EP4005059A1 - Verfahren zum feststellen unsymmetrischer schwingungen beim betrieb eines an ein hochspannungsnetz angeschlossenen elektrischen geräts - Google Patents

Verfahren zum feststellen unsymmetrischer schwingungen beim betrieb eines an ein hochspannungsnetz angeschlossenen elektrischen geräts

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EP4005059A1
EP4005059A1 EP20746878.6A EP20746878A EP4005059A1 EP 4005059 A1 EP4005059 A1 EP 4005059A1 EP 20746878 A EP20746878 A EP 20746878A EP 4005059 A1 EP4005059 A1 EP 4005059A1
Authority
EP
European Patent Office
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measured values
communication unit
data processing
values
electrical device
Prior art date
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Pending
Application number
EP20746878.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Holger HERTERICH
Franz Klammler
Rüdiger KUTZNER
Harald Mayer
Marc Weber
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4005059A1 publication Critical patent/EP4005059A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y04S10/30—State monitoring, e.g. fault, temperature monitoring, insulator monitoring, corona discharge

Definitions

  • the invention relates to a method for determining unsym metric vibrations when operating an electrical Ge device that is connected to a high-voltage network.
  • GIC Garnier Induced Currents
  • a direct current component results in a magnetic direct flux component in the core of the transformer that is superimposed on the alternating flux. It comes to an asymmetrical control from the magnetic material in the core, which brings a number of disadvantages.
  • a direct current of just a few amperes leads to saturation of the core with magnetic flux. This is associated with a significant increase in core losses (e.g. 20-30%). Heating problems can occur especially with a large GIC. Furthermore, there is an increased noise emission during operation, which is felt to be particularly annoying when the transformer is installed near a living area.
  • the object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned above, with which it can be determined easily, quickly and reliably whether the electrical device oscillates asymmetrically when operating in a high-voltage electrical supply network.
  • the invention solves this problem in that operating noises of the electrical device are recorded with the help of acoustic sensors, which provide measured values on the output side, the measured values and / or the values derived from the measured values are transmitted to a communication device via a short-range communication link , the measured values and / or the values derived from the measured values are transmitted from the communication unit to a data processing cloud via a long-range communication link, the measured values and / or the values derived from the measured values from the data processing cloud by means of a Fourier transformation can be broken down into their frequency components while obtaining a frequency spectrum, even and odd frequency components of the frequency spectrum are determined depending on a basic frequency of the high-voltage supply network and set in a ratio R to each other, on which there are asymmetrical vibrations ngen is closed when the ratio R exceeds a predetermined threshold value.
  • the detection of asymmetrical vibrations has been carried out using complex electrical measurements or acoustic measurement series on the electrical device.
  • the analysis of the measurement data had to be carried out by experts. In other words, the previously known methods entailed high costs.
  • the method according to the invention is not only inexpensive, but can also be easily started without any special specialist knowledge being required. It can therefore be carried out by any user, for example the operator of the electrical device. If asymmetrical vibrations are detected, suitable measures can be taken to suppress them.
  • the electrical device When operating the electrical device, it is connected to a high-voltage network within the scope of the invention.
  • the electrical device is therefore designed for high voltages and for example a transformer, especially a power transformer, or a choke.
  • a transformer or such a choke preferably has a tank filled with an insulating fluid.
  • an active part In the tank, an active part is arranged, which has a magnetizable core and at least one winding. At least one winding is verbun during operation with the AC voltage carrying high voltage network.
  • An ester liquid or a mineral oil, for example, can be used as the insulating fluid.
  • it also serves to cool the components.
  • a direct current component in the electrical device causes an additional odd component in the overall spectrum.
  • the communication unit has at least one analog and at least one digital input.
  • the communication unit can also with current, voltage, temperature or
  • the communication unit has, for example, a main processor and a secondary processor as well as a memory unit in which preprocessed measured values or values derived from them can be stored and processed, e.g. by averaging.
  • the measured values from various sensors can therefore be sent jointly from a communication unit via a long-range communication connection to the data processing cloud.
