DE19833601C1 - Verfahren zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß aus einem in dem Bereich der Steigleitung (14) zum Ausdehnungsgefäß der Hochspannungsanlage angeordneten, im Normalbetrieb flüssigkeitsgefüllten Gassammelstutzen (15) die Flüssigkeit in bestimmter Folge in eine Meßeinrichtung (1) gelangt, wo sich eine reversible Gleichgewichtsgasphase zu den in der Flüssigkeit gelösten Gasen ausbildet und diese durch Sensoren überwacht wird, abweichend davon ungelöste Gase die Flüssigkeit im Gassammelstutzen (15) teilweise oder vollständig verdrängen, die in die gleiche Meßeinrichtung (1) gelangen, dort die Partialdrücke der Gleichgewichtsgasphase charakteristisch ändern und diese als Zeitfunktionen von Sensoren in einer Steuer- und Auswerteeinheit (12) in der Weise erfaßt und dargestellt werden, daß die Zeitfunktionen von Sensoren (9) für den Druck sowie für ausgewählte Gase einzeln oder zusammen neben der Überwachung von in der Flüssigkeit gelösten Gase sowohl die Feststellung ungelöster Gase mit näherungsweiser Volumen- und Ratendarstellung als auch ihre Herkunftsbestimmung gestatten. DOLLAR A Es werden eine Meßeinrichtung (1) mit einer gaspermeablen, flüssigkeitsbeständigen Membran (5) und eine andere Meßeinrichtung mit einem durch Gasaustausch mit der Flüssigkeit gewonnenen Gleichgewichtsgas ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung von ungelösten Gasen vor Ansprechen des Gassammelrelais in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen sowie zur Her­ kunftsbestimmung des jeweils angesammelten Gasvolumens, welches insbesondere der Feh­ lerfrüherkennung und der Vermeidung von Folgefehlern dient. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Gassammelrelais haben in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen, insbesondere bei mineralölgefüllten Transformatoren, die Aufgabe, aufsteigendes, ungelöstes Gas zu sammeln und das Erreichen eines einstellbaren Grenzwertes zu signalisieren. Freies Gas ist einerseits eine Gefahr für die Durchschlagfestigkeit des Isolationssystems sowie andererseits ein Infor­ mationsträger zur Ursache seiner Entstehung. Nach der Signalisation des Relaisgases ist für die Verfügbarkeit der Hochspannungsanlagen wichtig, schnell durch eine Gasanalyse zu er­ mitteln, ob durch anormale Belastung des Isolationssystems Fehlergase entstanden sind oder Luft in die Hochspannungsanlage eingedrungen ist. Wegen der Seltenheit solcher Ereignisse erfolgt die Analysendurchführung in der Praxis manuell. Die Bewertung der Analyse erfolgt nach IEC 599 " Mineral Oil-impregnated electrical equipment in service-interpretation of dis­ solved and free gases analysis" durch das Gleichgewichts-Kriterium, welches den Vergleich mit einer Analyse der im Öl gelösten Gase einer gleichzeitig entnommenen Ölprobe fordert. Die Gehalte der im Öl gelösten Fehlergase werden auf die Zusammensetzung eines fiktiven Gleichgewichtsgases umgerechnet und mit der Relaisgaszusammensetzung verglichen. Es ist naturgesetzmäßig, daß höhere Fehlergasgehalte im Relaisgas dessen Herkunft von einer Feh­ lerstelle im mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsgerät beweisen.

Als Nachteile dieser auf Laborvollanalysen basierenden Verfahrensweise sind zu nennen:

• - Hoher Analysen- und Zeitaufwand.
• - Das fiktive Gleichgewichtsgas unterliegt analytisch dem Fehler der für die Gasextraktion aus dem Öl benutzten Vorrichtung sowie dem der Gaslöslichkeitskoeffizienten und deren Temperaturabhängigkeit für die Berechnung.

Unabhängig von dieser unbefriedigenden Situation fordern die Betreiber von Großtransfor­ matoren neben der Online-Analyse im Öl gelöster Gase, daß das Auftreten ungelöster Gase empfindlicher als durch das Gassammelrelais angezeigt und möglichst automatisch eine Analyse erfolgen soll (DVG-Empfehlungen der Verbundunternehmen für Monitoringsysteme an Großtransformatoren, Heidelberg, März 1998).

Bekannt sind Lösungen, die die Forderungen teilweise erfüllen können.

