Eine DGA, die mehr leistet: Fortschrittliche Transformatorüberwachung mit dem Serveron TM8
Die Analyse gelöster Gase, auch Dissolved Gas Analysis oder DGA genannt, ist eine Methode zur Zustandsbewertung, mit der in ölgefüllten elektrischen Betriebsmitteln entstehende Gase identifiziert werden. Veränderungen der Gaskonzentrationen und Gasbildungsraten können auf sich entwickelnde thermische oder elektrische Fehler hinweisen.
Die Online-DGA-Überwachung automatisiert diesen Prozess. Sie unterstützt Transformatorbetreiber dabei, das Gasverhalten im zeitlichen Verlauf zu verfolgen, anstatt sich ausschließlich auf regelmäßige Ölproben zu verlassen. Bei kritischen Transformatoren können häufige Messungen Veränderungen früher sichtbar machen und schnellere, fundiertere Instandhaltungsentscheidungen unterstützen.
Warum Transparenz über den Transformatorzustand wichtig ist
Leistungstransformatoren sind für die Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung unverzichtbar. Gleichzeitig müssen viele Betreiber alternde Betriebsmittel, den Ausbau der Stromnetze und den Anschluss neuer Erzeugungsanlagen bewältigen.
Ein Bericht des US-Energieministeriums aus dem Jahr 2024 nennt den Ersatz alternder Anlagen, den Ausbau der Übertragungsnetze und das Wachstum der erneuerbaren Stromerzeugung als wesentliche Faktoren für die Nachfrage nach großen Leistungstransformatoren. Der Bericht unterstreicht, wie wichtig es ist, die Verfügbarkeit bereits in Betrieb befindlicher Transformatoren zu sichern, insbesondere weil der Ersatz dieser kritischen Anlagen schwierig und zeitaufwendig sein kann.[¹]
Dadurch werden Informationen über den Anlagenzustand immer wertvoller. Asset Manager müssen nicht nur erkennen, ob ein Transformator einen ungewöhnlichen Zustand aufweist. Sie müssen auch beurteilen können, ob dieser Zustand stabil ist, sich langsam entwickelt oder sich schnell verändert.
Was ist die Analyse gelöster Gase?
Bei der Analyse gelöster Gase werden die im Isolieröl eines Transformators enthaltenen Gase untersucht. Diese Gase können entstehen, wenn das Isolieröl oder die feste Isolierung elektrischer oder thermischer Belastung ausgesetzt ist.
Unterschiedliche Gase und Gasmuster können Hinweise auf mögliche Fehlerzustände geben. Die DGA sollte jedoch nicht als alleinige Entscheidungsgrundlage betrachtet werden. Die Ergebnisse müssen zusammen mit den Gasbildungsraten, der Betriebshistorie, der Transformatorlast, der Temperatur und weiteren verfügbaren Zustandsinformationen bewertet werden.
IEEE C57.104 bietet Leitlinien für die Bewertung von Gasen, die in mineralölgefüllten Transformatoren entstehen.[²] IEC 60599 enthält zusätzliche Leitlinien zur Interpretation gelöster und freier Gase in mineralölgefüllten elektrischen Betriebsmitteln. Die IEC betont außerdem, dass DGA-Ergebnisse als Orientierung dienen und daraus abgeleitete Maßnahmen eine sachkundige technische Beurteilung erfordern.[³]
Zusammen machen diese Normen die DGA zu einem wichtigen Bestandteil der Zustandsbewertung von Transformatoren. Gleichzeitig verdeutlichen sie, dass eine aussagekräftige Interpretation mehr als eine einzelne Messung erfordert.
