DE102021134031A1

DE102021134031A1 - Zustandsanalyse eines elektrischen betriebsmittels

Info

Publication number: DE102021134031A1
Application number: DE102021134031.4A
Authority: DE
Inventors: Marc Foata; Rainer Frotscher; Alexander Alber; Markus Dolles
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023117251A1

Abstract

Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels (2) eines Systems zur Energieversorgung (1), wobei das elektrische Betriebsmittel (2) ein Gehäuse (3) mit einer Isolierflüssigkeit (4) aufweist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Erfassen von Messwerten, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit (4) abbilden,- Ermitteln von Betriebsmittelparametern,- Anpassen der Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis mittels der Betriebsmittelparameter,- Durchführen einer Zustandsbewertung des elektrischen Betriebsmittels (2) basierend auf den angepassten Messwerten mittels wenigstens eines maschinellen Lernverfahrens,- Ermitteln mindestens eines Zustands des elektrischen Betriebsmittels (2),- Ausgabe des mindestens einen Zustands.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels eines Systems zur Energieversorgung, eine Vorrichtung zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels eines Systems zur Energieversorgung sowie ein System zur Energieversorgung mit einer solchen Vorrichtung.
Ein System zur Energieversorgung bezeichnet in der elektrischen Energietechnik ein Netzwerk zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Es besteht aus elektrischen Leitungen, wie Freileitungen und Erdkabeln, sowie den dazugehörigen Einrichtungen wie Kraftwerken, Umspannwerken und deren Betriebsmitteln.
Die Überwachung und Analyse des Zustands eines elektrischen Betriebsmittels eines Energieversorgungssystems, wie z. B. eines Leistungstransformators oder eines Stufenschalters, stellen eine wichtige Maßnahme dar, um einen störungsfreien Betrieb des Energienetzes zu gewährleisten.
Eine bewährte Methode, um Rückschlüsse auf den Zustand eines Leistungstransformators oder eines Stufenschalters zu ziehen, ist die Analyse des Isolieröls. Bedingt durch die natürliche Alterung des Isolieröls, jedoch insbesondere durch thermische oder elektrische Fehler während des Betriebs, werden aus dem Isolieröl Spaltgase gebildet, die im Isolieröl gelöst werden. Aus der Menge und Art dieser gelösten Gase, den Gasanstiegsraten und den Verhältnissen der Gasarten zueinander kann auf einen fehlerhaften Betrieb des Betriebsmittels und sogar die Art des Fehlers geschlossen werden. In der Fachbranche ist diese Analyse unter der sogenannten Gas-in-ÖI-Analyse (DGA) bekannt.
Neben der natürlichen Alterung des Isolieröls und dem fehlerhaften Betrieb eines Betriebsmittels spielen auch die betriebsmittelspezifischen Parameter eine maßgebliche Rolle bei der Gasentstehung und -zusammensetzung sowie der Interpretation der DGA-Daten.
So muss beispielsweise ein Regeltransformator, der in einem Umspannwerk eingesetzt wird, andere Anforderungen erfüllen wie ein Transformator in einer Anlage zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung. Gleiches gilt für einen Laststufenschalter, der in dem jeweiligen Transformator zur Anpassung des Wicklungsverhältnisses für die Anforderungen des entsprechenden Anwendungsbereiches ausgelegt ist.
Demzufolge können ähnliche Ergebnisse aus Gas-in-ÖI-Analysen aufgrund von unterschiedlichen Betriebsmittelparametern auch unterschiedliche Rückschlüsse auf den Zustand des Betriebsmittels zulassen. Dies kann in der Folge zu einer falschen Interpretation der Gasanalyse führen und die Zustandsbewertung des elektrischen Betriebsmittels beeinträchtigen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für eine Zustandsanalyse von elektrischen Betriebsmitteln eines Systems zur Energieversorgung anzugeben, welches die spezifischen Parameter des Betriebsmittels bei der Analyse des Zustandes berücksichtigt und somit eine genauere Bewertung des Zustands ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, die zur Bewertung des Zustands eingehenden Daten auf eine einheitliche Bewertungsbasis zu bringen, um eine Vergleichbarkeit des individuellen Betriebsmittels mit einer repräsentativen Gruppe von Betriebsmitteln zu ermöglichen und darauf basierend eine genauere Interpretation der DGA-Daten zu erzielen.
