DE102008004804B4 - Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines mehrphasigen elektrischen Transformators - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines elektrischen Transformators, bei dem Messspannungen (Um_1, Um_2, Um_3) an den Durchführungen des Transformators zugeordneten kapazitiven Sensoren gemessen werden, bei dem ein eine Veränderung der Durchführungskapazität charakterisierender Wert (ΔCroh_1, ΔCroh_2, ΔCroh_3) aus den Messspannungen ermittelt wird, und bei dem dieser Wert mit einer ersten Filterkonstanten (krek) gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert mit einer zweiten Filterkonstanten (krek_langsam) gefiltert wird, wobei die erste Filterkonstante ungleich der zweiten Filterkonstanten ist, dass die beiden gefilterten Werte (ΔCneu_1, ΔCneu_2, ΔCneu_3; ΔCneu_1_langsam, ΔCneu_2_langsam, ΔCneu_3_langsam) zu einem Diagnosewert (ΔCdiagnose_1, ΔCdiagnose_2, ΔCdiagnose_3) miteinander verknüpft werden, und dass der Diagnosewert mit einem Schwellwert (S) verglichen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines mehrphasigen elektrischen Transformators.
• Es ist bekannt, die Spannungsanschlüsse eines Transformators über Durchführungen aus dem Transformatorgehäuse heraus nach außen zu führen und dort beispielsweise mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz zu verbinden. Die Durchführungen müssen den Spannungsanschluss gegenüber der Umgebung isolieren.
• Beispielsweise durch einen Teildurchschlag oder dergleichen kann die Isolation der Durchführung beschädigt werden und die Funktionsfähigkeit der Durchführung damit nicht mehr gewährleistet sein.
• Weiter ist es bekannt, die Kapazität einer derartigen Durchführung indirekt zu ermitteln. Hierzu wird den phasenbezogenen Durchführungen des Transformators jeweils ein kapazitiver Sensor zugeordnet, an dem eine Messspannung abgreifbar ist. Aus diesen Messspannungen wird eine Änderung der Durchführungskapazität für die Durchführung rechnerisch abgeleitet. Diese Änderung der Durchführungskapazität wird auch als delta-C-Wert bezeichnet. Bei diesem delta-C-Wert handelt es sich um einen Wert, der eine Veränderung der Durchführungskapazität charakterisiert. Ist der delta-C-Wert konstant, so liegt keine Veränderung der Durchführungskapazität vor. Steigt der delta-C-Wert an oder fällt er ab, so liegt eine Veränderung der Durchführungskapazität vor. Übersteigt dieser delta-C-Wert nach einer Filterung einen vorgegebenen Schwellwert, so wird daraus auf einem Fehler der Durchführung geschlossen und es wird eine Fehlermeldung erzeugt.
• Es hat sich gezeigt, dass der delta-C-Wert einer Durchführung sich nicht nur beispielsweise durch einen Teildurchschlag verändern kann, sondern auch durch längerfristige Vorgänge. Dabei kann es sich beispielsweise um Verschmutzungen der Durchführung, um längerfristige Netzveränderungen, insbesondere Netzunsymmetrien, oder dergleichen handeln. Derartige längerfristige Veränderungen stellen jedoch keinen Fehler der Durchführung dar, führen jedoch bei der bekannten Vorgehensweise trotzdem zur Erzeugung einer Fehlermeldung.
• Aus der EP 1 039 304 A2 ist ein Messverfahren für eine Hochspannungsdurchführung eines Transformators bekannt.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das längerfristige Veränderungen einer Durchführung nicht als Fehler wertet.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach dem Anspruch 1.
• Bei dem erfindungsgemäßen verfahren werden phasenbezogene Messspannungen gemessen, aus denen ein eine Veränderung der Durchführungskapazität charakterisierender Wert ermittelt wird. Dieser Wert wird mit einer ersten Filterkonstanten und mit einer zweiten Filterkonstanten gefiltert, wobei die erste Filterkonstante ungleich der zweiten Filterkonstanten ist. Die beiden gefilterten Werte werden danach zu einem Diagnosewert miteinander verknüpft. Dieser Diagnosewert wird schließlich mit einem Schwellwert verglichen.