Labor-DGA im Vergleich zur Online-DGA-Überwachung
Labor-DGA und Online-DGA-Überwachung erfüllen miteinander verbundene, aber unterschiedliche Aufgaben.
| Kriterium | Labor-DGA | Online-DGA-Überwachung |
|---|---|---|
| Datenerfassung | Eine Ölprobe wird entnommen und zur Analyse eingesendet | Die Messwerte werden automatisch am Transformator erfasst |
| Sicht auf den Zustand | Liefert Ergebnisse für einen bestimmten Probenahmezeitpunkt | Erstellt einen fortlaufenden Trend über einen längeren Zeitraum |
| Messhäufigkeit | Wird durch den Ölprobenplan bestimmt | Wird durch das konfigurierte Analyseintervall des Monitors bestimmt |
| Hauptnutzen | Detaillierte Laborbewertung | Transparenz über sich verändernde Gaskonzentrationen und Änderungsraten |
| Rolle in einem DGA-Programm | Unterstützt die Bestätigung und detaillierte Untersuchung | Hilft zu erkennen, wann ein Zustand genauer untersucht werden sollte |
CIGRE weist darauf hin, dass die Online-DGA-Überwachung große Mengen an Trenddaten liefern, hohe Änderungsraten sichtbar machen und Betreiber bei der Erkennung einer schnellen Verschlechterung des Transformatorzustands unterstützen kann. Online-Systeme können außerdem so konfiguriert werden, dass sie Betreiber warnen, wenn Messwerte auf sich entwickelnde Zustände hinweisen, die möglicherweise eine zeitnahe Bewertung erfordern.[⁴]
Die Online-Überwachung ersetzt weder Laboranalysen noch technische Bewertungen. Sie ergänzt diese um zeitnahe Trendinformationen, die Teams dabei helfen können, den Bedarf an einer genaueren Untersuchung zu erkennen.
Warum mehrere Gase überwachen?
Ein Eingas-DGA-Monitor kann einen ersten Hinweis darauf geben, dass sich der Transformatorzustand verändert. Ein Mehrgas-DGA-Monitor liefert zusätzliche Informationen, mit denen Teams die mögliche Art dieser Veränderung besser bewerten können.
Der Serveron® TM8™ Online-DGA-Monitor misst standardmäßig acht kritische Gase:
- Wasserstoff (H₂)
- Sauerstoff (O₂)
- Methan (CH₄)
- Kohlenmonoxid (CO)
- Kohlendioxid (CO₂)
- Ethylen (C₂H₄)
- Ethan (C₂H₆)
- Acetylen (C₂H₂)
Die Überwachung von Stickstoff (N₂) ist auf Kundenwunsch ebenfalls erhältlich. Damit bietet der TM8 bei Bedarf eine Neungas-Überwachung.
Da unterschiedliche Transformatorzustände verschiedene Gasmuster erzeugen können, liefert die Messung mehrerer Gase einen umfassenderen diagnostischen Kontext als die Überwachung nur eines Gases. Sie unterstützt außerdem den Einsatz etablierter DGA-Interpretationsmethoden zur Bewertung von Gasverhältnissen und Trends.
Wie misst der TM8 gelöste Gase?
Der TM8 misst seine acht Standardgase mit einem einzigen gaschromatografischen Messsystem.
Die Gaschromatografie ist eine etablierte Labormethode zur Trennung und Messung von Gasen. Durch den Einsatz dieser Methode in einem Online-Monitor stellt der TM8 automatisierte Gasmessungen direkt am Transformator bereit, ohne dass für jede Analyse eine neue Ölprobe manuell entnommen werden muss.
Laut den aktuellen TM8-Spezifikationen kann das System DGA-Messungen in mineralöl- und esterbasierten Isolierflüssigkeiten durchführen. Die jeweilige Interpretationsmethode sollte jedoch immer die Isolierflüssigkeit, die Transformatorausführung und die relevanten Branchenleitlinien berücksichtigen.
Wie häufig analysiert der TM8 das Transformatoröl?
Der TM8 unterstützt frei wählbare Gasanalyseintervalle von zwei bis zwölf Stunden. Die Standardeinstellung beträgt vier Stunden.
Wird ein konfigurierter Alarmgrenzwert für die Änderungsrate überschritten, kann der Monitor seinen Analyseplan automatisch beschleunigen. Das standardmäßige beschleunigte Intervall beträgt eine Stunde.