  • the user of the method according to the invention is, for example, an operator of a power supply network who is responsible for a number of transformers, circuit breakers, capacitor batteries, spark gaps or the like.
  • any sensor that can detect acoustic signals, that is, sound waves, on the input side and can provide electrical signals on the output side as a function of the sound wave amplitude can be used as an electrical sensor.
  • These electrical signals are referred to here as measured values.
  • the electrical signals can be analog electrical signals, for example an electrical current or a voltage, the magnitude of which is the amplitude of the received Sound wave corresponds.
  • the measured values can also be digital values that were generated, for example, by sampling the analog signals, obtaining sampling values and digitizing the sampling values.
  • each sensor is connected to the communication unit via a short range communication link.
  • the short-range communication connection can be a simple cable, for example.
  • the short-range communication connection is, for example, a ZigBee, Bluetooth, wireless, Ambus or WiFi communication connection.
  • the short-range communication link extends a maximum of 100 meters.
  • the connection between the communication unit and the data processing cloud takes place within the scope of the invention via a long-range communication connection.
  • the communication unit has a long-range communication device, such as a cellular module according to the GPRS or UMTS standard.
  • a long-range communication connection preferably an IP-based data connection, with the data processing cloud.
  • a mobile radio service provider or a telecommunications provider can be interposed and the long-range communication connection can be established at least partially via a communications network of this provider and / or at least partially via the Internet. To establish the connection, only very little configuration or parameterization is required.
  • a cloud or data processing cloud should be understood here to mean an arrangement with one or more data storage devices and one or more data processing devices that can be designed to carry out any data processing processes using suitable programming.
  • the data processing devices are generally universal data processing devices, such as servers, which initially have no specific design with regard to their construction and programming. The universal data processing device can only be upgraded to carry out specific functions once it has been programmed.
  • the cloud has several individual components, these are connected to one another in a suitable manner for data communication, for example by a communication network. Any data for data storage and / or processing can be fed to a data processing cloud.
  • the data processing cloud itself makes the stored data and / or the events of the data processing carried out available to other devices, for example computer workstations, laptops, smartphones connected to a data processing cloud.
  • a data processing cloud can, for example, be provided by a data center or several networked data centers. Usually, a data processing cloud is designed spatially remote from the high-voltage devices.
  • the electrical device is designed for operation in the voltage or high-voltage network, i.e. for an operating voltage between 1 kV and 1200 kV, in particular 50 kV and 800 kV.
  • the high-voltage network is preferably an AC voltage network.
  • an electrical device for example a transformer, in particular a power transformer, a choke or the like.
  • the communication unit is a mobile phone.
  • a so-called “smart phone” is particularly suitable as a mobile phone.
  • a smart phone is to be understood here as a powerful mobile phone.
  • Such mobile phones are usually already equipped with a microphone as an acoustic sensor Unit, for example via at least one processor.
  • the entire mobile phone is not used here to carry out the method according to the invention.
  • the mobile phone uses its microphone to record the noises of a transformer and transmit them Readings on its memory unit.
  • a connection to the data processing cloud, to which the measured values are sent individually or averaged, is established at predetermined time intervals.
  • the measured values from several acoustic sensors are transmitted together to the data processing cloud.
  • the measured values can be preprocessed beforehand, for example averaged over a measuring period.
  • the mobile phone advantageously has another communication unit with a memory unit on which the measured values or the values derived from the measured values are stored.
  • the storage unit simplifies the possibly required preprocessing of the measured values.
  • the acoustic signals are preferably recorded at various locations in the vicinity of the electrical device.
  • the user records the noises of the electrical device at different positions or measurement locations with the help of a portable acoustic sensor, for example in front of, next to and behind the electrical device.
  • a mean value based on the measurements carried out.
  • Software preferably guides the user interactively so that the right steps can be carried out at the right time.
  • the acoustic signals are advantageously recorded over a predetermined period of time.
  • the duration is preferably in the range between 10 and 60 seconds for each measurement.
