DD213087A1 - METHOD FOR TECHNICAL DIAGNOSIS OF OIL-FILLED HIGH VOLTAGE DEVICES - Google Patents
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Abstract
Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Detektion und Charakterisierung von Schaedigungsprozessen im technischen System von mit organischer Isolierfluessigkeit gefuellten Transformatoren, Wandlern und Drosselspulen mit Hilfe der in der Isolierfluessigkeit geloesten Gase (DGA). Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, betriebsgefaehrdende elektrische und/oder thermische Anomalien im technischen System von Hochspannungsgeraeten mit Feststoff-Fluessigkeitsisolierungen durch ein Verfahren fuer die kontinuierliche Betriebsueberwachung auf der Grundlage der DGA festzustellen und auszuwerten. Das wird dadurch erreicht, dass von den in der Isolierfluessigkeit geloesten Gasen die Summe der gasfoermigen Kohlenwasserstoffe sowie des Sauerstoffs, des Wasserstoffs und des Kohlendioxids quantitativ bestimmt werden und mit den Konzentrationen dieser Gaskomponenten das Oxydationsmerkmal und das Rekombinationsmerkmal oder das Verkettungsmerkmal gebildet werden, und dass die Realisierungen des Oxydationsmerkmals einerseits und des Rekombinationsmerkmals oder des Verkettungsmerkmals andererseits bezueglich ihrer Korrelation nach Lage, Steigung und Reststreuung der Regressionsgeraden statistisch bewertet werden.This method is particularly suitable for the detection and characterization of damage processes in the technical system of organic liquid-filled transformers, transducers and reactors using the gases dissolved in the insulating liquid (DGA). The object and the object of the invention are to detect and evaluate operationally dangerous electrical and / or thermal anomalies in the technical system of high-voltage equipment with solid-fluid isolations by a method for continuous operation monitoring on the basis of the DGA. This is achieved by quantitating the sum of the gaseous hydrocarbons and of the oxygen, of the hydrogen and of the carbon dioxide dissolved in the insulating liquid, and of forming the oxidation characteristic and the recombination feature or the linking characteristic with the concentrations of these gas components On the other hand, realizations of the oxidation feature on the one hand and the recombination feature or the linking feature on the other hand can be statistically evaluated with regard to their correlation according to position, slope and residual scattering of the regression line.
Description
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zur technischen Diagnose von ölgefüllten Hochspannungsgeräten, insbesondere zur Detektion und Charakterisierung von Schädigungsprozessen im technischen System von mit organischer Isolierflüssigkeit gefüllten Transformatoren, Wandlern und Drosselspulen mit Hilfe der in der Isolierflüssigkeit gelösten Gase'The invention "relates to a method for the technical diagnosis of oil-filled high-voltage devices, in particular for the detection and characterization of damage processes in the technical system of filled with organic insulating liquid transformers, transducers and inductors using the gases dissolved in the insulating '
Hochspannungsgeräte haben häufig kombinierte Feststoff-Flüssigkeitsisolierungen, in denen die Flüssigkeit, ein synthetisches Öl oder ein Mineralöl, sowohl als Isolier- und Tränkmittel als auch als Kühlmittel dient. Diese kombinierten Flüssigkeits-FeststoffIsolierungen altern unter dem Einfluß der gerätespezifischen elektrischen und thermischen Beanspruchungen, wobei ein allmählicher chemischer Abbau der festen und flüssigen Isolierstoffe stattfindet, der zum Verlust ihrer mechanischen Eigenschaften bzw. Isolier- und Kühleigenschaften und schließlich zum Ausfall wesentlicher Funktionen des Hochspannungsgerätes führt, was häufig mit folgeschweren Havarien verbunden ist. Auf der Grundlage langjähriger Eetriebserfahrungen und gezielter Langzeitversuche mit derartigen Isoliersystemen werden die. mit ihnen ausgestatteten Hochspanhungsgeräte so gestaltet und bemessen, daß die in ihnen bei Betrieb dauernd auftretenden Temperaturen und elektrischen Feldstärken bestimmte, für den jeweiligen Gerätetyp maximal zulässige Grenzen nicht überschreiten, so daß eine Lebensdauer des Gerätes in der volkswirtschaftlich erforderlichen Höhe ge-High-voltage devices often have combined solid-liquid insulations in which the liquid, a synthetic oil or a mineral oil, serves both as an insulating and impregnating agent and as a coolant. These combined liquid-solid coatings age under the influence of device-specific electrical and thermal stresses, with gradual chemical degradation of the solid and liquid insulating materials, resulting in the loss of their mechanical or insulating and cooling properties and ultimately failure of essential functions of the high voltage device. which is often associated with consequential damage. On the basis of many years of Eetrieberfahrungen and targeted long - term tests with such insulation, the. High-voltage devices equipped with them are designed and dimensioned such that the temperatures and electric field strengths which constantly occur in them do not exceed certain limits which are permissible for the respective type of device, so that a lifetime of the device at the economically required level is maintained.