Nach DE 41 36 639 A1 können ungelöste Gasvolumen ab 0,1 ml detektiert werden. Der Zeit­ verlauf der weiteren Gasansammlung kann ermittelt und das Gas periodisch einem Analysator zugeführt werden. Dazu wird dem mechanischen Buchholz-Relais (Gassammelrelais) ein Gassammelgefäß mit Kapazitätsdetektor nachgeschaltet bzw. dieses dadurch ersetzt.

Die Nachteile dieser Lösung sind:

• - Die Gasanalyse erfolgt getrennt von der Gasfeststellung.
  Damit besteht das Problem der Gaszuleitung, wodurch Empfindlichkeits- und Zuverläs­ sigkeitsverluste eintreten. Weiterhin entsteht ein Aufwand für einen Analysator, der nur selten zum Einsatz kommt.
• - Für die physikalisch begründete Bewertung des Relaisgases nach dem Gleichgewichts­ kriterium sind Analysen der im Öl gelösten Gase erforderlich. Da diese durch separate Vorrichtungen zur Verfügung gestellt werden müssen, besteht analog der Fehlereinfluß der schon beschriebenen Laborverfahrensweise.

Für Online-Analysen im Öl gelöster Gase sind Vorrichtungen bekannt, die die zur Ölprobe­ nahme vorgesehenen Stutzen nutzen. An diese werden entweder membranbedeckte Sensoren direkt befestigt oder Leitungen zu Vakuumextraktionsvorrichtungen, die mit Analysatoren gekoppelt sind, geführt. Im praktischen Einsatz sind Lösungen, die über Membranmaterialien Gas aus dem Öl in einen Gasspeicherraum, der mit Sensoren bestückt ist, übertreten lassen (DD 238116 A1, DE 44 13 197 A1, US 3866460, US 4058373). Davon abweichend ist eine Lösung beschrieben, bei der durch periodische Kontaktierung zwischen Gas und Öl eine Gleichgewichtsgasphase zur Analyse entsteht (DD 226651 A1).

Weiterhin sind Lösungen bekannt die nur die Ansammlung des Relaisgases mittels Heißleiter (DE 24 55 252 A1) sowie nur die Analyse das signalisierten Relaisgases (H. Schliesing; Ein neues Verfahren zur schnellen Analyse von Buchholzgasen aus Transformatoren; Elektrizi­ tätswirtschaft 77, 1978, H 19, S. 676-8) ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, an die mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsgeräte eine Meßeinrichtung so zu installieren und zu betreiben, daß dieselbe auf der Grundlage der Über­ wachung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen die Feststellung ungelöster Gase mit der di­ rekten meßtechnischen Prüfung des physikalischen Gleichgewichts zwischen gelösten und ungelösten Gasen zur Herkunftsbestimmung der ungelösten Gase verbindet und bekannte, technische Lösungen, die bisher getrennt die Überwachung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen, die Feststellung ungelöster Gase und die Analyse ungelöster Gase ermöglichen, er­ setzt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 4 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Für die erfolgreiche Realisierung der Erfindung ist von Bedeutung, daß in ein und derselben Meßeinrichtung die Änderungen der Meßgröße Druck und der Meßgröße Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen einer Gleichgewichtsgasphase der in der Flüssigkeit gelösten Gase durch eindringende ungelöste Gase angezeigt wird sowie aus deren charakterischen Zeitverläufen die Feststellung und Herkunftsbestimmung der ungelösten Gase erfolgt. Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Dabei wird der Konzentrationssensor für ein Gas oder für mehrere ausgewählte Gase zusammen vorzugsweise meßgasverbrauchsfrei gewählt, z. B. sind die Wärmeleitfähigkeits­ messung und die Wasserstoffmessung mittels Palladiummembran (durch Druck- oder Wär­ meleitfähigkeitsdetektion) geeignet. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Meßeinrichtung als kontinuierlich arbeitende Variante am Gassammelstutzen angeschlossen,

Fig. 2 die Meßeinrichtung als kontinuierlich arbeitende Variante als Teil des Deckels eines Gassammelrelais,

Fig. 3 die Meßeinrichtung als periodisch arbeitende Variante am Gassammelstutzen angeschlossen.