  • the geographical location of the respective communication unit and the electrical device connected to it is determined and transmitted to the data processing cloud by means of an antenna for position determination, which is arranged in the communication unit.
  • the acoustic signals are recorded at different locations (A, B, C, D) in the vicinity of the electrical device.
  • the sensor or sensors are permanently installed in the electrical device.
  • FIG 1 shows an embodiment of the invention
  • Figure 2 illustrate a further embodiment of the inven tion schematically.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the method according to the invention, in which a transformer 1 is shown schematically as an electrical device.
  • the transformer 1 has a tank 2 with an insulating fluid such as one Ester liquid or a mineral oil is filled.
  • a magnetizable core 3, which forms a closed magnetic circuit, is arranged in the tank 2.
  • the legs of the core 3 are each enclosed by two concentrically arranged windings, of which only the outer high-voltage winding 4 can be seen.
  • the windings are connected via bushings 5 to the phases of a high-voltage network carrying alternating voltage.
  • An expansion vessel 6 is used to compensate for temperature-related fluctuations in volume of the insulating fluid in the tank 2 of the
  • a Buchholz relay 7 can be seen in the connecting line between tank 2 and expansion vessel 6.
  • FIG. 1 also shows a portable acoustic sensor 2, shown only schematically, which detects the operating noises of the transformer 1 at four different locations A, B, C and D.
  • the portable sensor 8 is connected to a communication unit 12, here a communication box, via a Bluetooth connection 11 as a short-range communication connection.
  • the communication box 12 is fixedly mounted on the outside of the wall of the tank 2. It has a storage unit on which the measured values supplied by the sensor 8 are stored in a spatially resolved manner.
  • the communication box 12 connects every 2 minutes via a long-range communication connection 13 with a data processing cloud 9 and sends the measured values stored on its hard drive via the long-range communication connection 13 to a data processing cloud 9 bene analysis procedures to detect asymmetrical vibrations.
  • a mobile phone can also be used for sound measurement within the scope of the invention.
  • the mobile phone 8 has software or an “app” which asks the user of the method to measure the noise over a predetermined period of time and then change location in order to carry out the measurement again.
  • a microphone not shown in the figures, is used to measure the noise anyway.
  • the mobile phone 8 stores the time-resolved acoustic signals generated by its microphone on the basis of the measurement after they have been digitized on its memory unit, which is also not shown.
  • the mobile phone then connects to the data processing cloud 9 via the remote connection and transmits the locally stored measured values to the data processing cloud 9.
  • This has software that performs a Fourier transformation of the transmitted measured values. This is followed by the formation of the ratio R already described above.
  • the method according to the invention derives from the size of R whether and, if applicable, to what extent asymmetrical oscillations are present and, if applicable, to what extent the transformer is loaded with a direct current component.
  • the result of the method gives the user certainty about this and can now initiate appropriate countermeasures in order to suppress the direct current component that may have been determined.
  • the data processing cloud can be accessed with a laptop or computer 10 in order to obtain the result of the analysis.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment for implementing the method according to the invention
  • a transformer 1 can again be seen as an electrical device which essentially corresponds to the transformer shown in FIG.
  • the transformer 1 according to FIG. 2 has four sensors 8, which are arranged within the tank 2.
  • Each sensor 8 is connected via a short-range communication link 11, which is again designed as a Bluetooth link, to a communication unit 12, which is shown in the th embodiment is not firmly taken on the transformer 1 fastened. Rather, the communication unit 12 is located in a nearby housing, not shown in the figures, which is set up approximately 20 m away from the transformer 1.
  • the communication unit 12 has four inputs, so that all four sensors 8 are connected to the communication unit 12 at the same time.
  • the noises or sound waves generated during operation of the transformer 1 are detected by the sensors 8, which generate an analog electrical signal, here a current, as a function of the amplitude of the sound waves.
  • the analog signals are sampled and the sampled values obtained from them are digitized. The digitized values are referred to here as measured values.
  • Said measured values are transmitted to the communication unit 12 via the short-range communication link 11.
  • This has a memory unit, not shown in the figures, on which the measured values are stored.