Gemäß einem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts wird ein Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels eines Systems zur Energieversorgung angegeben, wobei das elektrische Betriebsmittel ein Gehäuse mit einer Isolierflüssigkeit aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Erfassen von Messwerten, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit abbilden,
- Ermitteln von Betriebsmittelparametern,
- Anpassen der Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis mittels der Betriebsmittelparameter,
- Durchführen einer Zustandsbewertung des elektrischen Betriebsmittels basierend auf den mittels der Betriebsmittelparameter angepassten Messwerten mittels wenigstens eines maschinellen Lernverfahrens,
- Ermitteln mindestens eines Zustands des elektrischen Betriebsmittels,
- Ausgabe des mindestens einen Zustands.

Vorzugsweise werden als Messwerte, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit abbilden, DGA-Datensätze aus an dem Betriebsmittel durchgeführten DGA-Analysen verwendet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Ermittlung der Messwerte Proben der Isolierflüssigkeit entnommen und diese im Labor analysiert. Dabei kann ein aktueller Datensatz als Messwerte erfasst werden und/oder ein oder mehrere historische Datensätze als Messwerte erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Messwerte kontinuierlich, insbesondere in einem regelmäßigem Zeitabstand, erfasst. Hierfür ist beispielsweise wenigstens ein Sensor zum kontinuierlichen Messen der gelösten Gase in der Isolierflüssigkeit vorgesehen.
Die Isolierflüssigkeit ist bevorzugt als Isolieröl ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Betriebsmittelparameter aufbau- und designspezifische Parameter des Betriebsmittels, das Funktionsprinzip des Betriebsmittels, das Volumen und die Eigenschaften der Isolierflüssigkeit, die Beschaffenheit des Gehäuses, die Leistungsklasse, die Betriebsart des Betriebsmittels oder die physikalischen Umgebungsbedingungen, in welchen sich das Betriebsmittel befindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Betriebsmittelparameter einmalig ermittelt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen die Betriebsmittelparameter insbesondere Datensätze, die während der Inbetriebnahme des elektrischen Betriebsmittels und/oder während Wartungsarbeiten an dem Betriebsmittel ermittelt wurden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfassten Messwerte und/oder die Betriebsmittelparameter auf Plausibilität geprüft. Dies kann durch Überprüfen von zuvor festgelegten Plausibilitätsregeln erfolgen, die zum Beispiel auf definierten Grenzwerten und/oder Wertebereichen basieren. Bekannte Verfahren zur Plausibilitätsprüfung, wie zum Beispiel „Local Outlier Factor“, können genauso zum Einsatz kommen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des mindestens einen Zustands des elektrischen Betriebsmittels ermittelt und der Zustand mit der Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen ausgegeben.
Gemäß einer Ausführungsform werden ein erster und ein zweiter Zustand mit der Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des jeweiligen Zustands ausgegeben. Beispielsweise umfasst der erste Zustand einen ermittelten, fehlerfreien Zustand des Betriebsmittels und der zweite Zustand einen ermittelten, fehlerhaften Zustand des Betriebsmittels.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden drei oder mehr als drei Zustände mit der Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des jeweiligen Zustands ausgegeben. Beispielsweise umfassen wenigstens zwei der Zustände wenigstens zwei ermittelte, unterschiedliche Fehlerfälle und wenigstens einer der Zustände einen ermittelten, fehlerfreien Zustand.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden, weiteren Schritte:

- Ermitteln eines Indikators, der eine Unsicherheit in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des Zustands angibt, und
- Ausgabe dieses Indikators.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Indikator als Zahlenwert und/oder als Prozentwert ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Indikator für die Unsicherheit in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der erfassten Messwerte und/oder der ermittelten Betriebsmittelparameter ermittelt.