Diese Änderung der Messhäufigkeit ist wichtig, da eine erhöhte Gaskonzentration und eine schnell ansteigende Gaskonzentration nicht zwangsläufig denselben Zustand darstellen. Häufigere Analysen während eines Ereignisses mit erhöhter Änderungsrate liefern zusätzliche Daten, um zu bewerten, wie schnell sich der Zustand entwickelt.
Jede Messung wird mit Datum und Uhrzeit versehen. Im Speicher des Monitors können Daten für einen Zeitraum von bis zu etwa zwei Jahren gespeichert werden.
Von Gasmessungen zu diagnostischen Erkenntnissen
Die Erfassung von Gasmesswerten ist nur der erste Schritt. Die Daten müssen außerdem visualisiert, verglichen und interpretiert werden.
Serveron TM View™ bietet Werkzeuge für die Verwaltung von Transformator-Monitoren, die Datenvisualisierung und die DGA-Analyse. Zu den Funktionen gehören Trenddiagramme für im Öl gelöste Gase, mehrere Duval-Dreieck-Analysen, Rogers-Verhältnisse, grundlegende Gasverhältnisse sowie Alarme für Gaskonzentrationen und Änderungsraten.
Mit diesen Werkzeugen können Teams das Gasverhalten anhand mehrerer diagnostischer Ansätze untersuchen. Der Vergleich der Ergebnisse unterschiedlicher Methoden kann zu einer umfassenderen Bewertung beitragen. Die endgültigen Schlussfolgerungen sollten jedoch weiterhin die Transformatorausführung, die Betriebshistorie und die Betriebsbedingungen berücksichtigen.
Mehr als nur gelöste Gase betrachten
Veränderungen bei gelösten Gasen können aussagekräftiger sein, wenn Betreiber sie mit den zeitgleich vorliegenden Betriebsbedingungen des Transformators vergleichen können.
Zusätzlich zu den Gasmessungen kann der TM8 Informationen wie Feuchte im Öl, Öltemperatur, Umgebungstemperatur und Transformatorlast überwachen oder miteinander korrelieren. Die Überwachung von Feuchte im Öl und Öltemperatur ist optional verfügbar. Informationen zur Transformatorlast können ebenfalls über die verfügbare Lastüberwachungsoption ergänzt werden.
Dieser zusätzliche Kontext kann Ingenieuren dabei helfen zu beurteilen, ob die Gasbildung während einer höheren Belastung zugenommen hat, ob sich Feuchte oder Öltemperatur gleichzeitig verändert haben und ob sich der Gastrend fortsetzte, nachdem sich die Betriebsbedingungen normalisiert hatten.
Der Monitor trifft nicht die endgültige technische Entscheidung. Er stellt zusätzliche Informationen bereit, die zur Untersuchung eines sich verändernden Transformatorzustands erforderlich sind.
Zustandsdaten des Transformators zusammenführen
Bei größeren Überwachungsinstallationen erweitert SmartSUB® die Analyse über einen einzelnen DGA-Monitor hinaus.
SmartSUB umfasst die DGA-Analysefunktionen von TM View und kann TM8-Daten mit Informationen anderer Systeme zur Zustandsüberwachung von Transformatoren kombinieren. Dazu können Tankdruck, Kühlgruppenstrom, Wicklungsstrom und -temperatur, Durchführungsüberwachung und Teilentladungsüberwachung gehören.
Durch die Zusammenführung dieser Informationen können Asset Manager den Transformatorzustand umfassender bewerten, anstatt jedes Überwachungssystem getrennt zu betrachten.
Ein fortschrittliches DGA-Programm geht damit über die reine Gaserfassung hinaus. Es wird Teil einer vernetzten Zustandsüberwachungsstrategie, die DGA-Ergebnisse mit der elektrischen und thermischen Betriebsumgebung des Transformators in Beziehung setzt.
Zentralen Zugriff auf DGA-Daten ermöglichen
Der TM8 unterstützt verschiedene Kommunikationsschnittstellen und Industrieprotokolle für den Fernzugriff auf Daten.
Zu den in der aktuellen TM8-Broschüre aufgeführten Standardschnittstellen gehören RS-232, RS-485, Glasfaser-Ethernet und ein internes POTS-Modem. Mobilfunk und Kupfer-Ethernet sind optional verfügbar.