  • the measured values are preprocessed; H.
  • the measured values transmitted every 2 seconds are averaged over a period of 2 minutes and the averaged values are stored on the storage unit.
  • the communication unit 12 establishes a connection with the data processing cloud 9 via a long-range communication connection 13.
  • the measured values or the averaged measured values or values derived from the measured values are transmitted to the data processing cloud 9. This then carries out the examination of the measured values with the aid of suitable software, in other words a Fourier transformation is carried out and the spectrum obtained in this way is examined for the presence of asymmetrical vibrations.
  • the analysis method is described in more detail further above.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen unsymmetrischer Schwingungen beim Betrieb eines elektrischen Geräts (1), das an ein Hochspannungsnetz angeschlossen ist, bei dem - Betriebsgeräusche des elektrischen Geräts (1) mit Hilfe von akustischen Sensoren (8) erfasst werden, die ausgangsseitig Messwerte bereitstellen, - die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleiteten Werte über eine Nahbereichs-Kommunikationsverbindung (11) an eine Kommunikationseinheit (12) übertragen werden, - die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleiteten Werte über eine Fernbereichs- Kommunikationsverbindung (13) von der Kommunikationsein heit (12) an eine Datenverarbeitungs-Cloud (9) übertragen werden, - die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleiteten Werte von der Datenverarbeitungs-Cloud (9) mittels einer Fouriertransformation unter Gewinnung eines Frequenzspektrums in ihre Frequenzanteile zerlegt werden, - in Abhängigkeit einer Grundfrequenz des Hochspannungs- versorgungsnetzes gerade und ungerade Frequenzanteile des Frequenzspektrums ermittelt und in ein Verhältnis R zueinander gesetzt werden, - auf das Vorliegen unsymmetrischer Schwingungen geschlossen wird, wenn das Verhältnis R einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Feststellen unsymmetrischer Schwingungen beim Betrieb eines an ein Hochspannungsnetz angeschlossenen elektrischen Geräts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen unsym metrischer Schwingungen beim Betrieb eines elektrischen Ge räts, das an ein Hochspannungsnetz angeschlossen ist.
Bei elektrischen Transformatoren, wie sie in Energie- Übertragungs- und Verteilungsnetzen eingesetzt werden, kann es zu einer unerwünschten Einspeisung eines Gleichstroms bei spielsweise in die Wicklungen kommen. Auch leistungselektro nische Baukomponenten im Netz, beispielsweise die Ansteuerung elektrischer Antriebe, Umrichter für Flexible AC Transmission Systeme oder die Hochspannungsgleichstromübertragung können für Gleichströme im elektrischen Gerät sorgen. Eine andere Ursache für Gleichstöme können so genannte "Geomagnetically Induced Currents" (im Folgenden auch kurz als GIC bezeichnet) sein .
Ein Gleichstromanteil hat im Kern des Transformators einen magnetischen Gleichfluss-Anteil zur Folge, der sich dem Wech selfluss überlagert. Es kommt zu einer unsymmetrischen Aus steuerung des magnetischen Werkstoffs im Kern was eine Reihe von Nachteilen mit sich bringt. Bereits ein Gleichstrom von wenigen Ampere führt zu einer Sättigung des Kerns mit magne tischem Fluss. Damit verbunden ist eine signifikante Erhöhung der Verluste im Kern (z.B.: 20-30%) . Erwärmungsprobleme kön nen insbesondere bei großem GIC auftreten. Es kommt ferner bei Betrieb zu einer erhöhten Geräuschemission, die insbeson dere dann als besonders störend empfunden wird, wenn der Transformator in der Nähe eines Wohnbereichs installiert ist.
