer Hardware implementieren. Dadurch sparen die Betreiber Geld. Zu den typischen Daten, die über Onlinesensoren verarbeitet werden, gehören unter anderem die Öl- und Wicklungstemperatur, Gas-in-Öl-Analysen, elektrische Parameter sowie Herstellerdaten.

Pilotprojekt

Eines der ersten Pilotprojekte mit dem Trafostick fand in Italien statt. In einem Umspannwerk des Netzbetreibers Terna installierten Monteure den Messsensor an einem Höchstspannungstrafo mit 160 MVA und einer Ölmenge von rund 49 Tonnen. Im Betrieb wurden dann die Trafostick-Messwerte permanent mit zeitgleich erhobenen Labormesswerten verglichen.

Ein Vergleich der Messergebnisse über mehrere Monate zeigte laut Christian Schobert akkurate Resultate und eine bis dahin nicht erreichte Genauigkeit der Messparameter. Ersetzt künftig das Trafo-Condition-Monitoring gänzlich die Monteurwartung und persönliche Inaugenscheinnahme der Komponenten vor Ort? »Nein«, sagt Till Sybel. »Aber auch im Umfeld der Energieversorgungsunternehmen müssen immer weniger Menschen immer mehr leisten.« hd

Interview mit Matthias Wrobel, Passerro

Assetmanagement digital

Passerro hat zusammen mit A. Eberle und auch mit Micafluid den Trafostick zur Marktreife entwickelt.

Das Onlinemessen der Durchbruchspannung per Trafo­stick gilt als Weltneuheit. Sind Sie stolz darauf, dass Sie das erreicht haben und nicht die großen Technologieunternehmen, die Millionen für Forschung und Entwicklung ausgeben?

Ja, es erfüllt uns mit großem Stolz etwas anzubieten, was es bis dahin nicht gegeben hat. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass dies die Leistung einer eingeschworenen Gruppe ist, bestehend aus zwei Mathematikern, einem Physiker und zwei Softwareentwicklern. Ich glaube, die großen Firmen unterliegen ›zwanghaft‹ administrativen und wirtschaftlichen Strukturen, welche Grundlagenforschung wie etwa die Entwicklung des Sticks nicht erlauben.

Was gab den Anstoß für die Entwicklung des Trafo­sticks?

Ein grundlegender Ansporn war sicherlich die Tatsache, dass so ein Sensor in den Spezialistenkreisen für unmöglich gehalten wurde. Zudem haben wir seitens A. Eberle und deren Kunden gehört, dass ein riesiger Bedarf an solchen Sensoren und Systemen auf dem Markt existiert. Zumal jährliche Kontrollen des Transformatorenöls nicht ausreichend genug sind, was zwangsweise dazu führt, dass die Betreiber ihre größten Assets fast im Blindflug betreiben.

Wie lange haben Sie an dem Produkt gearbeitet, bis es reif für ein Patent war?

Die ersten Ideen, einen akustischen Sensor in seiner jetzigen Form zu verwenden, um den Zustand des Transformatorenöls zu überwachen, wurden Ende 2015 geboren. Die ersten Prototypen haben wir im Oktober 2016 gefertigt. Anschließend konnten wir verschiedene Ölzustände in Echtzeit simulieren. Weil wir bis dahin bereits ein Lager voller unterschiedlicher Öle hatten, die wir selbst oder unsere Partner A. Eberle und Micafluid aus der Schweiz gesammelt haben. hd

Erschienen in Ausgabe: Nr. 06 /2018

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