• Durch die Schaffung eines zweiten gefilterten Wertes und durch dessen Verknüpfung mit dem ersten gefilterten Wert führen nur noch sprungartige Veränderungen einer einem Spannungsanschluss zugeordneten Durchführung zu einer Fehlermeldung.
• Längerfristige Veränderungen der Durchführung werden jedoch nicht als Fehler erkannt. Die Erfindung ist also in der Lage, sicher zwischen beispielsweise einem Teildurchschlag an einer Durchführung und einer Verschmutzung einer Durchführung zu unterscheiden. Im ersten Fall erzeugt das erfindungsgemäße Verfahren eine Fehlermeldung, im zweiten Fall jedoch nicht. Damit werden unnötige Fehlermeldungen vermieden.
• Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
• 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltung zur Ermittlung der Kapazität einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines mehrphasigen elektrischen Transformators, 2a bis 2d zeigen Gleichungen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Fehlers in einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines elektrischen Transformators, und 3a bis 3c zeigen Diagramme mit Beispielen für die Ermittlung von Fehlern nach dem Verfahren der 2a bis 2d.
• Bei einem mehrphasigen elektrischen Transformator, insbesondere bei einem Leistungstransformator, sind die Spannungsanschlüsse über Durchführungen aus dem Transformatorgehäuse heraus nach außen geführt. Dort können die Spannungsanschlüsse mit einem elektrischen Energieversorgungsnetz verbunden sein, z. B. mit einem Hochspannungsnetz. Die Durchführungen müssen den Spannungsanschluss sicher gegenüber der Umgebung isolieren, weshalb die Durchführungen beispielsweise aus Porzellan hergestellt sind. Da die von einer einzelnen Durchführung gebildete Kapazität im Betrieb des Transformators nicht direkt gemessen werden kann, wird diese Kapazität mit Hilfe eines kapazitiven Teilers indirekt ermittelt.
• In der 1 ist eine derartige Schaltung zur Ermittlung der Kapazität einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines elektrischen Transformators dargestellt. Der Spannungsanschluss ist mit der Bezugsziffer 10 gekennzeichnet. An dem Spannungsanschluss 10 liegt die Spannung U1 an. Die Durchführung ist mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet. weiterhin ist noch ein Sensor 12 vorhanden, der über einen Verbindungspunkt 13 mit der Durchführung 11 verbunden ist.
• Die Durchführung 11 ist in der Schaltung der 1 durch eine erste Kapazität C₁ und eine zweite Kapazität C₂ dargestellt, wobei die erste Kapazität C₁ zwischen dem Spannungsanschluss 10 und dem Verbindungspunkt 13 und die zweite Kapazität C₂ zwischen dem Verbindungspunkt 13 und Masse bzw. Erde vorhanden ist. Der Sensor 12 weist eine Messkapazität C_M auf, die an den Verbindungspunkt 13 angeschlossen und der zweiten Kapazität C₂ nach Masse bzw. Erde parallel geschaltet ist. Als weitere, an den Verbindungspunkt 13 angebundene und nach Masse bzw. Erde geschaltete Parallelschaltung enthält der Sensor 12 einen Überspannungsableiter Ü. An den Verbindungspunkt 13 ist des Weiteren ein Widerstand R angeschlossen, an dessen anderem Ende eine Messspannung U_M gegen Masse bzw. Erde abgreifbar ist.
• Die Schaltung der 1 ist jeder Phase des Transformators zugeordnet, so dass für jede Phase eine Messspannung U_M zur Verfügung steht. Bei einem dreiphasigen Transformator ergeben sich somit drei Messspannungen U_{m_1}, U_{m_2}, U_{m_3}.
• Nach den Gleichungen der 2a lassen sich aus den Messspannungen U_{m_1}, U_{m_2}, U_{m_3} drei sogenannte delta-C-Werte ΔC_{roh_1}, ΔC_{roh_2}, ΔC_{roh_3} ermitteln, bei denen es sich um Rohwerte handelt. Diese Rohwerte der einzelnen Phasen werden in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ermittelt, beispielsweise alle 15 Minuten.