Ausführungsbeispiel 1 anhand Fig. 1

Im wesentlichen besteht die kontinuierlich arbeitende Meßeinrichtung 1 aus einem metalli­ schen Zylindermantel 2 der unten schraubbar einen Verbindungsstutzen 16, der zum Zylin­ dermantel 2 mit einem Steg 17 abdichtet, und oben einen schraubbaren Sensorblock 8 besitzt. Etwa mittig ist aus dem Zylindermantel 2 ein Ventilelement 7 geführt, oberhalb dessen Boh­ rung direkt die höchste Stelle eines in den Zylindermantel 2 geneigt eingebauten, besonders gestützten, auswechselbaren, ölbeständigen und nur gasdruchlässigen Membraneinsatzes 5 ist. Der Membraneinsatz 5 sitzt auf den Steg der dickeren Wandung des Separierraumes 3 auf und wird von oben mit einer schraubbaren Ringscheibe 6 öldicht gehaltert. Damit ist ein Gasraum 4 geschaffen zwischen Zylindermantel 2, dem Sensorblock 8 und der Membran 5, wobei über letztere beidseitig Gas hindurchtreten kann. Der Sensorblock 8 enthält dem Gasraum 4 zuge­ wandte Kontaktflächen der Sensoren für Druck 9 und die Wärmeleitfähigkeit 10. Zur Meßein­ richtung 1 gehört noch eine Steuer- und Auswerteeinheit 12, an die über ein Kabel der Sen­ sorblock 8 sowie ein in den Zylindermantel 2 unterhalb des Ventilelements 7 eingesetzter Temperatursensor 11 und ein außerhalb installierter Drucksensor 13 zur Erfassung des Atmo­ sphärendrucks angeschlossen sind.

Der Zylindermantel 2 kann z. B. einen Durchmesser von 40 mm haben. Das Volumen des Gasraumes 4 hinter dem Membraneinsatz 5 kann 20 ml und der Separierraum 3 kann 50 ml betragen. Das Membranmaterial kann z. B. 25 µm PTFE-Folie sein.

Für den Einsatz in einen Öltransformator wird die Meßeinrichtung 1 über den Verbindungs­ stutzen 16 in einen Gassammelstutzen 15, der einen T-Anschlußflanschadapter darstellen kann, bis zum Abdichten am Steg 18 geschraubt. Der Adapter befindet sich in der Steigleitung 14 vom Kessel zum Ausdehnungsgefäß des Transformators.

Über das Ventilelement 7 wird der Separierraum unterhalb des Membraneinsatzes 5 vollstän­ dig mit Öl aus der Steigleitung 14 gefüllt. Danach wird das Ventilelement 7, das wie üblich eine Kapillarbohrung besitzt, geschlossen. Über die Steuer- und Auswerteeinheit 12, die über eine entsprechend lange Kabelverbindung an geeigneter Stelle des Transformators installiert werden kann, erfolgt die Einschaltung aller Sensoren. Das Öl unterhalb des Membraneinsatzes 5 ist konvektiv über die Steigleitung am Austausch mit dem Kesselöl beteiligt. Es ist eine überraschende Erkenntnis, daß näherungsweise die Gasgehalte im Kesselöl mit denen im Öl der Steigleitung 14 übereinstimmen. Deshalb zeigen die Sensoren in der Meßeinrichtung 1 nach kurzer Anpassungszeit folgenden Zustand an:

• - Drucksensor 9
  Summe der Gleichgewichtspartialdrücke der im Öl gelösten Gase bei der Temperatur T
• - Wärmeleitfähigkeitsdetektor 10
  Wärmeleitfähigkeit des Gleichgewichtszustandes im Gasraum 4
• - Temperatursensor 11
  Temperatur T im Separierraum 3

Treten ungelöste Gase im Kesselöl auf, gelangen diese über die Steigleitung 14 ungehindert in die Meßeinrichtung 1 und sammeln sich im Separierraum 3 an. An der höchsten Stelle nahe der Kapillarbohrung des Ventilelements 7 beginnen die ungelösten Gase unterhalb der Mem­ bran das Öl teilweise, vollständig oder darüber hinaus bis in den Gassammelstutzen 15 hinein zu verdrängen. Die Geschwindigkeit kann in weiten Grenzen schwanken. Die Ansammlung kann sowohl bei fehlender oder unterbrochener Nachlieferung von ungelösten Gasen stagnie­ ren als auch rückläufig bis zur vollständigen Auflösung verlaufen. Diese visuell wahrnehmba­ ren Zeitverläufe des akkumulierten Gasvolumens im Öl unterhalb der Membran werden be­ stimmt durch den komponentenspezifischen Gasaustausch zwischen den ungelösten, den im Öl gelösten und den im Gasraum 4 befindlichen Gasen.