Zur Gleichstrom-Kompensation bzw. Verringerung von Betriebs geräuschen eines Transformators als elektrisches Gerät sind verschiedene aktiv und passiv wirkende Einrichtungen bekannt. Bevor kostenintensive Maßnahmen zur Gleichstromkompensation ergriffen werden, sollte jedoch sicher sein, ob ein solcher Gleichstromanteil überhaupt vorliegt. Es ist bekannt, dass beim Betrieb eines elektrischen Gerät Gleichstromanteile, die in dem elektrischen Gerät fließen, zu unsymmetrischen Schwin dungen des elektrischen Geräts führen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der ein gangs genannten Art zu schaffen, mit dem einfach, schnell und sicher festgestellt werden kann, ob beim Betrieb in einem Hochspannung führenden elektrischen Versorgungsnetz das elektrische Gerät unsymmetrisch schwingt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass Betriebsgeräu sche des elektrischen Geräts mit Hilfe von akustischen Senso ren erfasst werden, die ausgangsseitig Messwerte bereitstel len, die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleite ten Werte über eine Nahbereichs-Kommunikationsverbindung an eine Kommunikationseinrichtung übertragen werden, die Mess werte und/oder die von den Messwerten abgeleiteten Werte über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung von der Kommunika tionseinheit an eine Datenverarbeitungs-Cloud übertragen wer den, die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleite ten Werte von der Datenverarbeitungs-Cloud mittels einer Fou riertransformation unter Gewinnung eines Frequenzspektrums in ihre Frequenzanteile zerlegt werden, in Abhängigkeit einer Grundfrequenz des Hochspannungsversorgungsnetzes gerade und ungerade Frequenzanteile des Frequenzspektrums ermittelt und in ein Verhältnis R zueinander gesetzt werden, auf das Vor liegen unsymmetrischer Schwingungen geschlossen wird, wenn das Verhältnis R einen vorbestimmten Schwellenwert über schreitet .
Erfindungsgemäß kann schnell, einfach und mit hoher Sicher heit festgestellt werden, ob in einem elektrischen Gerät, wie beispielweise einem Leistungstransformator beim Betrieb un symmetrische Schwingungen auftreten. Bisher erfolgte der Nachweis von unsymmetrischen Schwingungen durch aufwändige elektrische Messungen oder akustische Messreihen am elektri schen Gerät. Die Analyse der Messdaten musste durch Experten erfolgen. Mit anderen Worten hatten die vorbekannten Verfah ren hohe Kosten im Gefolge. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hingegen nicht nur kostengünstig, sondern kann darüber hinaus einfach in Gang gesetzt werden, ohne dass ein besonde res Fachwissen erforderlich ist. Es kann daher von beliebigen Nutzern, beispielsweise den Betreibern des elektrischen Ge räts, durchgeführt werden. Werden unsymmetrische Schwingungen nachgewiesen, können geeignete Maßnahmen zu deren Unterdrü ckung ergriffen werden.
Beim Betrieb des elektrischen Geräts ist dieses im Rahmen der Erfindung an ein Hochspannungsnetz angeschlossen. Das elekt rische Gerät ist daher für Hochspannungen ausgelegt und bei spielweise ein Transformator, insbesondere Leistungstransfor mator, oder eine Drossel. Ein solcher Transformator oder eine solche Drossel verfügt bevorzugt über einen mit einem Iso lierfluid befüllten Tank. In dem Tank ist ein Aktivteil ange ordnet, das einen magnetisierbaren Kerne und wenigsten eine Wicklung aufweist. Wenigstens eine Wicklung ist beim Betrieb mit dem Wechselspannung führenden Hochspannungsnetz verbun den. Als Isolierfluid kommt beispielsweise eine Esterflüssig- keit oder ein mineralisches Öl in Betracht. Es dient neben der elektrischen Isolation des Aktivteils gegenüber dem auf Erdpotential liegenden Tank auch zur Kühlung der Bauteile.
Mathematisch kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Nachweis unsymmetrischer Schwingungen, wie folgt beschrieben werden.