• Als Ergebnis der Gleichungen der 2b ergeben sich aktuelle delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_2}, ΔC_{neu_3}. Nach den Gleichungen der 2b werden hierzu die Rohwerte für jede Phase mit einer ersten Filterkonstanten k_rek verknüpft, für die folgendes gilt: 0 < k_rek < 1. Weiterhin erfolgt in den Gleichungen der 2b eine Verknüpfung der ersten Filterkonstanten k_rek mit vorherigen delta-C-Werten ΔC_{alt_1}, ΔC_{alt_2}, ΔC_{alt_3}, bei denen es sich um diejenigen delta-C-Werte handelt, die in einer unmittelbar zuvor durchgeführten Berechnung nach den Gleichungen der 2b ermittelt worden sind.
• Vorzugsweise wird die erste Filterkonstante k_rek auf einen Wert von beispielsweise k_rek = 0,9 eingestellt. Durch die Gleichungen der 2b werden auf diese Weise die vorhergehenden delta-C-Werte ΔC_{alt_1}, ΔC_{alt_2}, ΔC_{alt_3} zu einem größeren Anteil in den Berechnungen der aktuellen delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_2}, ΔC_{neu_3} berücksichtigt, während die Rohwerte nur zu einem geringeren Anteil eingehen. Damit wird erreicht, dass kurze Störungen, die sich nur auf einzelne Rohwerte auswirken, ausgefiltert werden. Längerfristige Änderungen der Rohwerte bewirken jedoch aufgrund der dadurch fortlaufend veränderten Rohwerte eine Änderung der aktuellen delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_2}, ΔC_{neu_3}.
• Nach den Gleichungen der 2c werden die Rohwerte für jede Phase mit einer zweiten Filterkonstanten k_{rek_langsam} verknüpft, für die folgendes gilt: k_rek ≠ k_{rek_langsam} und 0 < k_{rek_langsam} < 1. Vorzugsweise ist der Wert der ersten Filterkonstanten k_rek kleiner als der Wert der zweiten Filterkonstanten k_{rek_langsam}. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Filterung mit der zweiten Filterkonstanten k_{rek_langsam} eine größere Zeitkonstante besitzt und damit langsamer ist als die Filterung mit der ersten Zeitkonstante k_rek. In vergleichbarer Weise wie im Zusammenhang mit der ersten Zeitkonstante beschrieben, ergeben die Gleichungen der 2c aktuelle delta-C-Werte ΔC_{neu_1_langsam}, ΔC_{neu_2_langsam}, ΔC_{neu_3_langsam}. Damit haben die Gleichungen der 2c zur Folge, dass längerfristige Änderungen der Rohwerte eine Änderung der aktuellen delta-C-Werte ΔC_{neu_1_langsam}, ΔC_{neu_2_langsam}, ΔC_{neu_3_langsam} bewirken, während kurze Störungen, die sich nur auf einzelne Rohwerte auswirken, ausgefiltert werden.
• Die vorstehend erläuterten Gleichungen der 2b und 2c stellen Rekursionsformeln dar. Anstelle dieser Rekursionsformeln können auch Gleichungen verwendet werden, mit denen eine Mittelwertbildung durchgeführt wird.
• Nach den Gleichungen der 2d wird nunmehr für jede Phase eine Differenz zwischen den aktuellen delta-C-Werten ermittelt, die auf der Grundlage der ersten und zweiten Filterkonstanten berechnet worden sind. Als Ergebnis steht für jede Phase ein Diagnosewert ΔC_{diagnose_1}, ΔC_{diagnose_2}, ΔC_{diagnose_3} zur Verfügung.
