EP3662490A1 - Elektrisches gerät zum anschluss an ein hochspannungsnetz und verfahren zur fehlererkennung eines bauteils des elektrischen geräts - Google Patents

Elektrisches gerät zum anschluss an ein hochspannungsnetz und verfahren zur fehlererkennung eines bauteils des elektrischen geräts

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Publication number
EP3662490A1
EP3662490A1 EP18779247.8A EP18779247A EP3662490A1 EP 3662490 A1 EP3662490 A1 EP 3662490A1 EP 18779247 A EP18779247 A EP 18779247A EP 3662490 A1 EP3662490 A1 EP 3662490A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrical device
resolved
values
pump
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP18779247.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Berthold Sedlmaier
Aime Mbuy
Christian Schüssel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3662490A1 publication Critical patent/EP3662490A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0094—Recorders on the vehicle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/12—Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/40—Structural association with built-in electric component, e.g. fuse
    • H01F27/402—Association of measuring or protective means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption

Definitions

  • Electrical device for connection to a high-voltage network and method for fault detection of a component of the electrical device
  • the invention relates to an electrical device for connection to a high-voltage network with a fluid-tight tank, which is filled with an insulating fluid and in which a core wound by a winding core is arranged, a cooling unit, which is connected to the tank, and a pump for circulating the Insulating fluid of the tank via the cooling unit.
  • the invention further relates to a method for monitoring a component.
  • transformers are provided for connection to a high-voltage network.
  • a transformer when designed for high performance, has a fluid-tight tank filled with insulating fluid.
  • an active part is angeord ⁇ net, which consists of a core and windings, each enclose a leg of the core.
  • the insulating fluid is, for example, a mineral oil and serves to isolate the active part, which is in operation at a high voltage potential ⁇ tial.
  • the insulating fluid is used to cool the active part.
  • the insulating fluid is circulated by a pump via a cooling unit, which is connected via pipes to the tank.
  • the pump is exposed to a wear process. Damage may occur especially in the ball bearing of the pump. If the pump fails, the cooling of the transformer will fail as well. The transformer must therefore be switched off, so that the power supply for the transformer downstream consumer is interrupted. However, this is highly undesirable.
  • the pump is currently being replaced in predetermined maintenance ⁇ cycles. In particular, in a rail transformer defined maintenance cycles are prescribed in which the various components of the train in the depot of Bahnbetrei ⁇ bers serviced and possibly replaced. Although the replacement of the pump takes place before the end of the maximum life specified by the manufacturer, but not depending on the actual state of the respective pump.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical device and a method of the type mentioned, with which an unnecessary replacement of a pump is avoided.
  • the invention solves this object on the basis of the above-mentioned electrical device by a measuring sensor for detecting the vibrations of the pump, providing time-resolved vibration measured values and a protective unit connected to the measuring sensor, which is set up to receive and convert the time-resolved vibration measured values into frequency-resolved vibration values wherein the protection unit checks the frequency-resolved vibration values for the presence of an error criterion by means of a predetermined logic and is set up when an error criterion is established for producing a warning signal.
  • the invention solves this problem by a method in which vibrations of the component to be monitored are detected while obtaining time-resolved vibration measured values and transmitted to a protective unit of the electrical device, which
  • Protection unit converts the time-resolved vibration measurement values in fre ⁇ quenzaufgrassgrasse vibration levels and with the aid of a Logic the frequency resolved vibration values are examined for the Vorlie ⁇ conditions of an error criterion out, the protection unit triggers a warning ⁇ signal in the presence of an error criterion.
  • the vibrations of a pump or another component of an electrical device are detected by a measuring sensor, which provides time-resolved measurement signals on the output side. These time-resolved measurement signals are converted into frequency-resolved measurement signals. This is done in ⁇ example by a well-known to those skilled Fourier transform. The resulting in this way vibration spectra represent a so-called fingerprint of the pump or the component, from which the respective status of the pump can be derived.
  • the protection unit provided according to the invention has a logic by means of which it can be determined whether an error exists.