währleistet ist. Neben den. projektierten Beanspruchungen der festen und flüssigen Isolierstoffe, die für die normale Alterung des Isoliersystems bestimmend sind, treten in Hochspannungsgeräten nicht selten auch bedeutend, höhere thermische und/oder elektrische Beanspruchungen auf, .die örtlich begrenzt zu einer beschleunigten, anormalen Alterung des Isoliersystems führen. Solche elektrischen, und/oder thermischen Anomalien im Isoliersystem eines Hochspannungsgerätes entstehen in der Regel infolge von. Mangeln in der Konstruktion, bei der Fertigung oder Inbetriebnahme des Gerätes, können aber auch durch zeitweise starke elektrische, dynamische oder thermische Überlastungen des Hochspannungsgerätes mährend' seines Betriebes hervorgerufen werden. Abhängig vom Ort ihres Auftretens im technischen System des Hochspannungsgerätes. und der dort vorhandenen Redundanz, dem Grad der durch sie hervorgerufenen ITunktionsbeeinträchtigung und ihrem "Selbstheilungsvermögen" hat eine thermische oder elektrische Anomalie bei jeweils gleicher Beanspruchung der Isolierstoffe sehr unterschiedliche Auswirkungen, auf die Betriebssicherheit und die Lebensdauer eines Hochspannungsgerätes.is guaranteed. In addition to the. configured stresses of the solid and liquid insulating materials, which are determinant for the normal aging of the insulation system, not infrequently also occur in high-voltage equipment significantly, higher thermal and / or electrical stresses, which lead locally to an accelerated, abnormal aging of the insulation system. Such electrical and / or thermal anomalies in the insulation system of a high voltage device usually arise as a result of. Deficiencies in the construction, in the manufacture or commissioning of the device, but can also be caused by temporarily strong electrical, dynamic or thermal overloads of the high voltage device during 'his operation. Depending on the location of their occurrence in the technical system of the high voltage device. and the redundancy existing there, the degree of ITfunktionionseinträchtigung caused by them and their "self-healing ability" has a thermal or electrical anomaly in each case the same stress insulators very different effects on the reliability and the life of a high voltage device.
So kann zum Beispiel eine thermische Anomalie in einer Transformatorenwicklung durch einen erhöhten Übergangswiderstand infolge mangelhafter Lötung an der Verbindungsstelle zweier Stromleiter hervorgerufen werden. Die im erhöhten Übergangswiderstand entstehenden Stromwärmeverluste verursachen an dieser Stelle Temperaturen, die weit über den dauernd zulässigen Grenzwerten liegen und daher dort zu einer beschleunigten Alterung der Isolation führen. Setzt sich die Isolierstrecke zwischen dem betroffenen Stromleiter und benachbarten.Bauteilen unterschiedlichen Potentials aus einem festen und einem flüssigen Anteil zusammen, so führt die thermische Anomalie zwar zu einer vorzeitigen Zerstörung des festenFor example, a thermal anomaly in a transformer winding may be caused by increased contact resistance due to inadequate soldering at the junction of two conductors. The resulting in the increased contact resistance current heat losses cause at this point temperatures that are far above the permanently permitted limits and therefore there lead to accelerated aging of the insulation. If the insulating gap between the affected current conductor and neighboring components of different potential is composed of a solid and a liquid fraction, the thermal anomaly leads to premature destruction of the solid
Anteils, aber nicht zum völligen Yerlust der Isolationsfestigkeit dieser Strecke, da sich ihr flüssiger Anteil bedingt durch, konvaktiven St off austausch ständig regenerieren kann· In .einem solchen Falle liegt zwar eine beschleunigte Alterung, jedoch ein stabiles Alterungsverhalten vor, wenn sich der anormale Alterungsprozeß räumlich, nicht ausdehnt und seinen chemisch-physikalischen Mechanismus beibehält, so daS er sich in seiner Auswirkung auf., die Betriebstauglichkeit des Hochspannungsgerätes nicht ändert. Im vorliegenden Beispiel kann der anormale Alterungsprozeß infolge Schwächung der Isolationsfestigkeit zwar zu einer potentiellen Gefährdung der Betriebssicherheit des Hochspannungsgerätes,, insbesondere durch gelegentlich auftretende Überspannungen, jedoch nicht zu. einer akuten Betriebsgefährdung führen, da die mindestens verbleibende Isolationsfestigkeit ausreicht, um den ständig auftretenden elektrischen Beanspruchungen standzuhalten* Enthält die Isolierstrecke dagegen nur festen Isolierstoff, so führt die thermische Anomalie frühzeitig zu einem völligen Ausfall der1Isolation dieser Strecke· Hierbei ändert der Alterungsprozeß infolge Auftretens elektrischer Entladungen nicht nur seinen chemisch-physikalischen Mechanismus sondern dehnt sich infolge der durch die Entladungen hervorgerufenen Kurzschlußströme auch weiter in die Wicklung aus, wobei er außerdem an Intensität zunimmt. In einem solchen Falle liegt ein instabiles Alterungsverhalten vor, das durch zunehmend beschleunigte Zerstörung von Teilen der Isolation oder anderer funktionswesentlicher Bauelemente infolge anomaliebedingt zunehmender elektrischer und/ oder thermischer Beanspruchungen in einem sich räumlich ausdehnenden Anomaliegebiet gekennzeichnet ist· Ein solches Alterungsverhalten ruft naturgemäß eine akute Betriebsgefährdung des Eochspannungsgerätes hervor, da es in den meisten Fällen zu einem völligen Versagen seinerProportion, but not to the complete loss of the insulation resistance of this section, since its liquid fraction can constantly regenerate due to convective exchange. In such a case there is an accelerated aging, but a stable aging behavior, if the abnormal aging process spatially, does not expand and maintains its chemical-physical mechanism, so that it does not change in its effect on the operational capability of the high-voltage device. In the present example, although the abnormal aging process due to weakening the insulation resistance to a potential risk to the reliability of the high-voltage