• Jeder dieser Diagnosewerte ΔC_{diagnose_1}, ΔC_{diagnose_2}, ΔC_{diagnose_3} wird danach mit einem vorgegebenen Schwellwert S verglichen. Überschreitet einer der Diagnosewerte ΔC_{diagnose_1}, ΔC_{diagnose_2}, ΔC_{diagnose_3} den Schwellwert S, so hat dies die Bedeutung, dass die Durchführung des Spannungsanschlusses der zugehörigen Phase einen Fehler aufweist. Insbesondere muss davon ausgegangen werden, dass bei der Durchführung der zugehörigen Phase ein Teildurchschlag vorhanden ist. In diesem Fall wird eine Fehlermeldung erzeugt. Wird der Schwellwert S nicht überschritten, so kann davon ausgegangen werden, dass zumindest insoweit kein Fehler an der Durchführung des jeweiligen Spannungsanschlusses vorhanden ist. Es wird deshalb auch keine Fehlermeldung erzeugt.
• In den Diagrammen der 3a bis 3c sind Beispiele für die Ermittlung von Fehlern nach dem vorstehend anhand der Gleichungen der 2a bis 2d erläuterten Verfahren dargestellt. In dem jeweils linken Diagramm der 3a bis 3c ist die an der Durchführung des jeweiligen Spannungsanschlusses gemessene Messspannung über der Zeit t aufgetragen. In dem jeweils rechten Diagramm der 3a bis 3c sind delta-C-Werte und Diagnosewerte über der Zeit t aufgetragen.
• In dem linken Diagramm der 3a steigt die Messspannung U_{m_1} über der Zeit t langsam an, während die Messspannungen U_{m_2}, U_{m_3} etwa konstant bleiben. Dies bedeutet, dass an der Durchführung des Spannungsanschlusses, an dem die Spannung U1 anliegt, längerfristige Veränderungen ablaufen, bei denen es sich beispielsweise um eine Verschmutzung der Durchführung oder längerfristige Netzunsymmetrien handeln kann. Derartige Veränderungen stellen keinen Fehler der Durchführung dar und sollen deshalb nicht zu einer Fehlermeldung führen.
• In dem rechten Diagramm der 3a sind die zu der Messspannung U_{m_1} zugehörigen delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} sowie der zugehörige Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} dargestellt. Da die unterschiedlichen Filterkonstanten aufgrund der längerfristigen Veränderungen der Messspannung U_{m_1} keinen wesentlichen Einfluss auf die beiden delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} haben, steigen diese beiden Werte über der Zeit t im wesentlichen gleichartig an. Dies hat zur Folge, dass der Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} im wesentlichen konstant und etwa Null ist. In jedem Fall wird der in dem rechten Diagramm eingezeichnete Schwellwert S von dem Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} nicht überschritten, so dass kein Fehler erkannt und keine Fehlermeldung erzeugt wird.
• In dem linken Diagramm der 3b steigt die Messspannung U_{m_1} Im Zeitpunkt T sprungartig an, während die Messspannungen U_{m_2}, U_{m_3} etwa konstant bleiben. Dies bedeutet, dass an der Durchführung des Spannungsanschlusses, an dem die Spannung U1 anliegt, ein Teildurchschlag im Zeitpunkt T stattgefunden hat. Dies stellt einen Fehler der Durchführung dar und soll deshalb zu einer Fehlermeldung führen.
• In dem rechten Diagramm der 3b sind die zu der Messspannung U_{m_1} zugehörigen delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} sowie der zugehörige Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} dargestellt. Die unterschiedlichen Filterkonstanten k_rek, k_{rek_langsam} haben zur Folge, dass die sprungartige Veränderung der Messspannung U_{m_1}. zu unterschiedlichen Verläufen der beiden delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} führen. So folgt der delta-C-Wert mit der schnelleren Filterkonstante dem Sprung der Messspannung U_{m_1} schneller als der delta-C-Wert mit der langsamerem Filterkonstante. Dies führt weiter dazu, dass die Differenz der beiden delta-C-Werte und damit der zugehörige Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} im Zeitpunkt T einen nadelförmigen Ausschlag hat, der in der 3b mit der Bezugsziffer 31 gekennzeichnet ist. Dieser Ausschlag 31 überschreitet den Schwellwert S, so dass ein Fehler erkannt und eine Fehlermeldung erzeugt wird.
