DE19853511A1 - Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung von Leistungsschaltern und Meß- und Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung von Leistungsschaltern und Meß- und Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung von Leistungsschaltern. Erfindungsgemäß wird ein Meß- und Prozeßrechner (1) verwendet, der über einen Diagnosestecker (2) mit der Steuerung des zu prüfenden Leistungsschalters (4) verbunden wird, Schnittstellen für Meßeinrichtungen (5, 6, 7) aufweist, die zu Prüfzwecken an dem Leistungsschalter (4) angebracht werden, und an einen Rechner (8) mit Datenspeicher und Ein- sowie Ausgabevorrichtungen angeschlossen ist. Erfindungsgemäß werden archivierte Zustandsdaten des zu prüfenden Leistungsschalters (4) von dem Rechner (8) in den Meß- und Prozeßrechner geladen. Dieser gibt ein Instandhaltungsprogramm vor, nimmt über den Rechner (8) manuell eingegebene Daten, Meßwerte der Meßeinrichtungen (5, 6, 7) sowie über den Diagnosestecker (2) zugeführte Signale der Steuerung auf, wertet die Daten aus und vergleicht die Istwerte mit den geladenen Zustandsdaten und Sollwerten. Die Meßwerte und/oder daraus durch Auswertungsroutinen abgeleitete Diagnosegrößen werden dem Rechner (8) zugeführt, als Instandhaltungsprotokoll abgespeichert und als neue Zustandsdaten archiviert. Das Instandhaltungsprogramm wird an den Ein- und Ausgabegeräten interaktiv im Dialog mit dem Benutzer abgearbeitet. Der Benutzer erhält dabei Informationen über durchzuführende Tätigkeiten sowie Eingabeaufforderungen. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Meß- und Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung von Leistungsschaltern, insbes. Hochspannungs-Leistungsschaltern, sowie eine Meß- und Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche eine automatisierte und benutzergeführte Inspektion und Diagnose von Leistungsschaltern ermöglicht.
Im Rahmen einer planmäßigen Instandhaltung werden an Leistungsschaltern Inspektions- und Wartungsarbeiten in vorgegebenen Intervallen nach einem vorgeschriebenen Instandhaltungsplan ausgeführt. Für die Arbeiten sowie die Auswertung der Meßergebnisse ist geschultes Fachpersonal erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zustandorientiertes Instandhaltungsverfahren für Leistungs­ schalter sowie eine geeignete Meß- und Prüfeinrichtung anzugeben, so daß die Instandhaltungsmaßnahmen vom Betriebspersonal ohne spezielle Produktkenntnisse ausgeführt werden können.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Instandhaltung von Leistungsschaltern unter Verwendung eines Meß- und Prozeßrechners, der über einen Diagnosestecker mit der Steuerung des zu prüfenden Leistungsschalters verbunden wird, Schnittstellen für Meß­ einrichtungen aufweist, die zu Prüfzwecken an dem Leistungsschalter angebracht werden, und an einen Rechner, der einen Datenspeicher sowie Ein- und Ausgabevorrichtungen aufweist, angeschlossen ist, bei dem
archivierte Zustandsdaten des zu prüfenden Leistungsschalters und ein Instandhaltungsprogramm von dem Rechner in den Meß- und Prozeßrechner geladen werden,
der Meß- und Prozeßrechner die Bearbeitung des vorgegebenen Instandhaltungsprogramms steuert und überwacht, über den Rechner manuell eingegebene Daten, Meßwerte der Meßeinrichtungen sowie über den Diagnosestecker zugeführte Signale der Steuerung aufnimmt und durch Vergleich mit den geladenen archivierten Zustandsdaten auswertet und
die Meßwerte und/oder daraus durch eine Auswerteroutine abgeleitete Größen dem Rechner zugeführt, als Instandhaltungsprotokoll abgespeichert und als neue Zustandsdaten archiviert werden,