device, in particular by occasional overvoltages, but not too. lead to an acute operating hazard, since the minimum remaining insulation strength is sufficient to withstand the ever-occurring electrical stresses * Contains the insulating section, however, only solid insulating material, the thermal anomaly leads early to a complete failure of 1 isolation of this distance · this changes the aging process due to occurrence electrical discharges not only its chemical-physical mechanism but also expands further into the winding due to the short-circuit currents caused by the discharges, and it also increases in intensity. In such a case, there is an unstable aging behavior, which is characterized by increasingly accelerated destruction of parts of the insulation or other essential components due to anomaliebedingt increasing electrical and / or thermal stresses in a spatially expanding anomaly region. Such aging behavior naturally causes an acute operating hazard of Eochspannungsgerätes because it is in most cases to a complete failure of his
Funktionsfähigkeit führt· . . Für die Beurteilung der Betriebszuverlässigkeit eines Hochspannungsgerätes ist somit nicht allein die Feststellung der Existenz einer Anomalie in der Alterung seines Isoliersystems und der Art und Intensität dieser Anomalie, wie die Höhe der Temperatur an einer Heißstelle oder die.Energiedichte von elektrischen Entladungen, sondern vor allem, die Kenntnis des durch sie bedingten Alterungsverhaltens erforderlich.- . . . Es ist bekannt,, die im Alterungsprozeß der festen und flüssigen Isolierstoffe eines Isoliersystems infolge thermischer und/oder elektrischer Beanspruchung entstehenden und im flüssigen Isoliermedium gelösten.gasförmigen. Abbauprodukte nach Art und Konzentration zu bestimmen, um daraus Aufschluß über den Alterungsprozeß zu bekommen. Ausgehend von der Vorstellung, daß diese Abbauprodukte ausschließlich durch pyrolytische Spaltung entstehen, wird entweder aus dem Vorhandensein bestimmter kennzeichnender Spaltprodukte oder aus.dem Verhältnis ihrer Konzentrationen auf die Existenz, Art und. Intensität von Anomalien geschlossen. Die Merkmale gasanalytischer Befunde werden jeweils in Wertebereiche aufgeteilt und kodiert, wobei den gasanalytischen Befunden von typischen Anomalien bestimmte Zahlenkombinationen zugeordnet sind.Functionality leads ·. , For the assessment of the operational reliability of a high voltage device is thus not only the existence of an anomaly in the aging of its insulation system and the nature and intensity of this anomaly, such as the height of the temperature at a hot spot or die.Energiessichte of electrical discharges, but above all, knowledge of the aging behavior required by them. , , It is known, that in the aging process of the solid and liquid insulating materials of an insulating system as a result of thermal and / or electrical stress resulting and dissolved in the liquid insulating.gas. Determine degradation products by type and concentration in order to obtain information about the aging process. Based on the idea that these degradation products arise exclusively by pyrolytic cleavage, either from the presence of certain characteristic fission products or aus.dem ratio of their concentrations on the existence, type and. Intensity of anomalies closed. The characteristics of gasanalytical findings are each divided into value ranges and coded, with the gasanalytical findings of typical anomalies being assigned specific number combinations.
Es hat sich gezeigt, daß diese auf eine beschränkte Zahl empirischer Ergebnisse, insbesondere der Auswertung von Schadens- und Revisionsbefunden beruhenden Codeschemata von nur begrenzter Gültigkeit sind und häufig für gasanalytische Befunde keine Aussage liefern. Ein besonderer Kachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es keinen Aufschluß über das Alterungsverhalten und damit über den durch eine Anomalie bedingten Gefährdungsgrad eines Eochspannungsgerätes geben kann.It has been shown that these are of a limited number of empirical results, in particular the evaluation of damage and revision findings based code schemes of limited validity and often provide no evidence for gas analysis findings. A special Kachteil this method is that there can be no information about the aging behavior and thus on the conditional by an anomaly degree of risk of a Eochspannungsgerätes.
Daher.ist.es auch.üblich, die zeitliche Veränderung der Spaltproduktkonzentrationen zu bestimmen, um rechtzeitig ein betriebsgefährdendes Alterungsverhalten zu erkennen· Es hat sich aber herausgestellt, daß die zeitlichen Veränderungen der Spaltproduktkonzentrationen nach einiger Betriebszeit den Charakter statistischer Schwankungen haben, die durch die Thermodynamik des Al- · terungsprozesses und· durch Belastungsschwankungen sowie zufällig auftretende, vorübergehende Überlastungen hervorgerufen werden. Da diese Einflußgrößen einer.statistischen Erfassung und Auswertung kaum zugänglich und daher auch, korrelativ nicht eliminierbar sind, kann eine signifikante zeitliche Korrelation der Spaltproduktkonzentrationen und damit eine Anomalie mit.instabiler Alterungscharakteristik erst erkannt werden, wenn sie bereits ein unmittelbar betriebsgefährdendes Entwicklungsstadium erreicht hat·Therefore, it is also usual to determine the temporal change of the fission product concentrations in order to recognize in good time an operationally endangering aging behavior. However, it has been found that the temporal changes of the fission product concentrations after some operating time have the character of statistical fluctuations caused by the thermodynamics of the aging process and by load fluctuations as well as random, temporary overloads. Since these influencing variables are hardly accessible to statistical recording and evaluation and therefore can not be eliminated correlatively, a significant temporal correlation of the cleavage product concentrations and thus an anomaly with unstable aging characteristic can only be recognized if it has already reached an immediately endangered development stage.