Ist der Indikator als Zahlenwert ausgebildet, so wird der Zahlenwert gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit sinkender Verfügbarkeit der erfassten Messwerte und/oder ermittelten Betriebsmittelparameter größer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden fehlende Messwerte und/oder fehlende Betriebsmittelparameter mittels wenigstens eines statistischen Auswerteverfahrens ermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die fehlenden Messwerte bei der Durchführung der Zustandsbewertung ergänzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Anpassen der Messwerte und der fehlenden Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis mittels der Betriebsmittelparameter und der fehlenden Betriebsmittelparameter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Betriebsmittel als Stufenschalter ausgebildet und umfassen die Betriebsmittelparameter insbesondere stufenschalterspezifische Daten.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die stufenschalterspezifischen Daten beispielsweise Daten betreffend die Schaltzahl oder Schalthäufigkeit, das Alter, das Volumen der Isoliermittelflüssigkeit, den typischen Lastfaktor, die Phasenzahl, Daten betreffend den grundsätzlichen Aufbau und das Design, die Schaltungstopologie oder das Funktionsprinzip des Stufenschalters. Hinsichtlich dem Funktionsprinzip ist beispielsweise zu unterscheiden, ob der Stufenschalter auf Vakuumschalttechnologie oder auf Ölschalttechnologie beruht. Des Weiteren können stufenschalterspezifischen Daten auch Daten umfassen, die im Rahmen der Inbetriebnahme des Stufenschalters oder bei Wartungsarbeiten erfasst wurden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich zu den stufenschalterspezifischen Daten spezifische Kenngrößen der Isolierflüssigkeit des Stufenschalters und/oder des Transformators und/oder betriebsbezogene Daten des Stufenschalters und/oder des Transformators und/oder transformatorspezifische Daten ermittelt. Unter betriebsbezogenen Daten werden insbesondere die Betriebsart des Stufenschalters, beispielsweise die Anwendung in einem hermetisch abgedichteten Transformator, im Netzbetrieb, in einer HGÜ-Anlage oder in einer Stahlhütte, oder auch die Umgebungsbedingungen des Transformators und/oder des Stufenschalters verstanden.
Unter den spezifischen Kenngrößen der Isolierflüssigkeit des Stufenschalters ist hier beispielsweise die Unterscheidung zwischen einem Mineralöl, einem synthetischen oder einem natürlichen Öl zu verstehen, oder auch Eigenschaften der Isolierflüssigkeit, wie beispielsweise das Alter, der Anteil an Inhibitoren, Passivatoren und/oder sonstigen Additiven.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Anpassen der Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis zusätzlich mittels der spezifischen Kenngrößen der Isolierflüssigkeit des Stufenschalters und/oder des Transformators und/oder der betriebsbezogenen Daten des Stufenschalters und/oder des Transformators und/oder der transformatorspezifischen Daten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform basiert das statistische Auswerteverfahren zum Ermitteln der fehlenden Messwerte und/oder der fehlenden Betriebsmittelparameter auf einem Imputationsverfahren, insbesondere auf einem Verfahren der singulären und/oder multiplen Imputation und/oder der Nearest-Neighbor-Imputation.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform basiert das maschinelle Lernverfahren zum Durchführen der Zustandsbewertung auf einem Regressionsverfahren und/oder auf einem neuronalen Netz und/oder auf einer Support Vector Machine und/oder auf einer linear-diskriminanten Analyse und/oder auf einer Gaußprozess-Regression.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren den folgenden, weiteren Schritt:

- Ausgabe einer Statusmeldung und/oder einer Warnmeldung und/oder einer Handlungsempfehlung und/oder Durchführen einer Handlung betreffend die Betriebsführung des elektrischen Betriebsmittels in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand und/oder dem Indikator für die Unsicherheit.

Gemäß einem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts wird außerdem eine Vorrichtung zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels eines Systems zur Energieversorgung angegeben, wobei das elektrische Betriebsmittel ein Gehäuse mit einer Isolierflüssigkeit aufweist.
Die Merkmale der Vorrichtung korrespondieren zu den Schritten des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts. Für die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts wird deshalb auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, technischen Effekte und/oder Vorteile in analoger Weise Bezug genommen, wie sie für das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt und die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens bereits erläutert worden sind. Auf eine Wiederholung wird verzichtet.
Die Vorrichtung umfasst eine Schnittstelle zum Erfassen von Messwerten, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit abbilden, und/oder zum Erfassen von Betriebsmittelparametern.
Die Schnittstelle kann zur automatisierten und kontinuierlichen Erfassung von Messwerten und/oder Betriebsmittelparametern, beispielsweise von an dem elektrischen Betriebsmittel angeordneten Sensoren, ausgebildet sein.
Ebenso kann die Schnittstelle als Eingabeeinheit zur manuellen Erfassung von Messwerten und/oder Betriebsmittelparametern ausgebildet sein.