Sind die Sensorfunktionen Druck 9 und Wärmeleitfähigkeit 10 im Gasraum 4 vor der An­ sammlung ungelöster Gase Gleichgewichtsanzeigen für im Öl gelöste Gase, treten mit der beginnenden Ansammlung ungelöster Gase charakteristische Änderungen auf. Die Zeitverläu­ fe werden in der Steuer- und Auswerteeinheit 12 erfaßt und gespeichert. Ihre Werte sind hauptsächlich beeinflußt von:

• - Eintrittsrate ungelöster Gase in die Steigleitung 14,
• - Zusammensetzung der ungelösten Gase,
• - Gasgehalt und Konvektionsintensität des Öles.

Durch optimale Gestaltung der Meßeinrichtungsparameter (Membranmaterial und -dicke, Geometrie Gasraum 4 und Separierraum 3 kann eine maximale Analyse der Zeitverläufe er­ reicht werden. Folgende Beziehungen werden benutzt:

Feststellung ungelöster Gase:

• - Druckanstieg über Sensor 9, Maximum des Anstiegs und der Zeitverlauf lassen das Vo­ lumen und die Akkumulationsrate ermitteln.

Herkunftsbestimmung bei Wärmeleitfähigkeitsmessung:

• - Aufzeichnung des Zeitverlaufs bis zum Überschreiten des Maximums, liegt das Maximum höher als bei den im Öl gelösten Gasen, lautet die Herkunft "Fehlergas", sonst "Luftein­ trag".

Über den Sensor 11 wird laufend die Temperatur im Separierraum 3 erfaßt, um damit den Belastungszustand des Transformators zu registrieren, was für Diagnosen wichtig ist. In der Steuer- und Auswerteeinheit 12 wird laufend eine Quotientenbildung aus dem messen­ den Drucksensor 9 und dem Drucksensor 13 ausgeführt und als Gassättigungsgrad des Öles angezeigt. Damit kann prophylaktisch eine Gasabscheidung infolge einer Übersättigung er­ kannt bzw. nach deren Auftreten die Ursache dargestellt werden.

Wird als Sensor 10 ein selektiv Wasserstoff messender Sensor, gewählt, erfolgt die kontinu­ ierliche Messung des im Öl gelösten Wasserstoffs. Erst wenn ungelöste Gase sich unterhalb des Membraneinsatzes 5 akkumulieren, erfolgt die dann wichtigere Prüfung des physikali­ schen Gleichgewichts analog der Verfahrensweise mit dem Wärmeleitfähigkeitsdetektor. Ha­ ben sich die ungelösten Gase wieder aufgelöst bzw. ist eine Entlüftung über das Ventilelement 7 erfolgt, wird wieder der im Öl gelöste Wasserstoff gemessen, der über Vergleiche mit Grenzwerten die Zustandsüberwachung außerhalb des Auftretens ungelöster Gase gestattet. Dazu muß die Sensoranzeige 10 mit Hilfe der Temperaturanzeige 11 temperaturnormiert wer­ den.

Weiterhin gestattet die laufende Messung des im Öl gelösten Wasserstoffs die Anstiegsraten­ bestimmung des Wasserstoffs, was in Verbindung mit dem Gassättigungsgrad Prognosen zur Bildung ungelöster Gase infolge eines Fehlers im Aktivteil des Transformators gestattet. Der Sensor 10 kann auch eine Differenzmessung der Wärmeleitfähigkeit mit begrenztem Meßgasverbrauch darstellen. Da von den interessierenden Fehlergaskomponenten nur Koh­ lendioxid eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Luft besitzt, kann eine Abtrennung, z. B. chemisch, eine konzentrationsproportionale Wärmeleitfähigkeit für den verbleibenden univer­ sellen Fehlergasanteil erbringen und damit praktisch dem Wasserstoff entsprechend diagnose­ geeignet sein. Wenn die Häufigkeiten und die Gasvolumina der Kohlendioxidabtrennungen der Membrandurchlässigkeit angepaßt werden, kann ein praktisch verwertbarer Meßzyklus erhalten werden. Das kohlendioxidproportionale Differenzsignal der Wärmeleitfähigkeit kann damit zusätzlich der Diagnose der Festisolation nutzbar gemacht werden.

Haben die Transformatoren ein Gassammelrelais, kann sich grundsätzlich die beschriebene Meßeinrichtung 1 mit dem Gassammelstutzen 15 vor dem Gassammelrelais in der Steiglei­ tung befinden. Nachdem ungelöste Gase die Meßeinrichtung 1 gefüllt haben, gelangen die weiteren ungelösten Gase in das Gassammelrelais. In der Praxis sollte dies dadurch Berück­ sichtigung finden, daß der Signaleinstellwert des Gassammelrelais um das Volumen der Meßeinrichtung 1 reduziert wird. Ein Nachteil ist, daß die die Signalisation auslösenden un­ gelösten Gase im Gassammelrelais selbst nicht zur Herkunftsbestimmung herangezogen wer­ den.