  • the logic of the protection unit has examples play as knowledge of the frequencies both respects ⁇ Lich their position as regards their intensities, resulting in an error-free pump. If the measured spectrum corresponds to the previously known spectrum at least within predefined tolerance values, the protection unit assumes that a repair or possibly an exchange of the pump is unnecessary. However occur, for example additional Fre ⁇ frequencies on or changes the identity of the vibrations compared with the fault-free state of the pump, the logic includes the presence of an error. It can also indicate what kind of errors it is.
  • the logic for instance has a software module which accesses a memory unit on the comparison data in Ge ⁇ Stalt of prior art vibration spectra or the like are stored.
  • the measurement sensor requires the measurement sensor only a slight Vo ⁇ volume so that it can also be used in applications with limited installation space.
  • the measuring sensor can reduce the vibration in the Scope of the invention basically detect any.
  • a simple microphone in the invention is sufficient to measure the vibrations in this case via sound waves.
  • the measuring sensor is connected directly to the protection unit and set up to detect structure-borne sound. This allows a more compact design.
  • the vibrations of the component are detected directly, ie without the interposition of an air layer. This increases the accuracy of the measurement .
  • the measuring sensor is an acceleration sensor which is fastened to the pump.
  • the measuring sensor is adhesively attached on a Au ⁇ tgephaseuse the pump or of the component.
  • multiple measurement sensors or acceleration sensors can be used at different locations on the pump or component.
  • the measuring sensor is a piezoelectric element. Piezo elements are particularly compact and inexpensive available on the market.
  • the electrical device is a traction transformer.
  • Track transformers are used in rail vehicles to convert the supply voltage provided by the contact wire. Due to a limited installation space track transformers must be designed as compact as possible. In addition, train ⁇ transformers are easily possible to carry out in order not to burden nenindi more weight to the rail than necessary.
  • the traction transformer can be supplemented by a measuring sensor without the traction transformer tor exceeds the permissible size or a maximum weight.
  • the measuring sensor according to the invention is small and can be mounted directly on the pump or another component of the web transformer.
  • the time-resolved vibration measurement values or the frequency-resolved vibration ⁇ are values over a wireless connection to a cloud server transmitted, wherein the cloud server additionally integrated to safety guards by means of a prior-art logic, the received data on the existence of a spring criterion out checked and in the presence of an error criterion, a cloud warning he testifies ⁇ .
  • a parallel calculation is carried out in a so-called cloud, that is to say a server which is supplied with the corresponding measurement data via a wireless connection.
  • the cloud server will come with the data stored on it logic to the same result as the protective unit of electrical ⁇ rule device.
  • the protection unit waits for the receipt of a warning signal from the cloud server before a warning signal is issued.
  • the double test increases the reliability of the method according to the invention.
  • the frequency-resolved vibration ⁇ values for the presence of several error criteria are examined, which are each associated with a particular security level.
  • the obtained frequency-resolved spectra represent a so-called fingerprint of the respective pump. For example, if a ball of the ball bearing of the pump is damaged, this fault has a characteristic fingerprint. For example, additional frequencies arise. Other frequencies have, for example, an increased intensity.
  • the respective logic therefore checks whether the spectrum obtained by the measurement resembles a spectrum which is based on a previously known error. This error ler is assigned to a specific hazard category.
  • an error category is assigned, which generates a warning signal on a display unit, for example, on the transformer, the electrical device or a railway vehicle is fixed, a yellow light signal he testifies ⁇ .
  • a serious error that should lead, for example in the next few hours or days to failure of the pump or the component, then a
  • a warning signal is generated which triggers a red light on the display element.
  • the staff can thus conclude on the basis of the displayed Sig ⁇ nals on the seriousness of the error.
  • the warning signal is transmitted to a display unit which is set up for the optical representation of the respective error.
  • Figure 1 shows an embodiment of the electrical device 1 according to the invention, which is executed in theticiansbei ⁇ game shown as a web transformer 1.
  • the rail transport Formator 1 has a tank 2, which is configured fluid-tight and in which a not visible in the figure Ak ⁇ tivteil is arranged.
  • the active part has a core with a leg, which is enclosed by two concentrically arranged windings. The radially outer high-voltage winding is electrically connected to input feedthroughs 3, while the inner winding is connected to two output feedthroughs 4.
  • the tank 2 with an insulating fluid is - here an insulating liquid, such as Esteröl- filled.
  • a cooling unit 5 which is connected via pipes 6 and 7 to the tank 2.