wobei das Instandhaltungsprogramm an den Ein- und Ausgabegeräten interaktiv im Dialog mit dem Benutzer abgearbeitet wird und der Benutzer Informationen über durchzuführende Tätigkeiten sowie Eingabeaufforderungen erhält. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine automatisierte benutzergeführte Instandhaltung von Leistungsschaltern. Alle Meßgrößen werden automatisch aufgezeichnet und ausgewertet sowie in dem Datenspeicher des angeschlossenen Rechners, z. B. in einem handelsüblichen PC, gespeichert. Durch Vergleich der Meßwerte mit den in den Meß- und Prozeßrechner geladenen archivierten Zustandsdaten, die Sollwerte und Meßergebnisse aus früheren Inspektionen und Wartungen umfassen, können Tendenzen aufgezeigt und Unregelmäßigkeiten erfaßt werden. Die aufgezeichneten Daten und Informationen ermöglichen eine qualifizierte Abschätzung der Restlebensdauer, so daß die Nutzungsdauer der Leistungsschalter weitgehend ausgeschöpft werden kann und die Instandhaltung zunehmend zustandsorientiert vorgenommen werden kann. Die Abarbeitung des von dem Meß- und Prozeßrechner vorgegebenen Instand­ haltungsprogramms erfolgt interaktiv zwischen Benutzer und Rechner. Über den Rechner erhält das Instand­ haltungspersonal Anweisungen, welche vorbereitenden Maßnahmen durchzuführen sind, welche Instandhaltungsinhalte bearbeitet werden und ob und welche Abhilfemaßnahmen erforderlich sind, wenn ein Meßwert nicht innerhalb eines vorgegebenen, zulässigen Toleranzbereiches liegt. Daher können die im Rahmen der Instandhaltung erforderlichen Inspektions- und Wartungsaufgaben von Betriebspersonal, welches in bezug auf die zu prüfenden Leistungsschalter nicht besonders geschult ist, ausgeführt werden.
Das Instandhaltungsprogramm ist an die Bauart des Leistungsschalters anzupassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt regelmäßig eine Messung des Kontaktwiderstandes, die Auskunft gibt über den Zustand des Kontaktsystems, des Abbrandkontaktes und des zeitlichen Verlaufes der Kontaktbewegung. Dazu wird an die Klemmen des zu prüfenden Leistungsschalters eine Prüfeinrichtung zur Messung des Kontaktwiderstandes angeschlossen und ein Schaltvorgang ausgelöst. Die Prüfeinrichtung kann kurzzeitig einen Strom von 100 bis 200 A einspeisen, der am Kontaktsystem einen entsprechenden Spannungsabfall erzeugt. Strom und Spannung werden von einer integrierten Meßeinrichtung erfaßt.
Der zeitliche Verlauf des Kontaktwiderstandes wird aus den von der Meßeinrichtung aufgezeichneten Strom- und Spannungswerten ermittelt. Das gemessene Profil wird mit einer in den Meß- und Prozeßrechner geladenen und für den Prüfling charakteristischen Sollkurve verglichen. Aus Abweichungen zwischen der Sollkurve und der Meßkurve werden Informationen über den Betriebszustand des Kontaktsystems, des Abbrandkontaktes und des zeitlichen Verlaufes der Kontaktbewegung abgeleitet.
Im Rahmen der Instandhaltung erfolgt zumeist auch eine Überprüfung der Schaltbewegung. Dazu wird an den zu prüfenden Leistungsschalter eine entsprechende Einrichtung zur Überprüfung der Schaltbewegung angeschlossen, ein Schaltvorgang ausgelöst und die Schaltzeit von Haupt- und Hilfskontakten gemessen. Ferner wird der zeitliche Bewegungsablauf mit einer in den Meß- und Prozeßrechner geladenen und für den Prüfling charakteristischen Sollkurve verglichen. Abweichungen zwischen der Sollkurve und der Meßkurve geben Hinweise auf Unregelmäßigkeiten im Antriebssystem oder in der Kopplung zwischen Antrieb und Schaltkammer, insbesondere Informationen über abnutzungs­ bedingte Veränderungen der Dämpfungseinrichtungen, die mit vorgegebenen Routinen ausgewertet, abgespeichert und protokolliert werden.