Dieser Nachteil kann dadurch beseitigt werden, daß die Meßeinrichtung direkt mit dem Gas­ sammelrelais gekoppelt wird.

Ausführungsbeispiel 2 anhand Fig. 2

Die im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Meßeinrichtung 1 wird über ihren Verbindungs­ stutzen 16 anstelle des Deckels auf das Gassammelrelais 19 lösbar montiert. Als einzige Er­ gänzung zur Meßeinrichtung 1 wird die Signalleitung 21 zusätzlich auf die Steuer- und Aus­ werteeinheit 12 geführt. Auch hier sollte der Signaleinstellwert des Gassammelrelais um das Volumen der Meßeinrichtung 1 reduziert werden.

In dieser Kombination arbeitet die Meßeinrichtung 1 analog wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben. Die ungelösten Gase erreichen über das Gassammelrelais 19 die Meßeinrichtung 1. Beim Erreichen des Signalwertes durch den oberen Schwimmer 20 des Gassammelrelais 19 wird dies über die Signalleitung 21 in der Steuer- und Auswerteeinheit 12 registriert. Durch die schnelle Vermischung der ungelösten Gase zwischen der Meßeinrichtung 1 und dem Gas­ raum im Gassammelrelais 19, welche zusammen das Relaisgas darstellen, ist gesichert, daß der Zeitverlauf der Sensorfunktionen die Herkunftsbestimmung des Relaisgases in die Dia­ gnose einschließt. Alle weiteren Varianten sind analog Ausführungsbeispiel 1.

Ausführungsbeispiel 3 anhand Fig. 3

Die periodisch arbeitende Meßeinrichtung 22 besteht im wesentlichen aus einem zylindri­ schen Separierraum 23, der mit einem darüber befindlichen Gasraum 24, der auch einen Zy­ linder darstellt, verbunden ist und einem Ölsammelgefäß 25. In den Separierraum 23 führt im oberen Teil eine Ölleitung 26, die mit einem Schaltventil 27 ausgerüstet ist und einen solchen Durchmesser besitzt, daß auch vertikal nach unten ungelöste Gase mittels Öl transportiert werden können sowie im unteren Teil über ein Schaltventil 28 eine Ölleitung 29. Separier­ raum 23 und Gasraum 24 sind weithalsig über ein Schaltventil 30 verbunden. Vom Kopf des Gasraumes 24 führt eine Verbindungsleitung 31, in die an der höchsten Stelle ein Schaltventil 32 eingebaut ist, mit einer Gaspumpe 33, einem Schaltventil 34, einem Septumstutzen 35, unter dem die Leitung einen bestimmten Abschnitt erweitert ist, unten in den Separierraum 23. Sowohl der Separierraum 23 besitzt unterhalb der Ölleitung 29 einen Düsenboden 36 als auch der Gasraum 24 unterhalb der zum Ölsammelgefäß 25 laufenden Ölleitung 38, die ein Schaltventil 39 besitzt, den Düsenboden 37. Der Gasraum 24 besitzt oberhalb der Eintritts­ stelle der Ölleitung 38 einen Ölstandssensor 40 in der Zylinderwandung. Gleiche Sensoren 41, 42 befinden sich höhenversetzt im Ölsammelgefäß 25, von dessen Boden eine Verbindungs­ leitung 43 mit einer Ölpumpe 44 zum Ausdehnungsgefäß 45 des Transformators führt, wobei Sensor 42 höhenmäßig den Ölstandssensor 40 überragt. Die Ölleitung 26 stellt den Zulauf aus dem Transformator dar und setzt an dem in der Steigleitung zum Ausdehnungsgefäß befindli­ chen Gassammelstutzen 46 mit einem Verbindungsstutzen 47 über ein Ventilelement 48 an. In den Kopf des Gasraumes 24 sind schraubbar ein Sensor für den Druck 49 und ein Sensor für die Wärmeleitfähigkeit 50 eingesetzt, die beide durch darunter befindliche Spritzschutzbö­ den gesichert sind. Ein Temperatursensor 51 ist mittig in die Zylinderwandung des Separier­ raumes 23 eingesetzt.

