Hightech für die Hochspannung

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Energietechnik - Eine Zulieferer-Initiative hat eine Leistungstransformator-Studie erarbeitet. Neue Materialien und Digitaltechnik sollen die Einheiten kompakter und langlebiger machen. Voraussichtlich in fünf Jahren sind die ersten Trafos mit den modernen Komponenten lieferbar.

27. Oktober 2015

Rund 7,2Mrd. Menschen leben gegenwärtig auf der Erde. Laut einer Studie im Auftrag der Vereinten Nationen werden 2100 zwischen 9,6 und 12,3 Mrd. Menschen die Erde bevölkern, mehr als ein Drittel davon in Afrika. Mit dem Bevölkerungszuwachs steigt der Energiebedarf weltweit. Das biete gute Aussichten für Transformatorenhersteller und ihre Zulieferer, sagen Experten. Aktuell stagnieren die Trafo-Zubauzahlen auf hohem Niveau. Gründe dafür sind unter anderem das verlangsamte Wachstum in China und Brasilien sowie die Konflikte im Nahen Osten.

Fokus Weltmarkt

Langfristig würde es aber besonders aus Asien wieder Wachstumsimpulse geben, heißt es. Auf der ›Transform‹ stellten im Oktober in Wien neun Premiumzulieferer der Trafoindustrie die Technologiestudie ›Transformer 2020‹ für die global stark nachgefragte Leistungsklasse zwischen 50 und 100MVA vor. Im Lauf der nächsten fünf bis sechs Jahre würden Ideen aus der Studie als Serienprodukt verfügbar sein, so Michael Rohde, Geschäftsführer der Maschinenfabrik Reinhausen (MR). Das Unternehmen initiierte laut Rohde die Transform-Arbeitsgruppe. Weitere Mitglieder sind ThyssenKrupp, Röchling, Krempel, Nynas, Pfisterer, HSP, GEA und Omicron. Alle Unternehmen haben für die Studie Ideen und Anregungen zusammengetragen. »In Workshops haben wir insgesamt 372 Ideen generiert«, sagt Uwe Kaltenborn, Leiter Corporate Technology bei MR. »Daraus haben wir 19 Ideen identifiziert, die den Bedürfnissen unserer Kunden entsprechen und in den nächsten fünf Jahren umgesetzt werden können.« Von den meisten Ideen gebe es schon Machbarkeitsnachweise. Nun stünden die Feldtests an, so Kaltenborn.

Neue Materialien

Rund die Hälfte der Wegstrecke zum Serienprodukt sei bereits zurückgelegt, schätzt er. Es bleibe aber noch einiges zu tun; vor allem in Hinblick auf die konkrete Erprobung in Fertigung und Betrieb. Dies gelte unter anderem für die neuen Materialien, die für den Bau der Trafokomponenten verwendet werden sollen. Unter anderem soll die Kernverspannung für den neuen Trafo aus glasfaserverstärktem Kunststoff statt Stahl herstellt werden. Isoliermaterial aus Zellulose soll mit Polymerfasern und speziell behandelten Zellulosefasern verstärkt werden.

 

Stufenschalter und Bedienfeld

Konzepte von MR auf Basis von Servo-Motor-Antrieben werden die herkömmlichen Federkraftspeicher ersetzen. Damit wird es möglich, die Anordnung von Wähler und Vorwähler sowie des Lastumschalters frei im Trafokessel, zum Beispiel im Zwickel zwischen den Wicklungen, zu wählen und damit das Transformatoren-Design zu optimieren. Durch die konsequente Anwendung der Vakuumtechnik für alle Schaltvorgänge im Stufenschalter wird ein gemeinsamer Ölhaushalt möglich. Der wichtigste Vorteil ist den Angaben zufolge die Systemkostenreduktion durch einen vereinfachten Engineering- und Montageprozess.

Alle Steuer- und Überwachungsfunktionen sind in einem einheitlichen System integriert. Die Grundlage bildet eine einheitliche Software- und Hardware-Architektur mit offenen Schnittstellen. Damit werden alle Standardfunktionen einheitlich abgebildet und die Integration aller kundenspezifischen Sekundärfunktionen ermöglicht. Lösungen von Drittanbietern wie Sensoren und spezifische Softwarelösungen werden in die Plattform integriert. Die Sicherheits- und Schutzfunktionen aller Applikationen werden über die Architektur garantiert. Durch die Implementierung aller erforderlichen Protokolle ist die Anbindung an die Leit- und Schutztechnik sichergestellt. Das Online-Monitoring erlaubt eine zustandsbasierte Wartungsstrategie mit dem Ziel, die Wartungsaufwendungen zu reduzieren und die Lebenserwartung zu verlängern.

Das Monitoringsystem erfasst und analysiert alle relevanten Betriebsdaten, einschließlich der Überwachung des Laststufenschalters, Auslastung und Temperaturen des Transformators, Online-DGA sowie den Status der Schutzeinrichtungen. Da das System auf der Automationsplattform aufbaut, kann der Funktionsumfang problemlos erweitert werden: zum Beispiel durch die automatische Spannungsregelung, die intelligente Kühlanlagensteuerung sowie durch Integration weiterer Funktionen des bisherigen Trafo-Steuerschrankes.