Ebenso kann die Schnittstelle zur Erfassung von historischen Messwerten und/oder Betriebsmittelparametern aus einem übergeordneten Netzwerk ausgebildet sein.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Auswerteeinheit, die ausgebildet ist, ein Verfahren auszuführen, das gemäß dem ersten Aspekt des verbesserten Konzepts ausgebildet ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Ausgabeeinheit, die ausgebildet ist, wenigstens einen Zustand des elektrischen Betriebsmittels auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausgabeeinheit weiterhin dazu ausgebildet, einen Indikator, der eine Unsicherheit in Bezug auf eine Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des Zustands angibt, auszugeben.
Die Ausgabe erfolgt bevorzugt visuell in Form einer grafischen Darstellung.
Gemäß einem dritten Aspekt des verbesserten Konzepts wird außerdem ein System zur Energieversorgung angegeben, das wenigstens ein elektrisches Betriebsmittel und wenigstens eine Vorrichtung zur Zustandsanalyse des wenigstens einen elektrischen Betriebsmittels, die gemäß dem zweiten Aspekt des verbesserten Konzepts ausgebildet ist, umfasst.
Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen des Systems ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens und der Vorrichtung.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen

1 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Systems zur Energieversorgung umfassend ein elektrisches Betriebsmittel und eine Vorrichtung zur Zustandsanalyse des elektrischen Betriebsmittels in einer schematischen Darstellung,
2 eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept,
3 eine beispielhafte Darstellung einer Ausgabe eines Zustands des elektrischen Betriebsmittels.

In 1 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Systems zur Energieversorgung umfassend ein elektrisches Betriebsmittel 2 und eine Vorrichtung 5 gemäß dem verbesserten Konzept in einer schematischen Darstellung gezeigt.
Das System 1 umfasst einen Stufenschalter 2, der in diesem Fall das elektrische Betriebsmittel abbildet und zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Neben dem Stufenschalter 2 und dem Transformator umfasst das System 1 eine Vielzahl elektrischer Leitungen und die dazugehörigen Einrichtungen wie Kraftwerke, Umspannwerke und deren Betriebsmittel zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Zum Zwecke der besseren Übersichtlichkeit sind in 1 jedoch nur die für das verbesserte Konzept wesentlichen Bestandteile eines Systems 1 zur Energieversorgung gezeigt.
Der Stufenschalter 2 weist ein Gehäuse 3 auf, das mit einer Isolierflüssigkeit 4 gefüllt ist. Weiterhin umfasst das System 1 eine Vorrichtung 5, die für die Durchführung einer Zustandsanalyse des Stufenschalters 2 vorgesehen ist. Die Vorrichtung 5 verfügt über eine Schnittstelle 6, über die den Stufenschalter 2 betreffende Messwerte an die Vorrichtung 5 übermittelt werden. Für die Erfassung der Messwerte weist der Stufenschalter 2 wenigstens einen geeigneten Sensor 7 auf, der die erfassten Messwerte über die Schnittstelle 6 an die Vorrichtung 5 übermittelt. Die Messwerte umfassen insbesondere gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit 4. Demnach ist wenigstens ein Sensor 7 als DGA-Sensor ausgebildet. Zusätzlich können weitere Messwerte in Form von Echtzeitdaten des Stufenschalters 2, wie beispielsweise die Systemspannung, der Laststrom, die Betriebszeit, das Drehmoment, der Drehmomentverlauf, die Stufenstellung, Schaltzeitpunkte, die Anzahl der angefahrenen Positionen bzw. Wicklungsanzapfungen und die jeweilige Verweildauer in einer Position, die Temperatur der Isolierflüssigkeit 4, die Umgebungstemperatur oder sonstige Daten den Stufenschalter 2 betreffend erfasst, und bei der Zustandsanalyse berücksichtigt werden. Je nachdem, um welche Art von Messwert es sich handelt, kann die Erfassung einmalig oder in regelmäßigen Abständen erfolgen und mittels der Schnittstelle 6 automatisiert über die entsprechenden Sensoren 7 oder über eine manuelle Eingabe an die Vorrichtung 5 übermittelt werden. Optional fließen auch stufenschalterspezifische Parameter, wie beispielsweise die