  • a pump 8 serves to circulate the insulating fluid through the cooling unit 5.
  • a measuring sensor 9 which is designed in the embodiment shown as a piezoelectric element.
  • the piezoelectric element 9 is glued directly onto the housing of the pump 8 and set up for detecting the structure-borne noise of the pump 8. Via a signal line, not shown, the piezoelectric element 9 is connected on the output side to a protective unit 10, which is equipped with a display element 11 in the form of a yellow and red lighting unit.
  • the piezoelectric element 9 provides on the output side time-resolved vibration measurement values which are transmitted to the protection unit 10.
  • the protection unit 10 performs a Fourier transformation of the received data, generating frequency-triggered vibration values.
  • the representation of the intensity of the vibrations as a function of their frequencies is referred to here as a vibration spectrum.
  • the detected vibration spectrum is dependent on the respective state of the pump 8. In other words, each state of the pump 8 has a so-called fingerprint in the form of a rule charac ⁇ vibration spectrum in the train.
  • a stored in the safety guards ⁇ integrated logic for example, a software that has supply resorted to a data area in which spectra of pumps with known errors are stored. The logic compares the measured vibration spectrum with the previously known spectra.
  • FIG. 2 shows a schematic sequence of the invention shown SEN process, in particular in a first step, a data acquisition 11 by the measurement sensor 9 illustrates. A band-pass filter is set ⁇ Then, in a step 13, the vibrations produced by a fault-free pump 8 filtered out. In step 14, the measured vibration spectra by means of the aforementioned logic wakes up the existence of an error criterion out over ⁇ , wherein the error is assigned a security level.
  • a corresponding warning signal 15 is generated, which triggers the illumination of a yellow lighting unit 16 in the display 11.
  • a warning signal 17 is generated which generates a red signal light 18, whereupon the driver or the maintenance personnel can bring about the immediate replacement of the pump.
  • FIG. 3 shows typical vibration spectra, with the frequency in kHz on the respective X axis and the intensity in arbitrary units, in English arbitrary units (au), plotted on the respective Y axis.
  • 3 shows a vibration spectrum of a faultless pump. With the dashed line 19, the line of action of the bandpass filter is clarified, which suppresses the lower frequencies for the subsequent evaluation.
  • the diagram on the top right shows a vibration spectrum that corresponds to a pump with faulty balls in its bearing. Therefore, in the Comparison with the spectrum on the top left shows additional vibrations to the right of the characteristic curve.
  • the vibration spectrum shown on the bottom left corresponds to a fault of the inner bearing collar, whereby the vibration spectrum shown on the bottom right corresponds to a failure of the outer bearing collar.
  • the two spectra shown below, is associated with a higher security level than a Feh ⁇ ler, which leads to the spectrum above the right.

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Abstract

Um ein Elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem fluiddichten Tank, der mit einem Isolierfluid befüllt und in dem ein abschnittsweise von einer Wicklung umschlossener Kern angeordnet ist, einer Kühleinheit, die mit dem Tank verbunden ist, und einer Pumpe zum Umwälzen des Isolierfluids des Tanks über die Kühleinheit zu schaffen, wobei die Schutzeinheit eine die frequenzaufgelösten Vibrationswerte mit Hilfe einer zuvor festgelegten Logik auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin untersucht und bei Feststellung eines Fehlerkriteriums zum Erzeugen eines Warnsignals eingerichtet ist., wird vorgeschlagen, dass ein Messsen- sor zum Erfassen der Vibrationen der Pumpe unter Bereitstellung von zeitaufgelösten Vibrationsmesswerten und einer mit dem Messsensor verbundenen Schutzeinheit, die zum Empfangen und zum Umwandeln der zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte in frequenzaufgelöste Vibrationswerte eingerichtet ist.

Description

Beschreibung
Elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz und Verfahren zur Fehlererkennung eines Bauteils des elektrischen Geräts
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz mit einem fluiddichten Tank, der mit einem Isolierfluid befüllt und in dem ein abschnittsweise von einer Wicklung umschlossener Kern angeordnet ist, einer Kühleinheit, die mit dem Tank verbunden ist, und einer Pumpe zum Umwälzen des Isolierfluids des Tanks über die Kühleinheit.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen eines Bauteils.