SxN sei der Signalwert des Frequenzspektrums in willkürlichen Einheiten, wobei x für gerade (x=g) , ungerade (x=u) oder rau schen (x=n) steht. N ist die Ordnungszahlt des Signals, wobei N=1 der Grundschwingung entspricht und N=2,3,4, ... , Nmax den harmonischen Oberschwingungen. Gerade Frequenzen fgN ergeben sich bei einer Speisespannung von 50 Hz gemäß fgN = 50*2*N. Ungerade Frequenzen ergeben sich nach fUN = 50* (2*N + 1) . Ein Gleichstromanteil im elektrischen Gerät verursacht einen zu sätzlichen ungeraden Anteil am Gesamtspektrum. Setzt man nun die Summe aller ungeraden Anteile am Gesamtspektrum ins Ver hältnis R zu den geraden Anteilen am Gesamtspektrum und über schreitet dieses Verhältnis R eine zuvor festgelegten Schwel lenwert, kann auf das Vorliegen unsymmetrischer Schwingungen geschlossen werden. Die Größe von R zeigt die Auswirkung der unsymmetrischen Schwingungen auf den Kern. Unsymmetrische Schwingungen können auf einen Gleichstromanteil hinweisen, der über das elektrische Gerät fließt.
Die Kommunikationseinheit weist im Rahmen der Erfindung bei spielsweise wenigstens einen analogen und wenigstens einen digitalen Eingang auf. Somit können mehrere Sensoren mit ei ner Kommunikationseinheit verbunden werden. Nicht alle Senso ren müssen akustische Sensoren sein. Die Kommunikationsein heit kann auch mit Strom-, Spannungs-, Temperatur- oder
Druck-Sensoren verbunden sein. Die Kommunikationseinheit ver fügt beispielsweise über einen Haupt- und einen Nebenprozes sor sowie über eine Speichereinheit, in der vorverarbeitete Messwerte oder daraus abgeleitete Werte abgelegt und bearbei tet werden können, z.B. durch Mittelwertbildung. Die Messwer te verschiedener Sensoren können daher gemeinsam von einer Kommunikationseinheit über eine Fernbereichskommunikations verbindung an die Datenverarbeitungs-Cloud gesendet werden.
Der Nutzer des erfindungsgemäßen Verfahrens ist beispielswei se ein Betreiber eines Energieversorgungsnetzes, der für eine Anzahl von Transformatoren, Leistungsschaltern, Kondensator batterien, Funkenstrecken oder dergleichen verantwortlich ist .
Als elektrischer Sensor kommt im Rahmen der Erfindung jeder Sensor in Betracht, der akustische Signale also Schallwellen eingangsseitig erfassen und in Abhängigkeit der Schallwellen amplitude ausgangsseitig elektrische Signale bereitstellen kann. Diese elektrischen Signale werden hier als Messwerte bezeichnet. Die elektrischen Signale können analoge elektri sche Signale, beispielsweise ein elektrischer Strom oder eine Spannung sein, deren Höhe der Amplitude der empfangenen Schallwelle entspricht. Die Messwerte können jedoch im Rahmen der Erfindung auch digitale Werte sein, die z.B. durch Abtas ten der analogen Signale unter Gewinnung von Abtastwerten und digitalisieren der Abtastwerte erzeugt wurden.
Jeder Sensor ist im Rahmen der Erfindung über eine Nahbe- reichskommunikations-Verbindung mit der Kommunikationseinheit verbunden. Die Nahbereichskommunikations-Verbindung kann bei spielsweise ein einfaches Kabel sein. Abweichend davon ist die Nahbereichskommunikations-Verbindung beispielsweise eine ZigBee-, eine Bluetooth-, eine Wireless-, Ambus- oder eine WiFi-Kommunikationsverbindung . Die Nahbereichs- Kommunikationsverbindung erstreckt sich maximal über 100 Me ter .