Schaltzahl oder Schalthäufigkeit, das Alter, das Volumen der Isoliermittelflüssigkeit, den Lastfaktor, die Phasenzahl, Daten betreffend den grundsätzlichen Aufbau und das Design, die Schaltungstopologie oder das Funktionsprinzip des Stufenschalters, oder auch zusätzliche Daten, die im Rahmen der Inbetriebnahme des Stufenschalters oder bei Wartungsarbeiten erfasst wurden, in die Zustandsanalyse des Stufenschalters 2 mit ein. Zusätzlich können spezifische Kenngrößen der Isolierflüssigkeit 4 des Stufenschalters 2, betriebsbezogene Daten des Stufenschalters 2, also von dem Anwendungsbereich des Stufenschalters abhängige Daten, oder transformatorspezifische Parameter, wie zum Beispiel Daten betreffend den Aufbau oder das Design des Transformators, bei der Zustandsanalyse berücksichtigt werden. Die Parameter sind in einem Datenspeicher 8 der Vorrichtung 5 hinterlegt. Zudem können auf dem Datenspeicher 8 weitere Daten, die für eine im Rahmen der Zustandsanalyse durchgeführte Plausibilitätsprüfung der eingehenden Messwerte und stufenschalterspezifischen Parameter erforderlich sind, hinterlegt sein. Beispielsweise können hierfür auf dem Datenspeicher 8 entsprechend geeignete Plausibilitätsregeln, Grenzwerte, Wertebereiche oder Programmcodes zur automatisierten Durchführung der Plausibilitätsprüfung hinterlegt sein.
Die Vorrichtung 5 weist außerdem eine Auswerteeinheit 9 auf, die ausgebildet ist, die Zustandsanalyse am Stufenschalter 2 unter Verwendung eines oder mehrerer maschineller Lernverfahren durchzuführen und den Zustand des Stufenschalters 2 über eine Ausgabeeinheit 10 auszugeben. Des Weiteren ist die Auswerteeinheit 9 dazu ausgebildet, im Rahmen der Zustandsanalyse eine automatisierte Plausibilitätsprüfung der erfassten Messwerte mittels der stufenschalterspezifischen Parameter durchzuführen und die erfassten Messwerte mittels der stufenschalterspezifischen und/oder transformatorspezifischen Parameter und/oder spezifischen Kenngrößen der Isolierflüssigkeit und/oder betriebsbezogenen Daten auf eine einheitliche Bewertungsbasis zu bringen. Zudem ist die Auswerteeinheit 9 dazu eingerichtet, unter Verwendung geeigneter, statistischer Auswerteverfahren, fehlende Messwerte und/oder fehlende stufenschalterspezifische oder transformatorspezifische Parameter zu ermitteln. Die fehlenden Messwerte werden dann bei der Durchführung der Zustandsbewertung ergänzt. Die fehlenden stufenschalter- oder transformatorspezifischen Parameter werden für das Anpassen der vervollständigten Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis, zum Beispiel auf eine Standardanwendung eines Stufenschalters im Netz, genutzt.
Die erläuterten Funktionalitäten der Auswerteeinheit 9 können durch Hardware, Firmware, Software, sonstige maschinenlesbare Befehlscodes oder einer Kombination davon implementiert werden.
Über die Schnittstelle 6 kann die Vorrichtung 5 zur Zustandsanalyse zudem an ein übergeordnetes Netzwerk oder das Internet 11 angebunden sein. Die Ausgabe des Zustands kann dann, wie oben erläutert, lokal an der Vorrichtung 5 über die Ausgabeeinheit 10, oder über das übergeordnete Netzwerk 11 als Kommunikationsmedium auf diversen weiteren, an das Netzwerk 11 angebundenen Endgeräten erfolgen. Ein weiterer Vorteil, den die Anbindung an ein übergeordnetes Netzwerk 11 bietet, ist der Zugang zu weiteren Daten von elektrischen Betriebsmitteln 12, die ebenfalls an das übergeordnete Netzwerk angebunden sind, oder der Zugriff auf historische DGA-Daten des Betriebsmittels 2, die nach Erfassung über die Schnittstelle 6 an das Netzwerk 11 übermittelt wurden. Die historischen Messwerte und/oder die Daten der Betriebsmittel 12 können in die Zustandsanalyse einfließen oder beispielsweise für das Anpassen der Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis oder das Ermitteln und Ergänzen fehlender Messwerte und Parameter herangezogen werden. Ebenso ist es über diese Anbindung möglich, die Durchführung der Zustandsanalyse, also die Funktionalitäten der Auswerteeinheit 9, gänzlich auf einen Server, eine Cloud oder eine andere, mit dem übergeordneten Netzwerk oder dem Internet 11 verbundene Recheneinrichtung zu verlagern.