Ein solches elektrisches Gerät ist dem Fachmann aus der stän¬ digen Praxis bekannt. So sind beispielsweise Transformatoren zum Anschluss an ein Hochspannungsnetz vorgesehen. Ein Trans- formator verfügt, wenn er für hohe Leistungen ausgelegt ist, über einen fluiddichten Tank, der mit einem Isolierfluid befüllt ist. Innerhalb des Tanks ist ein Aktivteil angeord¬ net, das aus einem Kern und Wicklungen besteht, die jeweils einen Schenkel des Kerns umschließen. Das Isolierfluid ist beispielsweise ein mineralisches Öl und dient zur Isolierung des Aktivteils, das bei Betrieb auf einem Hochspannungspoten¬ tial liegt. Darüber hinaus dient das Isolierfluid der Kühlung des Aktivteils. Hierzu wird das Isolierfluid von einer Pumpe über eine Kühleinheit umgewälzt, die über Rohrleitungen mit dem Tank verbunden ist.
Im Laufe der Betriebszeit ist die Pumpe einem Verschleißpro- zess ausgesetzt. Schäden können insbesondere beim Kugellager der Pumpe auftreten. Bei Ausfall der Pumpe fällt die Kühlung des Transformators ebenso aus. Der Transformator muss daher abgeschaltet werden, so dass die Energieversorgung für die dem Transformator nachgeschalteten Verbraucher unterbrochen ist. Dies ist jedoch im höchsten Maße unerwünscht. Um einen solchen Ausfall des elektrischen Geräts zu vermeiden, wird derzeit die Pumpe in zuvor festgelegten Wartungs¬ zyklen ausgetauscht. Insbesondere bei einem Bahntransformator sind definierte Wartungszyklen vorgeschrieben, in denen die verschiedenen Komponenten des Zugs im Depot des Bahnbetrei¬ bers gleichzeitig gewartet und ggf. ausgetauscht werden. Der Austausch der Pumpe erfolgt damit zwar vor dem Ende der vom Hersteller angegebenen maximalen Lebensdauer, jedoch nicht in Abhängigkeit des tatsächlichen Zustands der jeweiligen Pumpe. Während des Betriebs der Pumpe erfolgt bislang keine Überprü¬ fung dahin, in welchem Zustand sich die Pumpe tatsächlich befindet und wie lange ihre Lebensdauer noch sein könnte. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisches Gerät und ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen ein unnötiger Austausch einer Pumpe vermieden wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten elektrischen Gerät durch einen Messsensor zum Erfassen der Vibrationen der Pumpe unter Bereitstellung von zeitaufgelösten Vibrationsmesswerten und eine mit dem Messsensor verbundenen Schutzeinheit, die zum Empfangen und zum Umwandeln der zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte in fre- quenzaufgelöste Vibrationswerte eingerichtet ist, wobei die Schutzeinheit die frequenzaufgelösten Vibrationswerte mit Hilfe einer zuvor festgelegten Logik auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin untersucht und bei Feststellung eines Fehlerkriteriums zum Erzeugen eines Warnsignals eingerichtet ist.
Ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren löst die Erfindung diese Aufgabe durch ein Verfahren, bei dem Vibrationen des zu überwachenden Bauteils unter Gewinnung von zeit- aufgelösten Vibrationsmesswerten erfasst und an eine Schutzeinheit des elektrischen Geräts übertragen werden, die
Schutzeinheit die zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte in fre¬ quenzaufgelöste Vibrationswerte umwandelt und mit Hilfe einer Logik die frequenzaufgelösten Vibrationswerte auf das Vorlie¬ gen eines Fehlerkriteriums hin untersucht werden, wobei die Schutzeinheit bei Vorliegen eines Fehlerkriteriums ein Warn¬ signal auslöst.