In die Verbindungsleitung 31 ist auf Höhe des Schaltventils 30 ein weiteres Schaltventil 52 eingebaut. Alle Schaltventile und Sensoren sind über Leitungen mit der Steuer- und Auswer­ teeinheit 53, zu der aus der Umgebung des Transformators ein Drucksensor 54 geschaltet ist, verbunden. Für den Einsatz an einem Öltransformator wird die Meßeinrichtung 1, die sich in einem Gehäuse befindet, an einer geeigneten Stelle des Transformators installiert. Die Öllei­ tung 26 führt hoch zum Gassammelstutzen 46, der sich in der Steigleitung, bei Vorhandensein eines Gassammelrelais vor diesem, befindet und in diesen mittels Verbindungsstutzen 47 ein­ geschraubt ist.

Die Meßeinrichtung 22 muß vor dem Start gefüllt werden. Dazu wird per Hand das Ventile­ lement 48 einmalig geöffnet. In der Steuer- und Auswerteeinheit 53 wird die Taste "Füllen" gedrückt, wodurch alle Schaltventile geöffnet werden. Das aus der Ölleitung 26 in den Sepa­ rierraum 23 eintretende Öl füllt diesen langsam sowie auch die Leitungen 29, 31 und 38 bis in Höhe des Ölstandssensors 40 im Gasraum 24, bei dessen Erreichen alle Schaltventile schlie­ ßen, mit Ausnahme des Schaltventils 30, das zur Nachentlüftung etwas zeitverzögert schließt. Bevor die Taste "Start" gedrückt wird, sind die Ölwechselzeit für den Separierraum 23, die Dauer eines Austauschvorgangs und die Anzahl von Austauschvorgängen bis zur Ergebnis­ bildung von im Öl gelösten Gasen einzugeben. Diese Angaben müssen entsprechend den Konstruktionsmerkmalen der Meßeinrichtung 22 sowie ihrer Installation einmalig ermittelt werden. Weiterhin ist der Zyklus der Ergebnisbildung von im Öl gelösten Gasen vorzugeben. Sind diese Angaben eingegeben, erfolgt der Start. Es öffnen die Schaltventile 27 und 28 so­ lange bis die Ölwechselzeit, die mindestens einen zweifachen Ölwechsel im Separierraum 23 gestattet, abgelaufen ist. Dann schließt das Schaltventil 28, das Schaltventil 27 schließt zeit­ verzögert etwas später. Danach beginnt der 1. Austauschvorgang indem Schaltventil 30 öffnet und eine Kontrolle des Drucksensors 49 erfolgt. Bleibt die Anzeige unverändert, öffnen auch die Schaltventile 34, sowie 32 und die Gaspumpe 33 schaltet ein. Jetzt wird die im Gasraum 24 und in der Verbindungsleitung 31 befindliche Luft von Atmosphärendruck über die Dü­ senböden 36 und 37 durch das Öl bewegt. Während der vorgegebenen Dauer des Aus­ tauschvorgangs stellt sich ein isothermes Partialdruckgleichgewicht zu den im Öl gelösten Gasen ein, welches die Ausgangsgehalte im Öl und im Gasraum verändert. Nach Ablauf der Zeit schaltet die Gaspumpe 33 ab und nach einer Beruhigungszeit auch die Schaltventile. Die Sensorwerte für Druck und Wärmeleitfähigkeit werden zeitbezogen registriert. Analog wie­ derholen sich die weiteren Austauschvorgänge, wobei sich das jeweilige Partialdruckgleich­ gewicht dem der im Öl des Transformators gelösten Gase ständig nähert. Nach Erreichung der vorgegebenen Anzahl von Austauschvorgängen ist das Partialdruckgleichgewicht praktisch erreicht und es erfolgt die Registrierung aller Sensoranzeigen sowie die Ergebnisdarstellung von im Öl gelösten Gasen. Für alle nächsten Zyklen der Ergebnisbildung von im Öl gelösten Gasen ist die Anzahl der Austauschvorgänge geringer als nach Druck der Starttaste, da im Gasraum sich nicht atmosphärische Luft befindet, sondern das jeweils letzte Gleichgewichts­ gas.

Bevor ein neuer Zyklus beginnt, kontrolliert der Ölstandssensor 40 den Ölstand, der erforder­ lichenfalls automatisch durch Öffnen des Schaltventil 39 über die Ölleitung 38 nachreguliert wird.

Nach jedem Zyklus können über den Septumstutzen 35 Gasproben genommen werden. Dazu öffnen die Schaltventile 27 und 52, wodurch ein leichter Überdruck entsteht. Die Gasproben können manuell oder automatisch entnommen werden.