In 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens gemäß dem verbesserten Konzept in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt.
Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform dient das Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels eines Systems zur Energieversorgung, wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist. Demnach umfasst das System 1 wenigstens ein elektrisches Betriebsmittel, das als Stufenschalter 2 ausgebildet ist und ein Gehäuse 3 mit einer Isolierflüssigkeit 4 aufweist.
Gemäß einem Schritt a des Verfahrens erfolgt zunächst das Erfassen von Messwerten, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit abbilden. Typischerweise handelt es sich dabei um Daten, die im Rahmen einer Gas-in-ÖI-Analyse ermittelt wurden. In einem Schritt b werden Betriebsmittelparameter ermittelt, wobei gemäß dieser Ausführungsform die Betriebsmittelparameter als stufenschalterspezifische Parameter ausgebildet sind, da es sich bei dem elektrischen Betriebsmittel um einen Stufenschalter handelt. In einem Schritt c werden weitere Daten betreffend den Stufenschalter, nämlich die spezifischen Kenngrößen der Isolierflüssigkeit, wie beispielsweise die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften der Isolierflüssigkeit, Daten bezogen auf den Anwendungsbereich des Stufenschalters, und gegebenenfalls auch Daten betreffend den Transformator, in welchem der Stufenschalter verbaut ist, ermittelt. Die erfassten Daten werden in einem Schritt d auf Plausibilität geprüft, beispielsweise mittels geeigneter Plausibilitätsregeln, hinterlegten Grenzwerten oder Wertebereichen oder auch Programmcodes, die eine automatisierte Plausibilitätsprüfung durchführen. In einem Schritt e werden fehlende Messwerte mittels wenigstens eines geeigneten Imputationsverfahrens ermittelt.
Die Reihenfolge, in der die Schritte b, c, d und e ausgeführt werden, ist für die Ausführung des Verfahrens unerheblich. Die Schritte d und e können zum Beispiel nach Schritt a, Schritt b oder Schritt c, oder parallel zu Schritt b und c erfolgen, wie in 3 gezeigt.
In einem nächsten Schritt f werden nun auch die fehlenden, stufenschalterspezifischen Daten mittels wenigstens eines geeigneten Imputationsverfahrens ermittelt. Danach folgt in einem Schritt g das Anpassen der in Schritt a erfassten, und gegebenenfalls in Schritt e ergänzten Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis mittels der in Schritt b ermittelten, und gegebenenfalls in Schritt f ergänzten stufenschalterspezifischen Parameter sowie der in Schritt c zusätzlich ermittelten Daten, insbesondere der Isolierflüssigkeit und dem Anwendungsfall des Stufenschalters. Beispielsweise können die Messwerte auf eine definierte Standardanwendung angepasst werden, um den individuellen Stufenschalter mit anderen Stufenschaltern vergleichbar zu machen. Auf diese Weise wird eine bessere Interpretation der Daten und demzufolge auch eine verbesserte Bewertung des Zustands des Stufenschalters ermöglicht.
Die Durchführung der Zustandsbewertung erfolgt daraufhin in einem nächsten Schritt h, basierend auf den erfassten, in Schritt e angepassten und gegebenenfalls in Schritt f ergänzten Messwerten sowie den übrigen, in Schritt c erfassten Daten mittels wenigstens eines maschinellen Lernverfahrens, beispielsweise mittels einer Support Vector Machine. Die Schritte f, g und h werden beliebig oft, beispielsweise tausend Mal, in dieser Reihenfolge wiederholt.