Erfindungsgemäß werden die Vibrationen einer Pumpe oder eines anderen Bauteils eines elektrischen Geräts durch einen Messsensor erfasst, der ausgangsseitig zeitaufgelöste Messsignale bereitstellt. Diese zeitaufgelösten Messsignale werden in frequenzaufgelöste Messsignale umgewandelt. Dies erfolgt bei¬ spielsweise durch eine dem Fachmann bekannte Fourier- Transformation. Die sich auf diese Weise ergebenden Vibrationsspektren stellen einen sogenannten Fingerprint der Pumpe oder des Bauteils dar, aus welchem der jeweilige Status der Pumpe abgeleitet werden kann.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Schutzeinheit verfügt über eine Logik, anhand derer festgestellt werden kann, ob ein Fehler vorliegt. Die Logik der Schutzeinheit verfügt bei- spielsweise über Kenntnisse der Frequenzen sowohl hinsicht¬ lich ihrer Lage als auch hinsichtlich ihrer Intensitäten, die sich bei einer fehlerfreien Pumpe ergeben. Entspricht das gemessene Spektrum dem vorbekannten Spektrum zumindest innerhalb vordefinierter Toleranzwerte, geht die Schutzeinheit da- von aus, dass eine Reparatur oder ggf. ein Austausch der Pumpe unnötig ist. Treten jedoch beispielsweise zusätzliche Fre¬ quenzen auf oder ändert sich die Identität der Vibrationen gegenüber dem fehlerfreien Zustand der Pumpe, schließt die Logik auf das Vorliegen eines Fehlers. Sie kann darüber hin- aus angeben, um welche Art von Fehlern es sich handelt. Die Logik verfügt beispielsweise über ein Softwaremodul, das auf eine Speichereinheit zugreift, auf der Vergleichsdaten in Ge¬ stalt von vorbekannten Vibrationsspektren oder dergleichen abgelegt sind.
Erfindungsgemäß benötigt der Messsensor ein nur geringes Vo¬ lumen, so dass er auch bei Anwendungen mit begrenztem Bauraum verwendet werden kann. Der Messsensor kann die Vibrationen im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig erfassen. So ist beispielsweise auch ein einfaches Mikrofon im Rahmen der Erfindung ausreichend, um die Vibrationen in diesem Fall über Schallwellen zu messen.
Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist der Messsensor jedoch direkt mit der Schutzeinheit verbunden und zum Erfassen von Körperschall eingerichtet. Dies ermöglicht einen noch kompakteren Aufbau. Darüber hinaus werden die Vibratio- nen des Bauteils direkt - also ohne Zwischenschaltung einer Luftschicht - erfasst. Dies erhöht die Genauigkeit der Mes¬ sung. Darüber hinaus ist es möglich, kompakte Sensoren einzusetzen, die auf kleinstem Raum die notwendige Messgenauigkeit bereitstellen .
Gemäß einer diesbezüglich zweckmäßigen Weiterentwicklung ist der Messsensor ein Beschleunigungssensor, der an der Pumpe befestigt ist. Beispielsweise ist der Messsensor an einem Au¬ ßengehäuse der Pumpe oder des Bauteils adhäsiv befestigt. Auch können mehrere Messsensoren oder Beschleunigungssensoren an unterschiedlichen Stellen an der Pumpe oder des Bauteils eingesetzt werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung dieser Variante ist der Mess- sensor ein Piezoelement . Piezoelemente sind besonders kompakt und kostengünstig am Markt erhältlich.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das elektrische Gerät ein Bahntransformator. Bahntransformatoren werden bei Schienenfahrzeugen zur Umwandlung der vom Fahrdraht bereitgestellten Versorgungsspannung eingesetzt. Aufgrund eines begrenzten Bauraums müssen Bahntransformatoren möglichst kompakt ausgebildet sein. Darüber hinaus sind Bahn¬ transformatoren möglichst leicht auszuführen, um dem Schie- nenfahrzeug nicht mehr Gewicht als nötig aufzubürden.
Im Rahmen der Erfindung kann der Bahntransformator durch einen Messsensor ergänzt werden, ohne dass der Bahntransforma- tor dadurch die zulässige Baugröße oder ein Maximalgewicht überschreitet. Der erfindungsgemäße Messsensor ist klein und kann direkt an der Pumpe oder einem anderen Bauteil des Bahntransformators angebracht werden.