Gelangen ungelöste Gase in die Steigleitung, sammeln sich diese im Verbindungsstutzen 47, bei größeren Mengen verdrängen sie auch das Öl aus dem Gassammelstutzen 46. Beim näch­ sten Ölwechsel im Separierraum 23 werden die ungelösten Gase über die Ölleitung 26 in die­ sen überführt. Dazu öffnen und schließen die Schaltventile 27 und 28, wobei Schaltventil 27 zeitverzögert etwas später schließt, womit sich bei den ungelösten Gasen im Separierraum 23 ein Überdruck aufbaut, der dem statischen Druck der Ölsäule zwischen Ölsammelgefäß 25 und Ölspiegel Ausdehnungsgefäß 45 des Transformators entspricht. Nun öffnet Schaltventil 30 und über die Kontrolle des Drucksensors 49 wird ein Druckanstieg registriert. Gleichzeitig wird der Sensor für die Wärmeleitfähigkeit 50 bis zur Erreichung des Maximalwertes regi­ striert. Aus diesen und aus den gespeicherten Druck- und Wärmeleitfähigkeitswerten von im Öl gelösten Gasen wird die Feststellung und die Herkunftsbestimmung ungelöster Gase vor­ genommen.

Feststellung:

• - Druckanstieg über Sensor 49, Höhe des Anstiegs läßt das Volumen ermitteln. Die Akku­ mulationsrate ergibt sich aus dem Zeitverlauf auf Grundlage weiterer Austauschvorgänge.

Herkunftsbestimmung bei Wärmeleitfähigkeitsmessung:

• - Aufzeichnung des Zeitverlaufs bis zum Überschreiten des Maximums, liegt das Maximum höher als beim letzten Austauschvorgang, lautet die Herkunft "Fehlergas", sonst "Lufteintrag".

Nach dem Überschreiten des Maximums der Wärmeleitfähigkeit öffnen die Schaltventile 28, 32 und 39 solange bis der Ölspiegel den Ölstandssensor 40 erreicht hat. Danach schließen die Schaltventile wieder. Sodann beginnt ein neuer Zyklus der Ergebnisbildung von im Öl gelö­ sten Gasen analog. Wird im Ölsammelgefäß 25 der obere Ölstandssensor 41 erreicht, schaltet sich automatisch die Ölpumpe 44 ein und pumpt das Öl bis zum Erreichen des unteren Öl­ standssensors 42 über die Ölleitung 43 in das Ausdehnungsgefäß 45 des Transformators. Die Variation der Sensoren sowie die Auswertungsmöglichkeiten sind analog Ausführungs­ beispiel 1 möglich. Haben die Transformatoren ein Gassammelrelais, kann grundsätzlich die beschriebene Meßeinrichtung 22 über ihren Verbindungsstutzen 47 anstelle des Deckels auf das Gassammelrelais analog Ausführungsbeispiel 2 montiert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann durch die Anordnung eines Sensors 56 zur Kontrolle auf ungelöste Gase im Gassammelstutzen 46 erreicht werden, daß nach Signalisa­ tion durch den Sensor 56 der Meßzyklus auch operativ einleitbar ist.

Claims (10)

1. Verfahren zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssigkeit gefüllten Hochspannungsanlagen mit einer Steigleitung und einem Ausdehnungsgefäß auf der Grundlage der Überwachung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß aus einem in dem Bereich der Steigleitung (14) zum Ausdehnungsgefäß der Hochspannungsanlage angeordneten, im Normalbetrieb flüssigkeitsgefüllten Gassammel­ stutzen (15, 46) die Flüssigkeit in bestimmter Folge in eine Meßeinrichtung (1, 22) ge­ langt, wo sich eine reversible Gleichgewichtsgasphase zu den in der Flüssigkeit gelösten Gasen ausbildet und diese durch Sensoren (9, 10, 49, 50) für den Druck sowie für die Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen überwacht wird, daß ungelöste Gase die Flüssigkeit im Gassammelstutzen (15, 46) teilweise oder vollstän­ dig verdrängen, diese in die Meßeinrichtung (1, 22) gelangen, dort die Partialdrücke der Gleichgewichtsgasphase charakteristisch ändern und Zeitfunktionen der Sensormeßwerte von einer Steuer- und Auswerteeinheit (12, 53) erfaßt, auswertet und dargestellt werden und daß die Zeitfunktionen der Sensoren zusätzlich eine näherungsweise Volumen- und Ratendarstellung ungelöster Gase gestatten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über die Zeitfunktion eines Temperatursensors (11, 51) in der Meßeinrichtung (1, 22) sowohl die Ergebnisnormierung von in der Flüssigkeit gelösten Gasen als auch eine Ermittlung des Belastungszustandes der Hochspannungsanlage erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über das Verhältnis der Zeit­ funktionen des Drucksensors (9, 49) in der Gleichgewichtsgasphase und eines in der Nähe der Hochspannungsanlage messenden Drucksensors (13, 54) der Gassättigungsgrad der Flüssigkeit ermittelt wird.

