Fehlergas-Dreieck für die Transformatorendiagnostik

1.Stand der Diagnostik
Die Transformatorendiagnostik auf Basis im Öl gelöster und freier Gase ist in der DIN EN 60599 dargestellt. Die jahrelange Statistik von gaschromatographischen Laboranalysen (DGA) mit fünf (H2, CH4, C2H2, C2H4, C2H6) bzw. sieben (zusätzlich C3H6, C3H8) Fehlergasen hat fehlerartabhängig zu Wertebereichen für drei Quotienten geführt. Der praktische Umgang mit der DGA-Interpretationstabelle zur Bestimmung von sechs Fehlerarten wird unterstützt durch graphische Darstellungen der Quotienten.
Visuell aussagefähiger ist das ebenfalls aufgeführte Duval-Dreieck, dass eine auf 100% normierte Darstellung der Fehlergase CH4, C2H2 und C2H4 benutzt und somit die unterschiedlichen Energiedichten ihrer Bildung diagnosewirksam werden lässt. Das Dreieck wird direkt in der visuellen Form benutzt und zeigt, dass auch mit nur drei Fehlergasen eine Diagnostik möglich ist. Allerdings kann das zu Diagnoseeinschränkungen führen, z.B. bei der Feststellung von Teilentladungen und von Lecks in Lastschaltergefäßen, was auf das Fehlen von Wasserstoff zurückzuführen ist.

2.Online-Diagnostik mit Fehlergas-Dreieck
Es wurde ein neues, leistungsfähiges Hilfsmittel für die Diagnostik entwickelt. Basis ist die Zuordnung der dominierenden Fehlergase zu den Grundfehlerarten:
    H2 - Teilentladung
    C2H2 - elektrische Entladung
    CH4+ - thermischer Fehler
Dabei ist CH4+ die neu eingeführte Größe "Monitoringsumme der Kohlenwasserstoffe", die als gewichtete Summe der Kohlenwasserstoffe CH4, C2H6, C3H8, C2H4 und C3H6 direkt mit einem Sensor gemessen oder auch aus Vollanalysen berechnet werden kann. Mit den drei dominierenden Fehlergasen der Grundfehlerarten lässt sich das in Bild 1 abgebildete neue Fehlergas-Dreieck (FGT) zusammenfügen.

Fehlergas-Dreieck
Bild 1 Fehlergas-Dreieck für die Diagnostik nach DIN EN 60599
            Diagnosepunkt aus Betriebsbeispiel

Das Ergebnis ist eine geschlossene Darstellung, in die alle Fehlergase einbezogen sind. Bei der praktischen Anwendung des Fehlergas-Dreiecks ist es kein Unterschied, ob die Monitoringsumme der Kohlenwasserstoffe durch einen Sensor gemessen oder aus Laboranalysen berechnet wird. Die Konzentrationen von CH4+, H2 und C2H2 werden auf 100% normiert und dann die Eintragung in das Fehlergas-Dreieck vorgenommen. Als Anwendungsbedingungen gelten die der Norm: typische Konzentrationswerte der Fehlergase, zusätzlich online CH4+ > 200 ppm, und die entsprechenden Gasbildungsraten.
Freie Gase aus dem Buchholzrelais werden abgewandelt gehandhabt: zuerst werden sie nach dem Gleichgewichts-Kriterium geprüft, dann auf die Originalzusammensetzung an der Fehlerstelle korrigiert und danach CH4+ aus ihnen berechnet.
Für Diagnoseaussagen ist es erforderlich, die Fehlerarten zu visualisieren. Dazu werden Angaben aus den bekannten Bewertungsschemen (DIN EN 60599, MSS, Rogers u.a.) benutzt. Die gekennzeichneten Flächen im Fehlergas-Dreieck in Bild 1 wurden so aus den Wertebereichen der DIN EN 60599 für die sechs Fehlerarten erhalten.

Betriebsdiagramm für die Online-Diagnostik (<a href=TGM-D) "/>
Bild 2 Betriebsdiagramm für die Online-Diagnostik (TGM-D1))


3. Praktische Anwendung
An einem Betriebsbeispiel kann der typische Einsatz des Fehlergas-Dreiecks gezeigt werden. In Bild 2 ist das Betriebsdiagramm eines auffällig gewordenen Anlagentransformators darge-stellt. Der TGM-D1) enthält einen Sensorblock, der CH4+ direkt messen kann. Zusätzlich ist im Diagramm eine externe Laboranalyse von der 1.Fehlerphase (EGS1), 09.07.2008) aufgeführt. Am 02.09.2008 beginnt eine 2.Fehlerphase, was im Betriebsdiagramm zuerst durch den Anstieg von CH4+ und dann von H2 zu sehen ist. Die Messergebnisse sind in das Fehlergas-Dreieck eingetragen worden: (TGM-D1) vom 09.07.2008 1•, EGS1) vom 09.07.2008 2•, TGM-D1) vom 20.09.2008 3•).
Bild 1 zeigt, dass alle drei Diagnosepunkte in der Fläche T3 liegen. Die EGS1)-Analyse vom 09.07.2008 ergibt nach DIN EN 60599 mit den bisherigen Auswerteverfahren einheitlich ebenfalls T3.
Für die Diagnosepraxis ergibt das Fehlergas-Dreieck folgende Vorteile:
  • reduzierte Sensorik für das Online-Gasmonitoring mit visualisierter Diagnostik (TGM-D1))
  • visualisierte Darstellung der Laboranalysen von auffälligen Transformatoren
Die Diskussion der Einflüsse von Analysenfehlern, der offenen Bauart, der Überlagerung von Fehlern sowie der Dichtheit des Lastschaltergefäßes vereinfacht sich.
Die Anwendung des Fehlergas-Dreiecks lässt Statistiken zu den Fehlerarten unabhängig vom Bewertungsschema zu, was neue Möglichkeiten für die Diagnoseleistungsfähigkeit eröffnet.

1) Transformator-Gasmonitor TGM-D und Extraktionsgas-Sampler EGS sind GATRON-Produkte,
    die qualitätsgesichert sind (N2IS based ! ®).


Relevante Themen:

Universelles Fehlergas-Dreieck für die Transformatorendiagnostik
ew, Jg. 108 (2009),Heft 17-18, S.70-75
mehr >>
Der Trafo-Gas-Monitor
ein innovatives Produkt von Gatron ...
mehr >>
CIGRE Colloquium
Paris, August 25, 2010
The Extension of IEC 60599 to Open Type Transformers >>
Gashaushalt bei Transformatoren der offenen Bauart
ew, Jg. 109 (2010),Heft 14-15, S.56-59
Neue Erkenntnisse >>
Online Transformer Gas Diagnostics on the Basis of IEC 60567/60599
Paper for Euro Techcon, Warrington 2009
mehr >>
Neuentwicklungen zur Gasanalyse im Öl
Flyer
PDF Format >>