Da das Diagnoseverfahren auf der Entnahme von Proben der Isolierflüssigkeit aus dem Hochspannungsgerät und ihrer anschließenden Analyse in einem in der Regel nicht am gleichen Ort befindlichen Labor beruht, kann die Überwachung mit Hilfe dieses Verfahrens nur diskontinuierlich, das heißt in bestimmten Zeitabständen erfolgen. Diese Zeitabstände so kurz zu wählen, daß anhand der zeitlichen Veränderung der Spaltproduktkonzentrationen der kritische Zustand einer Anomalie und damit eine akute Gefährdung des Hochspannungsgerätes sicher und rechtzeitig erkannt werden kann, ist mit einem sehr hohen Aufwand verbunden und daher nicht generell, sondern nur in besonderen Fällen möglich.Since the diagnostic method is based on the extraction of samples of the insulating liquid from the high-voltage device and their subsequent analysis in a laboratory not usually located in the same place, monitoring using this method can only be discontinuous, that is, at certain intervals. To choose these time intervals so short that based on the change over time of the cleavage product concentrations, the critical state of an anomaly and thus an acute threat to the high voltage device can be detected safely and timely, is associated with a very high cost and therefore not in general, but only in special cases possible.
Es ist daher bereits bekannt, Hochspannungsgeräte kontinuierlich mit Hilfe automatisch arbeitender Analysengeräte gasanalytisch zu überwachen. Hierbei wird nur eine C-askomponente, in der Regel der Wasserstoff, analytischIt is therefore already known to continuously monitor high-voltage devices with the aid of automatically operating analyzers gas analysis. Here, only one C-component, usually the hydrogen, becomes analytical
(ο(ο
"bestimmt und bei überschreiten eines Grenzwertes der Konzentration oder der Konzentrationsänderung ein.betriebsgefährdender Anomaliezustand angezeigt· Der Nachteil dieses Yerfahrens liegt auf der Hand, denn betriebsgefährdende Anomalien lassen sich aufgrund sehr, unterschiedlicher Spezifik naturgemäß nicht nur: an einer Gaskomponente gasanalytisch rechtzeitig und sicher erkennen. Daher' sind.auch Gasanalysatoren bekannt geworden, die eine Analyse aller im Öl gelösten Gase ausführen,. Der ,.' ITacht.eil dieser automatischen Gasanalysatoren besteht in einem erheblichen Aufwand sowohl für den apparativen Aufbau als.auch für die erforderliche Wartung und Instandhaltung, .so daß sich ihre generelle Anwendung im Dauerbetrieb, von. Hochspannungsgeräten bisher als nicht zweckmäßig herausgestellt hat.The disadvantage of this method is obvious, because due to their very different nature, not only can anomalies which are hazardous to operation be detected on a gas component in a timely and reliable manner, not only on a gas component, but also in a timely and reliable manner. Therefore gas analyzers have also become known which carry out an analysis of all the gases dissolved in the oil. ITacht.eil this automatic gas analyzers consists in a considerable effort both for the apparative structure als.auch for the required maintenance and servicing, so that their general application in continuous operation of high voltage equipment has so far proved to be inappropriate.
Beiden-Verfahren zur kontinuierlichen gasanalytischen. .. Überwachung von ölgefüllten Hochspannungsgeräten haftet überdies der Mangel, an,.daß mit ihrer Hilfe aufgrund bloßer Erfassung, von Gaskonzentrationen und/oder ihrer zeitlichen "Veränderungen eine wirklich betriebsgefährdende Anomalie, erst sehr spät erkannt, werden kann. Daher erlauben, diese Verfahren allenfalls nur, folgenschweren Havarien vorzubeugen. Sie erlauben nicht, Reservebereitstellung und.Reparatur mittelfristig zu planen und so Ausfälle und "Verluste bei der Energieerzeugung und Energieübertragung zu vermeiden.Two-process for continuous gasanalytical. The monitoring of oil-filled high-voltage equipment is also liable for the defect that, with their help, mere detection, gas concentrations and / or their temporal changes can only detect a very potentially dangerous anomaly at a very late stage only to prevent serious accidents, they do not allow to reserve and repair in the medium term, avoiding losses and losses in power generation and energy transmission.