Durchführungsmonitoring

Das Monitoringsystem basiert auf einem Algorithmus zur Überwachung von Wechselspannungsdurchführungen. Die Messanschlüsse der Durchführungen werden dabei als Oberspannungskapazitäten eines hochpräzisen kapazitiven Messteilers verwendet. Somit kann das resultierende Wechselspannungssignal analysiert werden. Durch Abgleich mit einem weiteren Referenz-Spannungssignal der Netzspannung kann die Validität des analysierten Signals bestimmt werden. Die Veränderung der Hauptkapazität der Durchführung wird durch die Veränderung von der Spannungsamplitude und Phasenverschiebung bewertet.

Vibroakustisches Monitoring

Beschleunigungssensoren an verschiedenen Stellen des Trafos erfassen Schwingungen mechanischer Strukturen wie Laststufenschalter, Wicklungen und Kern. Dabei werden akustische Muster überwacht und mit Hilfe spezieller Filter Störgeräusche eliminiert. Dabei werden langsam fortschreitende Musterveränderungen frühzeitig erkannt und plötzlich auftretende Fehler schnell detektiert. Der optische Sensorbus ermöglicht die Integration einer neuen Generation intelligenter Sensoren wie auch herkömmlicher Sensoren am Transformator. Aufgrund des robusten Designs garantiert er eine hohe Zuverlässigkeit.

Sensorbus

Intelligente Sensoren werden direkt vom Sensorbus erkannt und integriert, bei konventionellen Sensoren kommt ein Medienkonverter zum Einsatz. Er wandelt herkömmliche Signale in optische Bussignale um und versorgt herkömmliche Sensoren mit Energie. So verringert sich der Aufwand für Auslegung und Installation erheblich. Das Busdesign garantiert laut MR den für diese Anwendung entscheidendsten Aspekt: einen sicheren und zuverlässigen Informationsfluss.

Interview

Wie lange arbeitet Ihr Unternehmen schon an dem Projekt Transformer 2020 und welchen Stellenwert hat es?

 

Die Studie entstand in der ›Transform‹-Arbeitsgruppe, die es schon seit den Neunzigerjahren gibt. Sie wurde von der Maschinenfabrik Reinhausen initiiert und umfasst mittlerweile neun Premium-Komponentenhersteller.

Am Transformer 2020 arbeiten wir gemeinsam seit etwa zwei Jahren, zuvor hatte MR bereits erste Ideen in einem Future Lab vorgestellt. Insgesamt war das ein kontinuierlicher Prozess mit einem sehr hohen Stellenwert und regelmäßigen Abstimmungsrunden mit den übrigen Partnern auf Arbeits- und Leistungsebene.

An der Studie waren ergänzend Hochschulen und Forschungseinrichtungen, Hersteller und Betreiber beteiligt.

Die Arbeitsgruppe organisiert zudem regelmäßig Konferenzen mit über 500 Teilnehmern und bietet Weiterbildungsseminare an.

 

Alle Projektpartner haben ihre Stärken in die Entwicklung eingebracht. Werden künftig – ähnlich wie in der Autoindustrie – große Projekte mehr als bislang von mehreren Partnern gemeinsam verfolgt? Welche Vorteile bringt das, aber auch welche Risiken?

 

Es geht um den allseitigen Nutzen. Die Zulieferer leisten mit ihrer Arbeit einen Beitrag zur Optimierung des Transformators für die Hersteller und die Betreiber. Das kommt allen zugute, mithin also der ganzen Branche.

Diese Sicht vermissen wir etwas in unserer Branche, und das war auch Grund für unsere Initiative. Im Kern geht es um Bündelung.

Schauen Sie sich den Weltmarkt an: Er ist extrem zersplittert, es gibt Hunderte Hersteller allein für Großtransformatoren. Die Hersteller von Verteiltrafos sind noch gesondert zu rechnen. Dazu kommen noch auf der Betreiberseite Tausende Versorgungsunternehmen. In diesem Umfeld kommt es darauf an, diejenigen zusammenzubringen, die sich täglich mit Transformatoren befassen und Innovationen für die Zukunft auf den Weg zu bringen im Sinne eines allseitigen Nutzens.

Eine Herausforderung ist das Thema, wenn es um das geistige Eigentum geht. Wem gehört die Idee? Das legen wir schon im Vorfeld fest. Wenn man es vorher nicht regelt, gibt es hinterher Streit.

 

Ihr Unternehmen wurde mehrfach für Innovationen ausgezeichnet. Wie stimulieren Sie neue Vorschläge und Ideen?

 

Wir betreiben ein intensives Ideenmanagement. Es ist wie ein Trichter aufgebaut. Wir haben intern eine Open Innovation Platform aufgebaut.

Ideen werden gesammelt und dann quasi wie in einem Trichter nach unten hin immer weiter verfeinert. Das funktioniert dann gut, wenn viele Ideen zu Projekten werden. Das ist der Maßstab.

Der zentrale Punkt beim Ideenmanagement ist, diese Prozesse zu leben, sie mit Leben zu füllen. Dazu braucht es Menschen, die sich kümmern. Unser Leiter Technik kümmert sich auch um das Innovationsmanagement.

 

Eine Studie ist noch kein Produkt. Ab wann soll der Transformer 2020 lieferbar sein? Wie der Name schon sagt?

 

Wir machen keinen Showcase zum Selbstzweck. Das Ziel ist die Markteinführung. Ob 2020 oder 2021, das ist zweitrangig.

Erschienen in Ausgabe: 09/2015