Bei einer Variante des Verfahrens werden die zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte oder die frequenzaufgelösten Vibrations¬ werte über eine kabellose Verbindung an einen Cloud-Server übertragen, wobei der Cloud-Server zusätzlich zur Schutzein- heit mit Hilfe einer vorbekannten Logik die empfangenen Daten auf das Vorliegen eines Federkriteriums hin überprüft und bei Vorliegen eines Fehlerkriteriums ein Cloud-Warnsignal er¬ zeugt. Gemäß dieser vorteilhaften Weiterentwicklung wird eine parallele Berechnung in einer sogenannten Cloud, also einem Server, der über eine kabellose Verbindung mit den entsprechenden Messdaten versorgt wird, durchgeführt. In der Regel wird der Cloud-Server mit der auf ihn abgelegten Logik zum gleichen Ergebnis kommen, wie die Schutzeinheit des elektri¬ schen Geräts. Insbesondere bei Fehlern, die kein schnelles Abschalten der Pumpe oder des Bauteils erforderlich machen, kann daher auf das Eintreffen des Cloud-Ergebnisses gewartet werden. Hierzu wartet die Schutzeinheit auf den Empfang eines Warnsignals vom Cloudserver, bevor ein Warnsignal abgesetzt wird. Die doppelte Prüfung erhöht die Zuverlässigkeit des er- findungsgemäßen Verfahrens.
Vorteilhafterweise werden die frequenzaufgelösten Vibrations¬ werte auf das Vorliegen mehrerer Fehlerkriterien hin untersucht, die jeweils einer bestimmten Gefahrenstufe zugeordnet sind. Wie bereits ausgeführt wurde, stellen die erhaltenen frequenzaufgelösten Spektren einen sogenannten Fingerprint der jeweiligen Pumpe dar. Ist beispielsweise eine Kugel des Kugellagers der Pumpe beschädigt, weist dieser Fehler einen charakteristischen Fingerprint auf. Beispielsweise entstehen zusätzliche Frequenzen. Andere Frequenzen weisen z.B. eine erhöhte Intensität auf. Die jeweilige Logik prüft daher, ob das durch die Messung erhaltene Spektrum einem Spektrum ähnelt, dem ein vorbekannter Fehler zugrundeliegt. Dieser Feh- ler ist einer bestimmten Gefahrenkategorie zugeordnet. Ist beispielsweise der Fehler ein leichter Fehler, der den Betrieb der Pumpe nicht so beeinträchtigt, dass sie sofort ab¬ geschaltet werden muss, wird eine Fehlerkategorie zugeordnet, die ein Warnsignal erzeugt, das bei einer Anzeigeeinheit, die beispielsweise am Transformator, am elektrischen Gerät oder einem Bahnfahrzeug befestigt ist, ein gelbes Lichtsignal er¬ zeugt. Liegt jedoch ein ernsthafter Fehler vor, der beispielsweise in den nächsten Stunden oder Tagen zum Ausfall der Pumpe oder des Bauteils führen sollte, dann wird ein
Warnsignal erzeugt, das beim Anzeigeelement ein rotes Licht auslöst. Das Personal kann somit anhand des angezeigten Sig¬ nals auf die Ernsthaftigkeit des Fehlers schließen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Warnsignal an eine Anzeigeeinheit übertragen, die zur optischen Darstellung des jeweiligen Fehlers eingerichtet ist.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin- dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichlautende Bauteile verweisen und wobei eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei¬ spiels des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts, eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und charakteristische Vibrationsspektren verdeutlichen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät erhalten werden .
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts 1, das in dem gezeigten Ausführungsbei¬ spiel als Bahntransformator 1 ausgeführt ist. Der Bahntrans- formator 1 verfügt über einen Tank 2, der fluiddicht ausgestaltet ist und in dem ein in der Figur nicht sichtbares Ak¬ tivteil angeordnet ist. Das Aktivteil verfügt über einen Kern mit einem Schenkel, der von zwei konzentrisch zueinander an- geordneten Wicklungen umschlossen ist. Die radial außenliegende Oberspannungswicklung ist elektrisch mit Eingangsdurchführungen 3 verbunden, während die innenliegende Wicklung an zwei Ausgangsdurchführungen 4 angeschlossen ist. Zur Isolation des beim Betrieb des Transformators 1 auf einem Hochspan- nungspotential liegenden Aktivteils gegenüber dem auf Erdpo¬ tential liegenden Tank 2 ist der Tank 2 mit einem Isolier- fluid - hier einer Isolierflüssigkeit, wie Esteröl- befüllt. Zur Kühlung dient eine Kühleinheit 5, die über Rohrleitungen 6 und 7 mit dem Tank 2 verbunden ist. Eine Pumpe 8 dient zum Umwälzen des Isolierfluids über die Kühleinheit 5.