Das Instandhaltungsprogramm umfaßt ferner die Kontrolle einer vorgeschriebenen Mindestauslösespannung. Änderungen in bezug auf die Mindestauslösespannung sind ein Indikator für Unregelmäßigkeiten im Auslösesystem, und zwar sowohl im mechanischen Teil als auch im elektromagnetischen Teil. Zur Überprüfung der Mindestauslösespannung wird an den Auslöser des zu prüfenden Leistungsschalter für einen Prüfzeitraum von weniger als 1 Sekunde eine Prüfspannung angelegt. Der Prüfvorgang wird automatisch mit einer schrittweise um vorgegebene Beträge erhöhten Prüfspannung wiederholt, bis der Schaltvorgang ausgelöst wird. Um eine das Meßergebnis verfälschende Spulenaufheizung zu vermeiden, wird mit kurzen Prüfzeiträumen gearbeitet. Üblicherweise beträgt der Prüfzeitraum, in der die Auslösespannung anliegt, weniger als 100 Millisekunden.
Bei Leistungsschaltern, die als Druckgasschalter ausgeführt sind, ist auch eine regelmäßige Überprüfung des Löschgases erforderlich. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre wird an den zu prüfenden Leistungsschalter eine Meßeinrichtung für einen Gascheck des Löschgases angeschlossen, wobei mit der Meßeinrichtung die Temperatur und der Betriebsdruck des Löschgases gemessen werden. Aus dem Druck und Temperaturmeßwerten kann die Dichte des Löschgases mit Hilfe einer im Rechner hinterlegten Abhängigkeit der Gasdichte, z. B. der SF6-Dichte, von Druck und Temperatur als Kontroll- und Vergleichsgröße abgeleitet werden.
Zu umfassenden Instandhaltungsmaßnahmen gehört ferner, daß der Energieinhalt eines Druckgasspeichers oder eines Federspeichers kontrolliert wird. Die Meßwerte werden dem Meß- und Prozeßrechner durch eine angeschlossene Meßeinrichtung direkt zugeführt. Bei Druckgasspeichern wird hierzu der Vorspanndruck ermittelt. Die Temperatur­ abhängigkeit des Gases kann über ein im Rechner gespeichertes Druck-Temperatur-Diagramm berücksichtigt werden.
Dem Meß- und Prozeßrechner werden schließlich während des Prüfvorganges Stellungsmeldungen sowie Stör- und Warnmeldungen durch einen Datentransfer über den Diagnosestecker zugeführt.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Meß- und Prüfeinrichtung gemäß den Ansprüchen 9 bis 11 zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch
Fig. 1 die erfindungsgemäße Meß- und Prüfeinrichtung zur automatisierten und benutzergeführten Inspektion und Diagnose von Leistungsschaltern,
Fig. 2a bis 2d Meßprotokolle von Kontaktwiderstands­ messungen im Zuge der Prüfung des Kontaktsystems eines Leistungsschalters.
Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Meß- und Prüfanordnung, die im Zuge der Instandhaltung von Leistungsschaltern, insbesondere Hochspannungsleistungs­ schaltern, eingesetzt wird. Kernstück der Einrichtung ist eine Diagnosebox mit einem Meß- und Prozeßrechner 1, der über einen Diagnosestecker 2 mit der Steuerung 3 eines zu prüfenden Leistungsschalters 4 verbunden wird, Schnittstellen für Meßeinrichtungen 5, 6, 7 aufweist, die zu Prüfzwecken an dem Leistungsschalter 4 angebracht werden, und an einen Rechner 8 angeschlossen ist. Der Meß- und Prozeßrechner steuert und überwacht den Prozeßablauf, führt die Datenerfassung und -auswertung durch und übernimmt den Datentransfer zum Rechner 8. Der Rechner 8, z. B. ein handelsüblicher PC, weist einen Datenspeicher sowie Ein- und Ausgabevorrichtungen auf.