— & —- & -
Ziel der Erfindung ist es, "betriebsgefährdende. elektrische und/oder thermische Anomalien.im technischen System von .öliso.lierten.Hochspannungsgeräten, mit angemessenem Aufwand rechtzeitig und sicher zu erkennen,- um folgeschweren Havarien wirksam vorbeugen sowie Art und erforderlichen. Umfang der Reservebereitstellung und Instandsetzungs· maßnahmen, in einem für ihre Planung, und. Vorbereitung erforderlichem Zeitraum im voraus bestimmen zu können.The aim of the invention is "to detect operationally hazardous electrical and / or thermal anomalies in the technical system of high-voltage oil-based high-voltage devices in a timely and reliable manner with appropriate effort, to effectively prevent consequential damage, and the type and extent of reserve provision required and repair measures, in advance, in a time required for their planning and preparation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die · kontinuierliche Betriebsüberwachung von Hochspannungsgeräten mit Feststoff-IPlüssigkeitsisolierungen geeignetes Verfahren zu schaffen, das auf der quantitativen Bestimmung der in der Isolierflüssigkeit gelösten gasförmigen Spaltprodukte und der statistischen Bewertung der entsprechenden, gasanalytischen Befunde beruht, und das.es. gestattet, diejenigen elektrischen und/oder thermischen Anomalien, die mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Betriebs· .gefährdung des Eochspannungsgerätes hervorrufen können, von denjenigen zu unterscheiden, die die Betriebssicherheit des Hochspannungsgerätes mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht beeinträchtigen, und dabei den erforderlichen Grad der gasanalytischen Differenzierung bei der Bestimmung der Spaltprodukte zu verringern sowie auf die statistische Erfassung und Bewertung der Belastungen und sonstigen Betriebsbedingungen des Hochspannungsgerätes weitgehend zu verzichten«The invention has for its object to provide a suitable for the · continuous operation monitoring of high voltage equipment with solid-IPlüssigkeitsinsierungen method based on the quantitative determination of dissolved in the insulating gaseous fission products and the statistical evaluation of the corresponding gasanalytischen findings, and. it. makes it possible to distinguish those electrical and / or thermal anomalies which are likely to cause operational danger to the Eoch voltage device from those which are not likely to affect the reliability of the high voltage device, and thereby the required degree of gasanalytical differentiation Reduce the determination of fission products and largely dispense with the statistical recording and evaluation of the loads and other operating conditions of the high-voltage device «
-1S-- 1 s
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß von. den in der Isolierflüssigkeit gelösten Gasen die.Summe, der bei Raumtemperatur und Normaldruck gasförmigen Kohlenwasserstoffe,, mindestens bis einschließlich den Kohlenwasserstoffen mit drei Kohlenstoffatomen γ ^n''tu.dasAccording to the invention this is achieved in that of. the gases dissolved in the insulating liquid are the sum of gaseous hydrocarbons, at room temperature and atmospheric pressure, at least up to and including the hydrocarbons of three carbon atoms γ ^ n''tu .das
Kohlendioxid-CO2, eier Sauerstoff Q2 und der Wasser-Carbon dioxide CO 2 , oxygen Q 2 and water
stoff H2 quantitativ, bestimmt werden, und daß. mit-denquantitatively H 2 , and that. with the
Konzentrationen dieser Gaskomponenten das OxydationsmerkmalConcentrations of these gas components the oxidizing feature
log ξ- Ifh "aj * L^Xj und das Eekombinations-log ξ- Ifh "aj * L ^ Xj and the Eekombinations-
***»ij*** "ij
log ^ L^fl ***»ij oder das Verkettungs-log ^ l ^ fl or the chaining
gebildet werden, undbe formed, and
daB die Realisierungen des Oxydationsmerkmals einerseits und des Rekombinationsmerkmals, oder des Terkettungsmerkmals andererseits bezüglich ihrer Korrelation nach Lage, Steigung und Reststreuung der Regressionsgeraden statistisch bewertet werden dergestalt, daß typdeterminierte Regressionsgeraden von. Eochspannungsgeräten einerseits und. eine fehlerdeterminierte Regressionsgerade von betriebsgefährdenden Anomalien andererseits erhalten· werden·the realizations of the oxidation characteristic on the one hand and the recombination feature or the tying feature on the other hand are statistically evaluated in terms of their correlation according to position, slope and residual scattering of the regression line in such a way that typedeterminate regression lines of. Eochspannungsgeräten one hand and. on the other hand, a fault-determined regression line of operationally dangerous anomalies is obtained.
Anstelle der Summe der Kohlenwasserstoffkonzentrationen kann auch die entsprechende molare Konzentration des 'Kohlenstoffs %Jc]2(Cn^m) für. die Bestimmung der gas-'analytischen Merkmale verwendet werden. Es hat sich. : überraschend herausgestellt, daß die erfindungsgemäß, bestimmten Merkmale gasanalytischer Befunde trotz großer Unterschiede in den konstruktiven Eigenarten von Hochspan-Instead of the sum of the hydrocarbon concentrations, the corresponding molar concentration of the ' % Jc carbon' 2 (Cn ^ m) for. the determination of gas-analytical features can be used. It has. : Surprisingly, it has been found that the characteristics of gasanalytical findings determined according to the invention, despite great differences in the structural characteristics of high-tension
nungsgeräten und in den Schädigungsmerkmalen. von.Anomalien eine für alle betriebsgefährdenden thermischen und/ oder elektrischen Anomalien gemeinsame Korrelation aufweisen. .Dadurch ist es möglich,· unabhängig von Konstruktionsart des Gerätes und Schädigungsart der Anomalie ein., allgemeingültiges Grenzgebiet der Schädigung ..durch eine einzige Regressionsgerade und ihre Reststreuung statistisch-darzustellen, innerhalb dessen sich der Übergang von beginnender potentieller Gefährdung zur unmittelbaren akuten Betriebsgefährdung vollzieht.equipment and in the damage characteristics. anomalies have a common for all endangered thermal and / or electrical anomalies correlation. This makes it possible, regardless of the type of construction of the device and the type of damage of the anomaly, to statistically represent a general borderline area of damage by means of a single regression line and its residual dispersion, within which the transition from incipient potential danger to immediate acute operational hazard takes place ,