Zur Überwachung des Zustands der Pumpe 8 ist diese mit einem Messsensor 9 ausgerüstet, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Piezoelement ausgeführt ist. Das Piezoelement 9 ist direkt auf das Gehäuse der Pumpe 8 aufgeklebt und zum Er¬ fassen des Körperschalls der Pumpe 8 eingerichtet. Über eine nicht gezeigte Signalleitung ist das Piezoelement 9 ausgangs- seitig mit einer Schutzeinheit 10 verbunden, die mit einem Anzeigeelement 11 in Gestalt einer gelben und roten Leucht- einheit ausgerüstet ist.
Dabei stellt das Piezoelement 9 ausgangsseitig zeitaufgelöste Vibrationsmesswerte bereit, die an die Schutzeinheit 10 über¬ tragen werden. Die Schutzeinheit 10 führt eine Fourier- Transformation der empfangenen Daten durch, wobei frequenzausgelöste Vibrationswerte erzeugt werden. Die Darstellung der Intensität der Vibrationen in Abhängigkeit ihrer Frequenzen wird hier als Vibrationsspektrum bezeichnet. Das erfasste Vibrationsspektrum ist von dem jeweiligen Zustand der Pumpe 8 abhängig. Mit anderen Worten hat jeder Zustand der Pumpe 8 einen sogenannten Fingerprint in Gestalt eines charakteristi¬ schen Vibrationsspektrums im Gefolge. Eine in der Schutzein¬ heit abgelegte Logik, beispielsweise eine Software, hat Zu- griff auf einen Datenbereich, in dem Spektren von Pumpen mit vorbekannten Fehlern abgelegt sind. Die Logik vergleicht das gemessene Vibrationsspektrum mit den vorbekannten Spektren. Stimmt das gemessene Spektrum mit dem zuvor festgelegten Ver- gleichsspektrum überein, wird auf einen diesem Vergleichsspektrum zugrundeliegenden Zustand der Pumpe 8 geschlossen. Bei dem Vergleich werden übliche Toleranzen zur Anwendung gebracht . Figur 2 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens, insbesondere ist in einem ersten Schritt eine Messwerterfassung 11 durch den Messsensor 9 verdeutlicht. Anschließend wird in einem Schritt 13 ein Bandpassfilter einge¬ setzt, der Vibrationen, die von einer fehlerfreien Pumpe 8 erzeugt werden, herausgefiltert. Im Arbeitsschritt 14 werden die gemessenen Vibrationsspektren mit Hilfe der zuvor erwähnten Logik auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin über¬ wacht, wobei dem Fehler eine Gefahrenstufe zugeordnet wird. Bei einem weniger schwerwiegenden Fehler, der einen soforti- gen Austausch noch nicht erforderlich macht, wird ein entsprechendes Warnsignal 15 erzeugt, das bei der Anzeige 11 das Leuchten einer gelben Leuchteinheit 16 auslöst. Bei einem schwerwiegenden Fehler wird ein Warnsignal 17 erzeugt, das ein rotes Signallicht 18 erzeugt, woraufhin der Zugführer oder das Wartungspersonal den sofortigen Austausch der Pumpe herbeiführen kann.
Figur 3 zeigt typische Vibrationsspektren, wobei auf der jeweiligen X-Achse die Frequenz in kHz und auf der jeweiligen Y-Achse die Intensität in willkürlichen Einheiten, auf Englisch arbitrary units (a.u.), abgetragen sind. In dem oben links dargestellten Diagramm der Figur 3 ist ein Vibrationsspektrum einer fehlerfreien Pumpe gezeigt. Mit der gestrichelten Linie 19 ist die Wirkungslinie des Bandpassfilters verdeutlicht, welcher die kleineren Frequenzen für die nachfolgende Auswerteeinheit unterdrückt. Im Diagramm oben rechts ist ein Vibrationsspektrum dargestellt, das einer Pumpe mit fehlerhaften Kugeln ihres Lagers entspricht. Daher sind im Vergleich mit dem Spektrum oben links zusätzliche Schwingungen rechts von der genannten Kennlinie erkennbar.