Daraufhin werden in Abhängigkeit von der Zustandsbewertung in einem Schritt i mehrere, mögliche Zustände des Stufenschalters mit einer jeweiligen Wahrscheinlichkeit für ihr Zutreffen sowie einem Indikator, der eine Unsicherheit in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des jeweiligen Zustands angibt, ermittelt. Schließlich werden die Zustände gemeinsam mit der Wahrscheinlichkeit und dem Indikator für die Unsicherheit in einem Schritt j des Verfahrens ausgegeben. Optional können mit der Ausgabe und in Abhängigkeit von der Zustandsbewertung entsprechende Warnmeldungen und Handlungsempfehlungen für den Betreiber des Stufenschalters ausgegeben werden oder sogar automatisch Handlungen am Stufenschalter, beispielsweise eine Blockierung des Antriebs, durchgeführt werden.
Eine mögliche Darstellung der in Schritt j erfolgenden Ausgabe ist in den 3a und 3b gezeigt. Dargestellt ist jeweils eine grafische Darstellung in Form von zwei Balkendiagrammen. Entlang der x-Achse sind die Zustände des Stufenschalters angetragen. Jeder Balken steht für einen möglichen Zustand. In diesem Beispiel sind insgesamt fünf Zustände ermittelt worden, nämlich „Fehler A“, „Fehler B“, „Fehler C“, „Normalbetrieb A“ und „Normalbetrieb B“. „Fehler A“ steht beispielsweise für die Entstehung eines oder mehrerer Lichtbogen, „Fehler B“ für das Auftreten einer oder mehrerer Teilentladungen im Laststufenschalter und „Fehler C“ beispielsweise für das Auftreten unzulässiger Erwärmungszustände. Bei „Normalbetrieb A“ wird hier von einem fehlerfreien Zustand des Laststufenschalters ausgegangen. „Normalbetrieb B“ steht in dem vorliegenden Beispiel für einen Zustand, der auf sogenanntes „Stray Gassing“ hinweist, eine unerwünschte Gasbildung aufgrund von Wechselwirkungen der Isolierflüssigkeit mit zumeist metallischen Bauteilen des Laststufenschalters bei normalen Betriebstemperaturen.. Da Stray Gassing bis zu einem gewissen Ausmaß jedoch keine Folgeschäden an dem Betriebsmittel verursacht, wird dieser Zustand nicht als Fehler interpretiert.
Entlang der y-Achse ist die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des jeweiligen Zustands angetragen. Die Höhe der Balken gibt somit die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen eines Zustands an.
In 3a ist eine Ergebnisdarstellung gezeigt, bei der, im Vergleich zu der Darstellung in 3b, weniger Messdaten und/oder Betriebsmittelparameter bekannt waren, die in die Zustandsbewertung eingeflossen sind. Aus 3a lässt sich folglich ablesen, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 20 Prozent der Zustand „Fehler A“ vorliegt. Der farblich schwächer hervorgehobene Bereich der Balken bildet den Indikator, der die Unsicherheit in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des jeweiligen Zustands angibt, ab. Mit Berücksichtigung des Indikators für die Unsicherheit ergibt sich, dass die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des Zustands „Fehler A“ zwischen 20 und 90 Prozent liegt. Der Wert des Indikators für die Unsicherheit liegt demnach bei 70 Prozent. Im Vergleich dazu geht aus 3b hervor, dass der Zustand „Fehler A“ mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 25 Prozent zutrifft, wobei hier der Anteil des Indikators für die Unsicherheit erheblich geringer ist, nämlich 10 Prozent. Die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des Zustands „Fehler A“ liegt somit zwischen 23 und 33 Prozent.
Entsprechend analog sind die übrigen Balken und dementsprechend die Zustände „Fehler B“, „Fehler C“, „Normalbetrieb A“ und „Normalbetrieb B“ der 3a und 3b zu interpretieren.
Die Gegenüberstellung der zwei Diagramme verdeutlicht die Abhängigkeit des Indikators für die Unsicherheit von der Verfügbarkeit der berücksichtigten Messdaten und Betriebsmittelparameter. Das bedeutet konkret, je mehr Daten verfügbar sind und in die Zustandsanalyse einfließen, desto geringer ist die Unsicherheit bei der Angabe der Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen eines Zustands.