Weiterhin hat sich erwiesen, daß die erfindungsgemäß gebildeten, gasanalytischen Merkmale-..aller Hochspannungsgeräte, eines Konstruktionstyps mit normalem, nicht feh-Furthermore, it has been found that the gasanalytical features formed according to the invention -. All high-voltage devices, a construction type with normal, not faulty
lerdeterminiertem Alterungsverhalten in weiten Grenzen unabhängig von Belastung und sonstigen Betriebsbedingungen eine gemeinsame Korrelation zeigen. Dadurch ist es möglich, einen für alle Geräte eines Konstruktionstyps gültigen Bereich durch eine Regressionsgerade und ihre Rest-, streuung darzustellen, innerhalb dessen sich weitgehend un abhängig von betriebsbedingten Einflußgrößen die für normales Alterungsverhalten kennzeichnenden gasaiialytisehen Befunde aufhalten. Durch die Lage, Steigung und Reststreuung der typdeterminierten Regressionsgeraden in Bezug auf die fehlerdeterminierte Regressionsgerade betriebsgefährdender Anomalien kann festgestellt werden, ob konstruktiv bedingte Anomalien vorliegen, die das typspezifische Alterungsverhalten bestimmen. Durch die Lage eines oder erforderlichenfalls mehrerer zeitlich nacheinander aufgenommener gasanalytischer Befunde in Bezug auf die ent- Lerdeterminiertem aging behavior in a wide range, regardless of load and other operating conditions show a common correlation. This makes it possible to represent a valid for all devices of a construction type range by a regression line and their residual, scattering, which are largely un depending on operational factors influencing the normal aging behavior characteristic gasaiialytisehen findings. The location, slope and residual dispersion of the type-determined regression line with respect to the fault-determined regression line of operational anomalies can be used to determine whether constructive anomalies exist that determine the type-specific aging behavior. Due to the location of one or, if necessary, several gas-analytical findings taken in chronological order of
- sprechende typdeterminierte Regressionsgerade kann festgestellt werden, ob das betreffende Gerät sich im Rahmen tj/pspezifischen Alterungsverhaltens bewegt oder ob bereits Anzeichen fehlerdeterminierten ^JLterungsverhaltens aufgrund einer exemplarischen Anomalie vorliegt, die durch- speaking type-determined regression line, it can be determined whether the device in question is moving in the context of tj / p-specific aging behavior or whether there are already signs of fault-determined behavior due to an exemplary anomaly caused by
lfertigungs- oder Materialfeiiler oder auch durch extreme Betriebsbedingungen hervorgerufen sein kann. Durch die Bestimmung dererfindungsgemäßen gasanalytischen Merk- . male und ihre statistische Bewertung wird somit erreicht, daJ3 allein schon die durch ein Wertepaar dieser Merkmale bestimmte Lage des gasanalytischen Befundes eines Hochspannungsgerätes bezüglich seiner typdeterminierten Regressionsgeraden bzw.- der fehlerdeterminierten Regressionsgerade betriebsgefährdender Anomalien eine mit hoher Wahrscheinlichkeit zutreffende Aussage, zur Betriebssicherheit dieses Hochspannungsgerätes zuläßt, ohne daB hierzu zusätzliche Informationen über die Betriebsbedingungen, erforderlich sind.production or material feeder or may be caused by extreme operating conditions. By the determination of the inventive gas analytical Merk-. and their statistical evaluation is thus achieved, since the position of the gasanalytical finding of a high-voltage device determined by a pair of values of these characteristics permits a high-probability statement concerning the reliability of operation of this high-voltage device with respect to its type-determined regression line or the error-determined regression line of operationally hazardous anomalies. without additional information on operating conditions being required.
Damit werden Voraussagen über die Betriebszuverlässigkeit des Hochspannungsgerätes sowie erforderliche vorbeugende Instandhaltungs- und Überwachungsmaßnahmen für einen zu deren Planung, Vorbereitung und Durchführung erforderlichen Zeitraum, möglich. Das bedeutet auch, daß der Betrieb eines Hochspannungsgerätes bis an seine Schädigungsgrenze· möglich ist, was seine Verfügbarkeit erhöht und damit eine geringere Reservehaltung erforderlich macht. Darüber hinaus eignen sich die für die Bildung der erfindungsgemäßen gasanalytischen Merkmale erforderlichen Stoffkomponenten aufgrund ihrer sehr unterschiedliehen chemischen und physikalischen Eigenschaften besonders für eine automatische Detektion, ohne daß hierzu eine gaschromatographische Auftrennung des Gasgemisches in seine Komponenten erforderlich ist. Dadurch ist es möglieh, auf die Verwendung des zwar sehr leistungsfähigen, aber störanfälligen und schon allein wegen des Bedarfs ständig neu aufzufüllender Gasreservoirs wartungsaufwendigen Gas-Chromatographen zu verzichten und ein automatisch arbeitendes gasanalytisches Überwachungssystem mit einfachen, komponentenspezifischen Detektoren aufzubauen, die wartungsarm und wenig störanfällig sind'.Thus, predictions about the operational reliability of the high voltage equipment and required preventive maintenance and monitoring measures for a time required for their planning, preparation and implementation, possible. This also means that the operation of a high-voltage device up to its damage limit · is possible, which increases its availability and thus requires a lower reserve position. In addition, because of their very different chemical and physical properties, the substance components required for the formation of the gas-analytical characteristics according to the invention are particularly suitable for automatic detection, without requiring gas-chromatographic separation of the gas mixture into its components. This makes it possible to dispense with the use of the very powerful, but susceptible to interference and even just because of the need to constantly replenish gas reservoir maintenance-consuming gas chromatograph and build an automatic gasanalytisches monitoring system with simple, component-specific detectors that are low maintenance and low prone to failure '.