Das unten links dargestellte Vibrationsspektrum entspricht einem Fehler des inneren Lagerkranzes, wobei das unten rechts dargestellte Vibrationsspektrum einem Fehler des äußeren Lagerkranzes entspricht. Den beiden unten dargestellten Spektren ist eine höhere Gefahrenstufe zugeordnet als einem Feh¬ ler, der zu dem Spektrum oben rechts führt.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches Gerät (1) zum Anschluss an ein Hochspannungs¬ netz mit
- einem fluiddichten Tank (2) , der mit einem Isolierfluid befüllt und in dem ein abschnittsweise von einer Wicklung umschlossener Kern angeordnet ist,
- einer Kühleinheit (5), die mit dem Tank (2) verbunden ist, und
- einer Pumpe (8) zum Umwälzen des Isolierfluids des Tanks (2) über die Kühleinheit (5),
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h,
einen Messsensor (9) zum Erfassen der Vibrationen der Pumpe (8) unter Bereitstellung von zeitaufgelösten Vibrationsmess- werten und eine mit dem Messsensor (9) verbundene Schutzeinheit (10), die zum Empfangen und zum Umwandeln der zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte in frequenzaufgelöste Vibrations¬ werte eingerichtet ist, wobei die Schutzeinheit (10) die fre¬ quenzaufgelösten Vibrationswerte mit Hilfe einer zuvor fest- gelegten Logik auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin untersucht und bei Feststellung eines Fehlerkriteriums zum Erzeugen eines Warnsignals eingerichtet ist.
2. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1,
g e k e n n z e i c h n et d u r c h ,
eine Anzeigeeinheit, die mit der Schutzeinheit (10) verbunden ist .
3. Elektrisches Gerät (1) nach Anspruch 1 oder ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
der Messsensor ein Beschleunigungssensor (9) ist, der an der Pumpe (8) befestigt ist.
4. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
der Messsensor ein Piezoelement (9) ist.
5. Elektrisches Gerät (1) nach einem der vorgehenden Ansprü¬ che,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
das elektrische Gerät ein Bahntransformator ist.
6. Verfahren zum Erkennen eines Fehlers eines Bauteils (9) eines elektrischen Geräts (1), bei dem Vibrationen des zu überwachenden Bauteils (8) unter Gewinnung von zeitaufgelösten Vibrationsmesswerten erfasst und an eine Schutzeinheit (10) des elektrischen Geräts (1) übertragen werden, die
Schutzeinheit (10) die zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte in frequenzaufgelöste Vibrationswerte umwandelt und mit Hilfe einer Logik die frequenzaufgelösten Vibrationswerte auf das Vorliegen eines Fehlerkriteriums hin untersucht werden, wobei die Schutzeinheit (10) bei Vorliegen eines Fehlerkriteriums ein Warnsignal auslöst.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
die zeitaufgelösten Vibrationsmesswerte oder die frequenzauf¬ gelösten Vibrationswerte über eine kabellose Verbindung an einen Cloud-Server übertragen werden, wobei der Cloud-Server zusätzlich zur Auswerteeinheit mit Hilfe einer vorbekannten Logik die empfangenen Daten auf das Vorliegen eines Fehler- kriteriums hin überprüft und bei Vorliegen eines Fehlerkrite¬ riums ein Cloud-Warnsignal erzeugt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
das Cloud-Warnsignal zurück an die Schutzeinheit (10) gesen¬ det wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
die frequenzaufgelösten Vibrationswerte auf das Vorliegen mehrerer Fehlerkriterien hin untersucht werden, die jeweils einer bestimmten Gefahrenstufe zugeordnet sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
das Warnsignal an eine Anzeigeeinheit (11) übertragen wird, die zur optischen Darstellung des jeweiligen Fehlers einge- richtet ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
die frequenzaufgelösten Vibrationswerte durch eine Filterein- heit gefiltert werden, in dem diese Vibrationswerte vorbe¬ stimmter Frequenzbereiche unterdrückt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
das Bauteil eine Pumpe (8) ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et , dass
das elektrische Gerät ein Bahntransformator (1) ist.
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