4. Vorrichtung zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssig­ keit gefüllten Hochspannungsanlagen mit einer Steigleitung und einem Ausdehnungsgefäß zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einem im Bereich der Steigleitung zum Ausdehnungsgefäß der Hochspan­ nungsanlage angeordneten Gassammelstutzen (15) verbundene Meßeinrichtung (1), die aus einem mit dem Gassammelstutzen (15) in Verbindung stehenden Separierraum (3), in dem sich ein Temperatursensor (11) befindet, einem dem Separierraum (3) nachgeschal­ teten Gasraum (4), in dem sich Sensoren (9, 10) für Druck und für die Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen befinden und einem zwischen den beiden genannten Räumen geneigt eingebauten flüssigkeitsbeständigen und gasdurchläs­ sigen Membraneinsatz (5) besteht und daß die Meßeinrichtung (1) mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (12) verbunden ist, zu der auch ein Drucksensor (13) aus der Umgebung der Hochspannungsanlage geschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) für die Kon­ zentration ein Wärmeleitfähigkeitssensor ist und daß mit ihm eine Differenzmessung der Wärmeleitfähigkeit vor und nach einer Kohlendioxidabtrennung durchführbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) einen Zylindermantel (2) aufweist, der unten schraubbar einen zylindrischen Verbindungsstut­ zen (16) und oben einen schraubbaren Sensorblock (8) besitzt und etwa mittig ein Ven­ tilelement (7) enthält, oberhalb dessen Bohrung sich die höchste Stelle eines in den Zylin­ dermantel (2) geneigt eingebauten, besonders gestützten, auswechselbaren, flüssigkeitsbe­ ständigen und nur gasdurchlässigen Membraneinsatzes (5) befindet, der nach unten von einem Steg der nach innen stehenden dickeren Innenwandung des unteren Zylinderman­ telteils und nach oben von einer schraubbaren Ringscheibe (6) flüssigkeitsdicht gehalten ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (1) mit einem mechanischen Gassammelrelais (19) in der Weise gekoppelt ist, daß der Verbin­ dungsstutzen (16) der Meßeinrichtung (1) den Deckel des Gassammelrelais (19) bildet, dessen Signalleitung (21) zusätzlich auf die Steuer- und Auswerteeinheit (12) geschaltet ist.

8. Vorrichtung zur Feststellung und Herkunftsbestimmung ungelöster Gase in mit Flüssig­ keit gefüllten Hochspannungsanlagen mit einer Steigleitung und einem Ausdehnungsgefäß zur periodischen Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit einem im Bereich der Steigleitung zum Ausdehnungsgefäß der Hochspannungs­ anlage angeordneten Gassammelstutzen (46) verbundene Meßeinrichtung (22), die aus ei­ nem mit dem Gassammelstutzen (46) in Verbindung stehenden Separierraum (23), in dem sich ein Temperatursensor (51) befindet, einem dem Separierraum (23) nachgeschalteten Gasraum (24), in dem sich Sensoren (49, 50) für Druck und für die Konzentration eines Gases oder mehrerer ausgewählter Gase zusammen befinden, Einrichtungen (25, 29, 38) zur Gewährleistung einer zyklischen Flüssigkeitserneuerung bis zur Erreichung des Par­ tialdruckgleichgewichtes und Einrichtungen zur Schaffung eines Gaskreislaufes vom Gas­ raum (24) zum Separierraum (23) besteht und daß die Meßeinrichtung (22) mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (53) verbunden ist, zu der auch ein Drucksensor (54) aus der Umgebung der Hochspannungsanlage geschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (50) für die Kon­ zentration ein Wärmeleitfähigkeitssensor ist und daß mit ihm eine Differenzmessung der Wärmeleitfähigkeit vor und nach einer Kohlendioxidabtrennung durchführbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (22) mit einem mechanischen Gassammelrelais direkt in der Weise gekoppelt ist, daß der Verbin­ dungsstutzen (47) den Deckel des Gassammelrelais bildet, dessen Signalleitung zusätzlich auf die Steuer- und Auswerteeinheit (53) geschaltet ist.