Nach sechs Wochen wieder am Netz

Technik - Strom

Trafo. Wenn Leistungstransformatoren an strategisch wichtigen Knotenpunkten oder im Kraftwerk selbst ausfallen, summieren sich die Ausfallkosten. Eine Reparatur muss dann schnellstmöglich erfolgen und dabei gleichzeitig den künftigen zuverlässigen Betrieb der Einheit sicherstellen.

01. März 2016

Ein Lichtbogen hatte im Steinkohlekraftwerk Mehrum in Niedersachsen eine Oberspannungsdurchführung zerstört. Der betroffene 780-MVA-Transformator mit 220/21kV von 1977 – damals gebaut von der ehemaligen Trafo-Union (heute Siemens) – war seit der initialen Installation zuverlässig in Betrieb gewesen. Nach dem Vorfall galt es nun für den Betreiber, den Transformator so schnell wie möglich wieder gewinnbringend ans Netz anzuschließen.

Ausfälle von Maschinentransformatoren sind ein Worst-Case-Szenario für den Betreiber. Maschinentransformatoren sind in der Regel nahe ihrer Nennleistung belastet und werden darüber hinaus als Folge des wachsenden Anteils regenerativer Energien immer häufiger auch starken und steilen Lastschwankungen unterzogen. Fehlerstatistiken bescheinigen ihnen eine höhere Ausfallrate als zum Beispiel Netzkuppeltransformatoren. Während Leistungstransformatoren im Übertragungsnetz teilweise nicht voll ausgelastet und üblicherweise durch ein Redundanzkonzept abgesichert sind, schlagen die Ausfallkosten eines Maschinentransformators im Kraftwerk unmittelbar zu Buche.

Wicklungen ohne schaden

Der Kraftwerksbetreiber in Mehrum brauchte also einen Partner, der Diagnose, Reparatur, Prüfung und Wiederanschluss des Transformators so zügig wie möglich sicherstellen konnte. Er holte sich dafür Siemens Transformer Lifecycle Management (TLM) ins Haus. Der erste Schritt für das Service-Team von TLM bestand darin, die Einheit detailliert zu untersuchen.

Uwe Thiess, Senior Expert Diagnose, führt seit 30 Jahren derartige Analysen durch. Unter seiner Leitung wurden alle Messungen zur Eingrenzung des Schadensumfanges durchgeführt. »Wir konnten dank unserer elektrischen Untersuchung ausschließen, dass die Wicklungen durch das Ereignis Schaden genommen hatten.« Dies stellte bereits eine erste Erleichterung für den Betreiber dar. Denn die Reparatur des Aktivteils hätte kaum weniger als sechs Monate gedauert unabhängig davon, ob sie vor Ort oder in einer Reparaturwerkstatt stattgefunden hätte.

Doch was war nun eigentlich passiert? Ein Lichtbogen hatte einen Kondensatorwickel in der Höhe des Durchführungsflansches gespalten. Am Kupferbolzen war es daraufhin zu Abschmelzungen gekommen. Der Druck durch das verdampfte Öl sprengte den Wickel und verbog den 80mm dicken Kupferbolzen. Die defekte Durchführung ließ sich daher nur mit sehr großem Aufwand ausbauen. Unter der Leitung von Reinfried Hadlich (Leiter Engineering) untersuchten die Experten daraufhin den Schaden genau.

Inspektion des Aktivteils

»Zur Befundung der Schadensstelle haben wir zunächst das Öl bis auf Höhe der Domunterkante aus dem Trafo abgelassen«, erklärt Hadlich. Um zu den defekten Isolierteilen der Oberspannungsleitungsführung zu gelangen, haben sie den Dom mit einem Kran abgehoben. Die beschädigten Teile wurden ausgebaut und gleichzeitig Verschmutzungen abgesaugt.

»Mit einem Endoskop haben wir dann den Ausleitungsbereich der Wicklung inspiziert. Dabei stellte sich heraus, dass Aluminiumpartikel aus dem Kondensatorwickel auf dem Aktivteil des Trafos lagen. Diese Partikel haben wir direkt mit beseitigt.« Anschließend haben sie das Rest-Öl langsam abgelassen. Dies war notwendig, um den kompletten Aktivteil inspizieren und auf Kontamination untersuchen zu können.