Die Verbindung zwischen Kommunikationseinheit und Datenverar- beitungs-Cloud erfolgt im Rahmen der Erfindung über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung . Um diese herzustellen, verfügt die Kommunikationseinheit über eine Fernbereichskom munikationseinrichtung, wie beispielsweise ein Mobilfunkmodul nach GPRS- oder UMTS-Standard auf. Mit diesem wird eine Fern bereichskommunikationsverbindung, vorzugsweise eine IP- basierte Datenverbindung, mit der Datenverarbeitungs-Cloud aufgebaut. Dabei kann beispielsweise ein Anbieter eines Mo bilfunkdienstes oder ein Telekommunikationsanbieter zwischen geschaltet sein und die Fernbereichskommunikationsverbindung kann zumindest teilweise über ein Kommunikationsnetz dieses Anbieters und/oder zumindest teilweise über das Internet her gestellt werden. Zur Herstellung der Verbindung fällt dann ein nur sehr geringer Konfigurations- beziehungsweise Para metrieraufwand an. Außer der Konfigurierung der Fernbereichs- Kommunikationseinrichtung mit den für den Aufbau der Fernbe- reichskommunikations-Verbindung notwendigen Informationen, z.B. den Einbau einer SIM-Karte eines Telekommunikationsan bieters, muss für die einzelne Kommunikationseinheit kein weiterer Aufwand betrieben werden. Unter einer Cloud oder Datenverarbeitungs-Cloud soll hier ei ne Anordnung mit einer oder mehreren Datenspeichereinrichtun gen und einer oder mehreren Datenverarbeitungseinrichtung verstanden werden, die durch geeignete Programmierung zur Durchführung beliebiger Datenverarbeitungsprozesse ausgebil det werden kann. Die Datenverarbeitungseinrichtungen stellen hierbei in der Regel universelle Datenverarbeitungseinrich tung, wie beispielsweise Server, dar, die hinsichtlich ihrer Konstruktion und ihrer Programmierung zunächst keinerlei spe zifische Auslegung aufweisen. Erst durch eine vorgenommene Programmierung lässt sich die universelle Datenverarbeitungs einrichtung zur Ausführung spezifischer Funktionen ertüchti gen .
Insofern die Cloud mehrere einzelne Komponenten aufweist, sind diese auf geeignete Weise zur Datenkommunikation mitei nander verbunden, beispielsweise durch ein Kommunikations netzwerk. Einer Datenverarbeitungs-Cloud können beliebige Da ten zur Datenspeicherung und/oder Verarbeitung zugeführt wer den. Die Datenverarbeitungs-Cloud selbst stellt die gespei cherten Daten und/oder die Ereignisse der durchgeführten Da tenverarbeitung wiederum anderen Geräten, beispielsweise mit einer Datenverarbeitungs-Cloud verbundenen Computerarbeits stationen, Laptops, Smartphones zur Verfügung. Eine Datenver arbeitungs-Cloud kann beispielsweise durch ein Rechenzentrum oder auch mehrere vernetzte Rechenzentren bereitgestellt wer den. Üblicherweise ist eine Datenverarbeitungs-Cloud räumlich entfernt von den Hochspannungsgeräten ausgebildet.
Das elektrische Gerät ist im Rahmen der Erfindung ist für ei nen Betrieb im Spannungs- bzw. Hochspannungsnetz ausgelegt, d.h. für eine Betriebsspannung zwischen 1 kV und 1200 kV, insbesondere 50 kV und 800 kV. Das Hochspannungsnetz ist be vorzugt ein Wechselspannungsnetz.
Erfindungsgemäß ist ein elektrisches Gerät, beispielsweise ein Transformator, insbesondere Leistungstransformator, eine Drossel oder dergleichen. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kommunikationseinheit ein Mobiltelefon .
Als Mobiltelefon eignet sich ein so genanntes „Smart Phone" besonders gut. Unter einem Smart Phone ist hier leistungsfä higes Mobiltelefon zu verstehen. Solche Mobiltelefone sind üblicherweise bereits mit einem Mikrophon als akustischen Sensor ausgerüstet. Ferner verfügt ein solches Mobiltelefon über einen Speicher sowie eine programmierbare Einheit, bei spielsweise über wenigstens einen Prozessor. Das gesamte Mo biltelefon dient jedoch hier nicht zum Durchführen des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Es dient zum einen zur Verbindung der Datenverarbeitung-Cloud . Das Mobiltelefon erfasst mittels seines Mikrophons die Geräusche eines Transformators und legt die dabei gewonnen Messwerte auf seiner Speichereinheit ab.