• In dem linken Diagramm der 3c steigt die Messspannung U_{m_1}. Im Zeitpunkt T sprungartig an, während die Messspannung U_{m_2} langsam über der Zeit t ansteigt und die Messspannung U_{m_3} etwa konstant bleibt. Dies bedeutet, dass an der Durchführung des Spannungsanschlusses, an dem die Spannung U1 anliegt, ein Teildurchschlag im Zeitpunkt T stattgefunden hat, dass an der Durchführung des Spannungsanschlusses, an dem die Spannung U2 anliegt, längerfristige Veränderungen stattfinden, und dass an der Durchführung des Spannungsanschlusses, an dem die Spannung U3 anliegt, sich im Wesentlichen nichts verändert. Dies stellt einen Fehler der Durchführung des zur der Spannung U1 zugehörigen Spannungsanschlusses dar, während die anderen beiden Durchführungen keinen Fehler aufweisen. Es soll in diesem Fall eine Fehlermeldung für die zu der Spannung U1 zugehörige Durchführung erzeugt werden.
• In dem rechten Diagramm der 3c sind die zu der Messspannung U_{m_1} zugehörigen delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} sowie der zugehörige Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} dargestellt. Die längerfristigen Veränderungen an der zu der Spannung U2 zugehörigen Durchführung haben zur Folge, dass die beiden delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} im wesentlichen gleichartig abnehmen. Hier spielen die unterschiedlichen Filterkonstanten k_rek, k_{rek_langsam} im Wesentlichen keine Rolle. Der Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} ist insoweit im Wesentlichen konstant und etwa Null. Die unterschiedlichen Filterkonstanten k_rek, k_{rek_langsam} haben jedoch zur Folge, dass die sprungartige Veränderung der Messspannung U_{m_1} im Zeitpunkt T zu unterschiedlichen Verläufen der beiden delta-C-Werte ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_1_langsam} führen. So folgt der delta-C-Wert mit der schnelleren Filterkonstante dem Sprung der Spannung U1 schneller als der delta-C-Wert mit der langsamerem Filterkonstante. Dies führt dazu, dass die Differenz der beiden delta-C-Werte und damit der zugehörige Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} im Zeitpunkt T einen nadelförmigen Ausschlag hat, der in der 3c mit der Bezugsziffer 32 gekennzeichnet ist. Dieser Ausschlag 32 überschreitet den Schwellwert S, so dass ein Fehler erkannt und eine Fehlermeldung erzeugt wird. Da der die Spannung U1 betreffende Diagnosewert ΔC_{diagnose_1} den Schwellwert S überschreitet, kann der erkannte Fehler auf die zu dieser Spannung U1 zugehörige Durchführung bezogen werden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Durchführung eines Spannungsanschlusses eines elektrischen Transformators, bei dem Messspannungen (U_{m_1}, U_{m_2}, U_{m_3}) an den Durchführungen des Transformators zugeordneten kapazitiven Sensoren gemessen werden, bei dem ein eine Veränderung der Durchführungskapazität charakterisierender Wert (ΔC_{roh_1}, ΔC_{roh_2}, ΔC_{roh_3}) aus den Messspannungen ermittelt wird, und bei dem dieser Wert mit einer ersten Filterkonstanten (k_rek) gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert mit einer zweiten Filterkonstanten (k_{rek_langsam}) gefiltert wird, wobei die erste Filterkonstante ungleich der zweiten Filterkonstanten ist, dass die beiden gefilterten Werte (ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_2}, ΔC_{neu_3}; ΔC_{neu_1_langsam}, ΔC_{neu_2_langsam}, ΔC_{neu_3_langsam}) zu einem Diagnosewert (ΔC_{diagnose_1}, ΔC_{diagnose_2}, ΔC_{diagnose_3}) miteinander verknüpft werden, und dass der Diagnosewert mit einem Schwellwert (S) verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die beiden gefilterten Werte (ΔC_{neu_1}, ΔC_{neu_2}, ΔC_{neu_3}; ΔC_{neu_1_langsam}, ΔC_{neu_2_langsam}, ΔC_{neu_3_langsam}) voneinander subtrahiert werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zweite Filterkonstante (k_{rek_langsam}) eine größere Zeitkonstante aufweist als die erste Filterkonstante (k_rek)
4. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Transformator mehrphasig ausgebildet ist, und wobei die Messspannungen phasenbezogen gemessen werden.

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