Bezugszeichenliste

1: System zur Energieversorgung
2: elektrisches Betriebsmittel, Stufenschalter
3: Gehäuse
4: Isolierflüssigkeit
5: Vorrichtung
6: Schnittstelle
7: Sensor
8: Datenspeicher
9: Auswerteeinheit
10: Ausgabeeinheit
11: Netzwerk
12: weitere Betriebsmittel

Claims

Verfahren zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels (2) eines Systems zur Energieversorgung (1), wobei das elektrische Betriebsmittel (2) ein Gehäuse (3) mit einer Isolierflüssigkeit (4) aufweist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Erfassen von Messwerten, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit (4) abbilden, - Ermitteln von Betriebsmittelparametern, - Anpassen der Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis mittels der Betriebsmittelparameter, - Durchführen einer Zustandsbewertung des elektrischen Betriebsmittels (2) basierend auf den angepassten Messwerten mittels wenigstens eines maschinellen Lernverfahrens, - Ermitteln mindestens eines Zustands des elektrischen Betriebsmittels (2), - Ausgabe des mindestens einen Zustands.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei - die erfassten Messwerte und/oder die Betriebsmittelparameter auf Plausibilität geprüft werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, wobei - eine Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des mindestens eines Zustands des elektrischen Betriebsmittels (2) ermittelt wird, - der Zustand mit der Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren die folgenden, weiteren Schritte umfasst: - Ermitteln eines Indikators, der eine Unsicherheit in Bezug auf die Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des Zustands angibt, und - Ausgabe dieses Indikators.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei - der Indikator für die Unsicherheit in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der erfassten Messwerte und/oder Betriebsmittelparameter ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, wobei - fehlende Messwerte und/oder fehlende Betriebsmittelparameter mittels wenigstens eines statistischen Auswerteverfahrens ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, wobei - das elektrische Betriebsmittel als Stufenschalter (2) ausgebildet ist und die Betriebsmittelparameter insbesondere stufenschalterspezifische Daten umfassen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei - zusätzlich zu den stufenschalterspezifischen Daten spezifische Kenngrößen der Isolierflüssigkeit und/oder betriebsbezogene Daten und/oder transformatorspezifische Daten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, wobei - das Anpassen der Messwerte auf eine einheitliche Bewertungsbasis zusätzlich mittels der spezifischen Kenngrößen der Isolierflüssigkeit und/oder der betriebsbezogenen Daten und/oder der transformatorspezifischen Daten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, wobei - das statistische Auswerteverfahren zum Ermitteln der fehlenden Messwerte und/oder der fehlenden Betriebsmittelparameter auf einem Imputationsverfahren basiert.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 10, wobei - das maschinelle Lernverfahren zum Durchführen der Zustandsbewertung auf einem Regressionsverfahren und/oder auf einem neuronalen Netz und/oder auf einer Support Vector Machine und/oder auf einer linear-diskriminanten Analyse und/oder auf einer Gaußprozess-Regression basiert.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren den folgenden weiteren Schritt umfasst: - Ausgabe einer Handlungsempfehlung und/oder Durchführen einer Handlung betreffend die Betriebsführung des elektrischen Betriebsmittels (2) in Abhängigkeit von dem ermittelten Zustand und/oder dem Indikator für die Unsicherheit.
Vorrichtung (5) zur Zustandsanalyse eines elektrischen Betriebsmittels (2) eines Systems zur Energieversorgung (1), wobei das elektrische Betriebsmittel (2) ein Gehäuse mit einer Isolierflüssigkeit (4) aufweist, umfassend: - eine Schnittstelle (6) zum Erfassen von Messwerten, die gelöste Gase in der Isolierflüssigkeit (4) abbilden, und/oder Betriebsmittelparametern, - eine Auswerteeinheit (9), die ausgebildet ist, ein Verfahren auszuführen, das gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.
Vorrichtung (5) nach dem vorherigen Anspruch, umfassend - eine Ausgabeeinheit (10), die ausgebildet ist, einen Zustand des elektrischen Betriebsmittels (2) auszugeben.
Vorrichtung (5) nach einem der vorherigen Ansprüche 13 oder 14, wobei - die Ausgabeeinheit (10) weiterhin dazu ausgebildet ist, einen Indikator, der eine Unsicherheit in Bezug auf eine Wahrscheinlichkeit für das Zutreffen des Zustands angibt, auszugeben.
System zur Energieversorgung (1) umfassend - wenigstens ein elektrisches Betriebsmittel (2), - wenigstens eine Vorrichtung (5) zur Zustandsanalyse des wenigstens einen elektrischen Betriebsmittels (2), die nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 bis 15 ausgebildet ist.