- »rs - - »rs -
Anliand eines Beispiels soll die Erfindung, näher erläutert werden.Anliand of an example, the invention, will be explained in more detail.
In .Pig·. 1. ist das Blockschaltbild einer automatischen Überwachungseinrichtung für ölgefüllte Hochspannungsgeräte gezeigt, welche die für eine technische Diagnose nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderlichen Funktionseinheiten enthält.In .Pig ·. 1. The block diagram of an automatic monitoring device for oil-filled high-voltage devices is shown, which contains the functional units required for a technical diagnosis according to the method according to the invention.
Das gashaltige. Isolieröl wird aus dem Hochspannungsgerät 1 durch eine automatische Probennahmevorrichtung 2 entnommen und in die Sntgasungsapparatur 3 geleitet. Dort wird das Öl entgast und danach wieder dem Hochspannungsgerät zugeführt. Die aus dem Öl abgetrennten gasförmigen Komponenten gelangen in ein Massenspektrometer 4·, mit Hilfe dessen das Massenspektrogramm der Gasprobe erzeugt wird., aus dem vorzugsweise die Molekülpeaks der. in der Gasprobe enthaltenen Gaskomponenten zu ihrer quantitativen Bestimmung als Eingangssignale einem Mikrorechner 5 zugeleitet werden. Hit Hilfe der Matrix der Eichwerte ci/c und des Spaltenvektors der gemessenen Intensitätswerte ψ^ werden von dem Mikrorechner 5 die Partialdrücke pi der einzelnen Gaskomponenten im Gasgemisch und daraus die erfindungsgemäßen gasanalytischen Merkmale der Gasprobe bestimmt.. Danach führt der Mikrorechner 5 die Bewertung der gasanalytischen Merkmale nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus und gibt das Ergebnis in Form von Gefährdungsstufen aus. Über ein Signalsystem wird die erreichte Gefährdungsstufe ausgewiesen. Die Überwachung wird vom Rechner abhängig vom Analyseergebnis automatisch gesteuert. Zur Kontrolle und gegebenenfalls Korrektur der Eichwerte Sl^ ist ein Elchgasbehälter 7 vorgesehen, aus dem in bestimmten Zeitabständen Eichgasproben dem Massenspektrometer zugeführt werden. Benutzt man hierzu ein Flüssiggas, zum Beispiel Butan,The gas-containing. Insulating oil is removed from the high-voltage device 1 by an automatic sampling device 2 and passed into the Sntgasungsapparatur 3. There, the oil is degassed and then fed back to the high voltage device. The gaseous components separated from the oil pass into a mass spectrometer 4, by means of which the mass spectrogram of the gas sample is produced, from which preferably the molecular peaks of the. Gas components contained in the gas sample for their quantitative determination as input signals to a microcomputer 5 are fed. By using the matrix of the calibration values ci / c and the column vector of the measured intensity values ψ ^ , the microcomputer 5 determines the partial pressures pi of the individual gas components in the gas mixture and therefrom the gas analytical features of the gas sample according to the invention. Thereafter, the microcomputer 5 performs the gasanalytical evaluation Features according to the inventive method and outputs the result in the form of hazard levels. A signal system indicates the level of hazard reached. The monitoring is automatically controlled by the computer depending on the analysis result. In order to check and, if necessary correction of the calibration values Sl ^ a Elchgasbehälter 7 is provided, are supplied at certain time intervals calibration gas sample to the mass spectrometer from the. If one uses for this purpose a liquid gas, for example butane,
so.kann eine für die Betriebsdauer des. Hochspannungsgerätes ausreichende Menge an Sichgas in dem Eichgasbehälter 6 untergebracht werden» ...so.can a sufficient for the operating time of the. High voltage device amount of inert gas in the calibration gas container 6 are housed ».