Zu den unterstützten Protokollen gehören TCP/IP, DNP3, Modbus RTU, ASCII, OPC und IEC 61850. Abhängig vom Standort und von der vorhandenen Kommunikationsinfrastruktur helfen diese Optionen Unternehmen dabei, DGA-Informationen den zuständigen Teams zur Verfügung zu stellen.
Wo ist eine fortschrittliche Online-DGA-Überwachung besonders wertvoll?
Der erforderliche Überwachungsumfang sollte sich nach der Bedeutung, der Betriebsumgebung und dem Zustand des Transformators sowie den möglichen Folgen eines Ausfalls richten.
Die TM8-Broschüre nennt Maschinentransformatoren beziehungsweise Generator Step-up Transformers, große Übertragungstransformatoren und kritische Umspannwerktransformatoren als wichtige Anwendungen. Das System kann außerdem bedeutende Transformatoren in der Erzeugung, Übertragung und Verteilung unterstützen, bei denen häufige Zustandsinformationen erforderlich sind.
Eine fortschrittliche Mehrgasüberwachung kann besonders relevant sein, wenn Betreiber häufige Messungen, mehrere Diagnosemethoden und eine bessere Sicht auf sich verändernde Gaszustände benötigen. Sie kann auch Teil einer umfassenderen Strategie zur Transformatorüberwachung sein, insbesondere wenn Daten aus der Ferne abgerufen oder mit anderen Zustandsinformationen kombiniert werden müssen.
DGA-Daten in bessere Instandhaltungsentscheidungen umwandeln
Die Online-DGA-Überwachung ersetzt weder Laborprüfungen und technische Beurteilungen noch ein vollständiges Instandhaltungsprogramm für Transformatoren. Ihr Nutzen besteht darin, Asset-Teams häufige, wiederholbare Messungen bereitzustellen, die zeigen, wie sich der Transformatorzustand im Laufe der Zeit verändert.
Der Serveron TM8 bietet standardmäßig eine Online-DGA für acht Gase. Die Stickstoffüberwachung ist auf Kundenwunsch verfügbar, sodass insgesamt neun Gase gemessen werden können. Das System vereint Gaschromatografie, anpassbare Analyseintervalle, Diagnosewerkzeuge und zusätzliche Transformatorzustandsdaten in einer Überwachungslösung.
In Verbindung mit TM View oder SmartSUB können diese Informationen Teil eines umfassenderen Prozesses zur Zustandsbewertung von Transformatoren werden.
Für Betreiber kritischer Transformatoren lautet die Frage nicht mehr nur, ob eine DGA durchgeführt werden sollte. Entscheidend ist, ob die verfügbaren DGA-Daten häufig, detailliert und vernetzt genug sind, um Entscheidungen zu unterstützen, sobald sich der Transformatorzustand verändert.
Mehr über den Serveron TM8 Online-DGA-Monitor erfahren
Quellen
- US-Energieministerium, Large Power Transformer Resilience Report, 2024:
https://www.energy.gov/sites/default/files/2024-10/EXEC-2022-001242%20-%20Large%20Power%20Transformer%20Resilience%20Report%20signed%20by%20Secretary%20Granholm%20on%207-10-24.pdf - IEEE, IEEE C57.104-2019: Guide for the Interpretation of Gases Generated in Mineral Oil-Immersed Transformers:
https://ieeexplore.ieee.org/document/8890040 - Internationale Elektrotechnische Kommission, IEC 60599:2022 – Guidance on the Interpretation of Dissolved and Free Gases Analysis:
https://webstore.iec.ch/en/publication/66491 - CIGRE, Guideline for Online Dissolved Gas Analysis Monitoring:
https://www.cigre.org/userfiles/files/News/2022/TOR-JWG%20A2_D1_67_Guideline%20for%20online%20dissolved%20gas%20analysis%20monitoring.pdf - Qualitrol, Serveron TM8 Multi-Gas On-Line Dissolved Gas Monitor:
https://www.qualitrolcorp.com/products/TM8