Archivierte Zustandsdaten des zu prüfenden Leistungs­ schalters 4 und ein Instandhaltungsprogramm für den Leistungsschalter werden von dem Rechner 8 in den Meß- und Prozeßrechner geladen. Der Meß- und Prozeßrechner 1 arbeitet das vorgegebene Instandhaltungsprogramm ab, nimmt über den Rechner 8 manuell eingegebene Daten sowie Meßwerte der Meßeinrichtungen und über den Diagnosestecker 2 zugeführte Signale der Steuerung 3 auf und wertet die Daten durch Vergleich mit den geladenen archivierten Zustandsdaten aus. Die Meßwerte und/oder daraus durch eine Auswertungsroutine abgeleitete Größen werden dem Rechner 8 zugeführt und als Instandhaltungsprotokoll abgespeichert.
Alle Meßgrößen werden automatisch aufgezeichnet, ausgewertet und im Datenspeicher des angeschlossenen Rechners 8 gespeichert. Durch Vergleich der Istwerte mit den dort abgelegten Sollwerten sowie Zustandsdaten früherer Inspektionen und mit empirischen Auswerteroutinen können Tendenzen aufgezeigt und Unregelmäßigkeiten erfaßt werden. Der Instandhaltungsablauf ist automatisiert und wird interaktiv an den Ein- und Ausgabegeräten des Rechners 8 im Dialog mit dem Benutzer abgearbeitet. Über den Rechner 8 erhält das Instandhaltungspersonal Anweisungen, welche vorbereitenden Maßnahmen durchzuführen sind, welche Instandhaltungsinhalte bearbeitet werden und ob und welche Abhilfemaßnahmen erforderlich sind.
Die von der Steuerung und Überwachung des Schaltprozesses und des Antriebes erzeugten Meßsignale werden dem Meß- und Prozeßrechner 1 über den Diagnosestecker 2 zugeführt. Der Meß- und Prozeßrechner weist im Ausführungsbeispiel ferner Schnittstellen für drei Meßeinrichtungen 5, 6, 7 auf, die zu Prüfzwecken am Schalter angebracht werden.
Die erste Meßeinrichtung 5 dient zur Messung des Kontaktwiderstandes in der Anfangsphase der Kontaktbewegung (quasi statisch) und während der Kontaktbewegung (dynamisch). Die Meßeinrichtung wird von einer Batterie, z. B. von einer 12 Volt Autobatterie, gespeist und an die Klemmen des zu prüfenden Leistungsschalters 4 angelegt. Ein Schaltvorgang wird ausgelöst, und der zeitliche Verlauf des Kontaktwiderstandes während des Schaltvorganges wird durch eine Strom-Spannungsmessung ermittelt. Das gemessene Profil wird mit einer in den Meß- und Prozeßrechner geladenen und für den Prüfling charakteristischen Sollkurve verglichen. Aus Abweichungen zwischen der Sollkurve und der Meßkurve werden Informationen über den Betriebszustand des Kontaktsystems und des Abbrandkontaktes abgeleitet. Dies wird anhand der Fig. 2a bis 2d verständlich, in der der Kontaktwiderstand R bei einem Ausschaltvorgang dargestellt ist. Die Fig. 2a zeigt den Verlauf der an dem fabrikneuen Leistungsschalter gemessenen Sollkurve. Man erkennt, daß in der Anfangsphase der Öffnungsbewegung ein konstanter Kontaktwiderstand R1 auftritt (quasi statischer Bereich). Der Übergang vom Hauptkontakt zum Abbrandkontakt ist mit einer sprunghaften, aber durch eine stetige Funktion beschreibbaren Änderung des Kontaktwiderstandes verbunden. Nach einigen Kurzschlußschaltungen verändert sich das Profil des Kontaktwiderstandes (Fig. 2b). Der Kontaktwiderstand des Abbrandkontaktes ist zwar angestiegen, aber das Kontaktsystem ist noch funktions­ tüchtig. Die Fig. 2c zeigt das Meßprotokoll einer Kontaktwiderstandsmessung an einem Leistungsschalter mit bereits beschädigtem Abbrandkontakt. Der dem Abbrandkontakt zugeordnete Bereich des Kontaktübergangswiderstandes ist deutlich kürzer geworden. Die Fig. 2d zeigt das Ergebnis der Kontaktwiderstandsmessung an einem Leistungsschalter mit defektem Abbrandkontakt. Der dem Abbrandkontakt zuzuordnende Bereich der Kurve ist entfallen.