Hierbei stellte sich heraus, dass die restlichen sichtbaren Teile des Trafos unbeschädigt waren. Um Feuchteeintrag zu vermeiden, haben die Mitarbeiter während der gesamten Reparaturdauer Trockenluft nachgeschleust. Die ausgebauten Pressspanteile wurden nach dem Ausbau zum Hauptstandort von Siemens TLM in Nürnberg geschickt und dort genau untersucht. Die isolierten Elektroden waren in gutem Zustand und die Isolation nahezu unbeschädigt. Kleine Beschädigungen ließen sich nach dem Waschen und Entölen ohne Einfluss auf deren Eigenschaften ausbessern.

Feinfilterung des Öls

Der Isolationszylinder und die Befestigung der Leitungsführung konnten aufgrund starker Beschädigung nicht wieder verwendet werden, und das Unternehmen fertigte sie deshalb neu. Das Gleiche galt auch für die beiden Abschirmwinkel. Abgesehen von dem Schaden an der Oberspannungsleitungsführung machte der Aktivteil des Transformators einen sehr guten Eindruck. Ein Restrisiko musste angenommen werden für den Fall, dass innerhalb der Wicklungen nicht sichtbare und erreichbare Kontaminationen verblieben waren.

So hätten abgeschmolzene Kupferperlen des Durchführungsbolzens sowie verbleibende Alu-Teile des zerstörten Durchführungswickels zu späteren Störungen im Betrieb führen können. »Die Reparatur des vorgefundenen Schadens war erfolgreich verlaufen. Allerdings konnten wir dem Betreiber nicht empfehlen, den Transformator nun einfach wieder ans Netz anzuschließen«, erklärt Reinfried Hadlich. Deshalb hat man das Öl nach dem Füllen des Trafos mehrfach umgewälzt und einer Feinfilterung unterzogen, um eventuelle Kontamination aus dem Aktivteil zu beseitigen. Dies geschah in einem speziellen Prozess, der zunächst die äußeren Oberflächen reinigt und das Öl anschließend gezielt durch die Wicklungen leitet.

Endprüfung vor Ort

Nach dem Wiederaufbau des Transformators testeten die Experten ihn mit dem mobilen Prüffeld des Unternehmens. Hierzu speisten sie auf der Unterspannungsseite ein und führten eine induzierte Wechselspannungsprüfung mit 70% der ursprünglichen Prüfspannung durch. Dabei wurde der Trafo kontinuierlich mit verschiedenen Verfahren auf Teilentladungen hin überwacht. Nachdem die Prüfung erfolgreich absolviert war, haben sie den Trafo für den Betrieb freigegeben und nach nur sechs Wochen Ausfallzeit wieder in Betrieb gesetzt.

Dieser Fall zeigt, dass kompetent durchgeführte Reparaturen von Leistungstransformatoren je nach Schadensfall auch in kurzer Zeit möglich sind. Neben der Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft können auch Maßnahmen, die die Lebensdauer des Transformators verlängern und/oder eine Anpassung an geänderte Betriebsweisen vorsehen, durchgeführt werden.

Jedoch wird jeder Betreiber eine solche Investition lieber geplant als ungeplant durchführen, denn die geringe Ausfallrate von Siemenstransformatoren steht den enormen Kosten gegenüber, die bei derartigen Ausfällen entstehen können. Durch sinnvolles Condition Assessment Management kann man vielen Ausfällen vorbeugen und eventuell nötige Modernisierungen geplant durchführen. Die hierfür eingesetzten Investitionen rechnen sich durch ein geringeres Ausfallrisiko und steigende Effizienz der behandelten Einheiten.

R. Hadlich, M. Köhler & U. Thiess (Siemens)

Mobiles Prüffeld

Eckdaten:

- Autarke Energieversorgung des Prüffeldes durch 1.000kW Diesel

- Leistung des Prüffeldes 1,2 MVA

- Dreiphasige Prüfspannung bis 76kV; 50Hz 125Hz

Mögliche Vor-Ort-Prüfungen:

- Induzierte und angelegte Spannungsprüfung

- Bestimmung Leerlaufstrom & Leerlaufverluste

- Messung von lastabhängigen Verlusten und Impedanzen

- Teilentladungsmessungen

- sowie alle Offline-Messungen (Level 2 Assessment)

Erschienen in Ausgabe: 02/2016