Für die Entgasung der Ölprobe in der Intgasungsapp.aratur 3 wird zweckmäßig das Yorvakuum des Massenspektrometers 4 genutzt.. Das Massenspektrometer ist vorzugsweise mit einer Einrichtung zur Ifeldionisation ausgerüstet, um eine ,Fragmentierung der in der G-asprobe enthaltenen Gaskomponenteη zugunsten der Bildung von Molekülionen zurückzudrängen.The Yorvakuum of the mass spectrometer 4 is expediently used for degassing the oil sample in the Intgasungsapp.aratur 3. The mass spectrometer is preferably equipped with an apparatus for Ifeldionisation in order to suppress fragmentation of the gas component contained in the G-asprobe in favor of the formation of molecular ions ,
In 3Pig, 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren..der-technischen Diagnose von ölgefüllten Hochsρannungsgeräten graphisch dargestellt. An der Abszisse ist das Oxidationsmerkmal ,3PIG, 2 the method according to the invention is shown graphically for the technical diagnosis of oil-filled high-voltage devices. The abscissa is the oxidation characteristic,
und an der Ordinate das Rekombinationsmerkmaland at the ordinate the recombination feature
ι fr u 1 ι fr u 1
log 3 1>" "ml log 3 1>" " ml
aufgetragen.· Es hat sich überraschend gezeigt, daß diese erfindungsgemäßen gasanalytischen Merkmale für jeden Typ von Hochspannungsgerät eine spezifische lineare Korrelation, entsprechend der Regressionsgeraden R1 ergeben. Weiterhin hat sich gezeigt, daß alle zu Betriebsstörungen führenden elektrischen und/oder thermischen Anomalien, also Schädigungsprozesse, die die Schädigungsgrenze erreicht haben, unabhängig von der Art des Schädigungsprozesses und dem Konstruktionstyp des Hochspannungsgerätes erfindungsgemäße gasanalytische Merkmale hervorrufen, die eine signifikante Korrelation entsprechend der Re- . gressionsgeraden R2 ergeben.It has surprisingly been found that these gas analytical features according to the invention give a specific linear correlation, corresponding to the regression line R1, for each type of high voltage device. Furthermore, it has been found that all electrical and / or thermal anomalies leading to malfunctions, ie damage processes which have reached the damage limit, produce gasanalytical features according to the invention, regardless of the type of damage process and the type of construction of the high voltage device, which have a significant correlation in accordance with the invention. , result in a regression line R2.
Befindet sich nun ein gasanalytischer Befund in dem durch die 5 fo- und.95 ^-Linien R1' bzw. R1 ft zur Regressionsgeraden R1 begrenzten typspezifischen BereichIf a gasanalytical finding is now found in the type-specific region bounded by the 5 fo and 95 ^ lines R1 'and R1 ft, respectively, to the regression line R1
des betreffenden Hochspannungsgerätes, so liegt ein ungestörtes Betriebsverhalten vor (Gefährdungsstufe 0). . Liegt der gasanalytische Befund im Grenzgebiet, zwischen der 93fo-Linie R1'f zur Regressionsgeraden R1 und der. 5^-Linie R2f zur Regressionsgeraden R2, so. liegen erste Anzeichen einer potentiellen Betriebsgefährdung {Gefährdungsstufe 1) vor. Sine strengere .gasanalytische. Überwachung und eine langfristige Planung von InstandhaltungsinaSnahmen sind dann erforderlich. Hat der gasanalytische Befund das Gebiet zwischen der 5$-I»inie. R2f zur Regressionsgeraden R2 und der. Regressionsgeraden. R2 erreicht, so ist die Wahrscheinlichkeit für das Eintraten einer. Betriebsstörung, insbesondere bei kurzzeitigen Überlastungen des Hochspannungsgerätes, nicht mehr zu vernachlässigen. Bs liegt.dann eine potentielle. Betriebsgefährdung vor {Gefährdungsstufe 2). Eine eingehende Über prüfung des Hochspannungsgerätes vor Ort und seiner Schutzeinrichtungen sowie eine mittelfristige Planung von InstandhaltungsmaSnahmen sind dann erforderlich. Gelangt der gasanalytische Befund in das Gebiet zwischen der Regressionsgeraden R2 und der ihr zugehörigen 95$- Linie R2f1, so ist mit einer hohen Wahrscheinlichkeit der Eintritt einer Betriebsstörung des Hochspannungsgerätes auch während des normalen Betriebs zu erwarten. In diesem Fall ist der Tatbestand der akuten Betriebsgefährdung gegeben (Gefährdungsstufe 3), der eine kurzfristige Außerbetriebnahme zwecks Instandsetzung im Reparaturwerk erforderlich macht·of the relevant high-voltage device, so there is an undisturbed operating behavior (hazard level 0). , Is the gasanalytical finding in the border region, between the 93fo line R1 ' f to the regression line R1 and the. 5 ^ -line R2 f to the regression line R2, so. There are first signs of a potential operational hazard {hazard level 1). Sine stricter .gasanalytical. Monitoring and long-term planning of maintenance operations are then required. Does the gasanalytical finding have the area between the $ 5 billion. R2 f to the regression line R2 and the. Regression line. R2 reaches, so is the probability of entering a. Operating disturbance, especially with short-term overloads of the high voltage device, no longer negligible. Bs is a potential one. Operational hazard before {hazard level 2). A detailed inspection of the high-voltage equipment on site and its protective equipment as well as a medium-term planning of maintenance measures are then required. If the gas analytical result reaches the region between the regression line R2 and its associated $ 95 line R2 f1 , then a high probability of occurrence of a malfunction of the high voltage device during normal operation is to be expected. In this case, the fact of acute operational hazards is given (hazard level 3), which requires a short-term decommissioning for repair at the repair shop ·
Die Regressionsgerade R2 ist somit unabhängig von der Art des Schädigungsprozesses als generelle Schädigungsgrenze zu betrachten. Ihre Kenntnis macht es möglich, die tatsächliche Verfügbarkeit eines ölgefüllten Hochspan nungsgerätes mit Hilfe der gasanalytischen Überwachung maximal zu nutzen. Die jfa- und 955&-Linien R2?und R2tf erlauben es, das dabei auftretende Risiko quantitativ abzuschätzen·The regression line R2 is therefore to be regarded as a general damage limit, regardless of the type of damage process. Their knowledge makes it possible to make maximum use of the actual availability of an oil-filled high-voltage device with the aid of gas-analytical monitoring. The jfa- and 955 & -lines R2 ? and R2 tf allow to estimate quantitatively the occurring risk ·
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