Eine weitere Meßeinrichtung 6 dient zur Überprüfung und Kontrolle der Schaltbewegung. Es wird ein Schaltvorgang ausgelöst und die Schaltzeit von Haupt- und Hilfskontakten gemessen. Ferner wird auch der zeitliche Bewegungsablauf s(t) erfaßt und mit einer in den Meß- und Prozeßrechner 1 geladenen, für den Prüfling charakteristischen Sollkurve verglichen. Aus Abweichungen zwischen der Sollkurve und der Meßkurve können Informationen über den Zustand des Antriebssystems, insbesondere der Dämpfung des Schaltvorganges abgeleitet werden.
Wenn der Leistungsschalter 4 als Druckgasschalter ausgeführt ist, wird eine dritte Meßeinrichtung 7 für den Gascheck des Löschgases eingesetzt. Gemessen werden Temperatur und Betriebsdruck des Löschgases. Aus den Meßwerten sind mit Hilfe der im Rechner hinterlegten Dichtefunktion für SF6 (Dichte in Abhängigkeit von Temperatur und Druck), die Dichte ρ des Löschgases sowie die akutellen Schwellwerte für die Löschgas-Warnmeldungen ableitbar.

Claims (11)

1. Verfahren zur zustandsorientierten Instandhaltung von Leistungsschaltern unter Verwendung eines Meß- und Prozeßrechners (1), der über einen Diagnosestecker (2) mit der Steuerung des zu prüfenden Leistungsschalters (4) verbunden wird, Schnittstellen für Meßeinrichtungen (5, 6, 7) aufweist, die zu Prüfzwecken an dem Leistungsschalter (4) angebracht werden, und an einen Rechner (8), der einen Datenspeicher sowie Ein- und Ausgabevorrichtungen aufweist, angeschlossen ist, bei dem
archivierte Zustandsdaten des zu prüfenden Leistungsschalters (4) und ein Instandhaltungsprogramm von dem Rechner (8) in den Meß- und Prozeßrechner (1) geladen werden,
der Meß- und Prozeßrechner (1) die Bearbeitung des vorgegebenen Instandhaltungsprogramms steuert und überwacht, über den Rechner (8) manuell eingegebene Daten, Meßwerte der Meßeinrichtungen (5, 6, 7) sowie über den Diagnosestecker (2) zugeführte Signale der Steuerung aufnimmt und durch Vergleich mit den geladenen archivierten Zustandsdaten auswertet und
die Meßwerte und/oder daraus durch eine Auswerteroutine abgeleitete Größen dem Rechner (8) zugeführt, als Instandhaltungsprotokoll abgespeichert und als neue Zustandsdaten archiviert werden,
wobei das Instandhaltungsprogramm an den Ein- und Ausgabegeräten interaktiv im Dialog mit dem Benutzer abgearbeitet wird und der Benutzer Informationen über durchzuführende Tätigkeiten sowie Eingabeaufforderungen erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei an die Klemmen des zu prüfenden Leistungsschalters (4) eine Prüfeinrichtung (5) zur Messung des Kontaktwiderstandes angeschlossen, ein Schaltvorgang ausgelöst, von der Prüfeinrichtung kurzzeitig ein Strom von 100 bis 200 A eingespeist und Strom und Spannung über dem Kontakt durch eine integrierte Meßeinrichtung erfaßt, und so der zeitliche Verlauf des Kontaktwiderstandes während des Schaltvorganges ermittelt wird, wobei das gemessene Profil mit einer in den Meß- und Prozeßrechner (1) geladenen und für den Prüfling charakteristischen Sollkurve verglichen wird und wobei aus Abweichungen zwischen der Sollkurve und der Meßkurve Informationen über den Betriebszustand des Abbrandkontaktes abgeleitet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei an den zu prüfenden Leistungsschalter (4) eine Einrichtung (6) zur Überprüfung der Schaltbewegung angeschlossen wird, ein Schaltvorgang ausgelöst wird und die Schaltzeit von Haupt- und Hilfskontakten gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zeitliche Bewegungsablauf gemessen und mit einer in den Meß- und Prozeßrechner (1) geladenen, für den Prüfling charakteristischen Sollkurve verglichen wird und aus Abweichungen zwischen der Sollkurve und der Meßkurve Informationen über die Abnutzung des Antriebssystems und der Dämpfung abgeleitet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine vorgeschriebene Mindestauslösespannung kontrolliert wird, indem an den zu prüfenden Leistungsschalter (4) für einen Prüfzeitraum von weniger als 1 Sekunde eine Prüfspannung angelegt wird und der Prüfvorgang mit einer schrittweise um vorgegebene Beträge erhöhten Prüfspannung wiederholt wird, bis der Schaltvorgang ausgelöst wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an den zu prüfenden Leistungsschalter (4) eine Meßeinrichtung (7) für einen Gascheck des Löschgases angeschlossen und mit dieser die Temperatur und der Betriebsdruck des Löschgases gemessen und die Gasdichte sowie die aktuellen Schwellwerte der Löschgas-Warnmeldungen mit Hilfe der im Rechner hinterlegten Dichtefunktion ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Energieinhalt eines Druckgasspeichers oder eines Federspeichers des Leistungsschalters (4) kontrolliert und die Meßwerte dem Meß- und Prozeßrechner (1) durch eine angeschlossene Meßeinrichtung zugeführt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei dem Meß- und Prozeßrechner (1) während des Prüfvorganges Stellungsmeldungen sowie Stör- und Warnmeldungen durch einen Datentransfer über den Diagnosestecker (2) zugeführt werden.
9. Meß- und Prüfeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
einem Meß- und Prozeßrechner (1), der über einen Diagnosestecker (2) an die Steuerung (3) eines zu prüfenden Leistungsschalters (4) anschließbar ist und Schnittstellen für Meßeinrichtungen aufweist,
einem Rechner (8), der einen Datenspeicher sowie Ein- und Ausgabevorrichtungen aufweist und an den Meß- und Prozeßrechner (1) angeschlossen ist,
einem Meß- und Prüfsatz aus mehreren Einrichtungen (5, 6, 7), die zu Prüfzwecken an den Leistungsschalter (4) anschließbar und über die Schnittstellen mit dem Meß- und Prozeßrechner (1) verbunden sind, und
einem im Meß- und Prozeßrechner installierten Rechnerprogramm zur Auswertung eingegebener und gemessener Daten sowie zur benutzergeführten Abarbeitung eines Instandhaltungsprogramms.
10. Meß- und Prüfeinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Meß- und Prüfsatz eine an die Klemmen des zu prüfenden Leistungsschalters anschließbare Prüfeinrichtung (5) zur Messung des Kontaktwiderstandes umfaßt, die einen Stromkreis mit Batterie und mit einer Einrichtung zur Messung der an den Klemmen anliegenden Spannung sowie des Stromflusses aufweist.
11. Meß- und Prüfeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Meß- und Prüfsatz eine Einrichtung (6) zur Überprüfung der Schaltbewegung des Leistungsschalters und/oder eine Einrichtung (7) für einen Gascheck des Löschgases mit Temperatur- und Druckmeßeinrichtungen umfaßt.
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