In vorbestimmten Zeitintervallen erfolgt eine Verbindung mit der Datenverarbeitungs-Cloud, an welche die Messwerte einzeln oder gemittelt gesendet werden.
Bei einer Variante des Verfahrens werden die Messwerte mehre rer akustischer Sensoren gemeinsam an die Datenverarbeitungs- Cloud übertragen. Zuvor können die Messwerte jedoch vorverar beitet, also beispielsweis über einen Messzeitraum hinweg ge mittelt werden.
Vorteilhafterweise verfügt das Mobiltelefon also eine andere Kommunikationseinheit über eine Speichereinheit, auf der die Messwerter oder die von den Messwerten abgeleiteten Werte ge speichert werden. Die Speichereinheit vereinfacht die mög licherweise gewünschte Vorverarbeitung der Messwerte.
Bevorzugt werden die akustischen Signale an verschiedenen Or ten in der Nähe des elektrischen Geräts erfasst. Hierzu nimmt der Nutzer die Geräusche des elektrischen Geräts an unter schiedlichen Positionen oder Messorten mit Hilfe eines trag baren akustischen Sensors auf, beispielsweise vor, neben und hinter dem elektrischen Gerät. Anschließend wird für alle Frequenzanteile aus den jeweils gewonnen Spektren ein Mittel- wert über die durchgeführten Messungen gebildet. Bevorzugt führt eine Software den Nutzer hierbei interaktiv, so dass die richtigen Schritte zur richtigen Zeit durchgeführt werden können .
Vorteilhafterweise werden die akustischen Signale über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg erfasst. Die Zeitdauer liegt be vorzugt im Bereich zwischen 10 und 60 Sekunden für jede Mes sung .
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird mittels einer Antenne zur Positionsbestimmung, die in der Kommunika tionseinheit angeordnet ist, die geographische Lage der je weiligen Kommunikationseinheit und des damit verbundenen elektrischen Geräts ermittelt und an die Datenverarbei- tungscloud übertragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die akustischen Signale an verschiedenen Orten (A, B, C, D) in der Nähe des elektrischen Geräts erfasst werden. Ab weichend ist der oder sind die Sensoren fest im elektrischen Gerät verbaut.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin dung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Aus führungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figur der Zeichnung, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichwirkende Bauteile verweisen und wobei die
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Figur 2 eine weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin dung schematisch verdeutlichen.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä ßen Verfahrens, bei dem ein Transformator 1 als elektrisches Gerät schematisch verdeutlicht ist. Der Transformator 1 ver fügt über einen Tank 2, der mit einem Isolierfluid wie einer Esterflüssigkeit oder einem mineralischen Öl befüllt ist. In dem Tank 2 ist ein magnetisierbarer Kern 3 angeordnet, der einen geschlossenen Magnetkreis ausbildet. Die Schenkel des Kerns 3 sind jeweils von zwei konzentrisch zueinander ange ordneten Wicklungen umschlossen, von denen nur die äußere Oberspannungswicklung 4 erkennbar ist. Die Wicklungen sind über Durchführungen 5 mit den Phasen eines Wechselspannung führenden Hochspannungsnetzes verbunden.
Ein Ausdehnungsgefäß 6 dient zum Ausgleich temperaturbeding ter Volumenschwankungen des Isolierfluids im Tank 2 des
Transformators 1. In der Verbindungsleitung zwischen Tank 2 und Ausdehnungsgefäß 6 ist ein Buchholzrelais 7 erkennbar.
Figur 1 zeigt ferner einen nur schematisch dargestellten tragbaren akustischen Sensor 2, der an vier verschiedenen Or ten A, B, C und D die Betriebsgeräusche des Transformators 1 erfasst. Der tragbare Sensor 8 ist über eine Bluetooth- Verbindung 11 als Nahbereichs-Kommunikationsverbindung mit einer Kommunikationseinheit 12, hier einer Kommunikationsbox, verbunden. Die Kommunikationsbox 12 ist außen an der Wand des Tanks 2 fest montiert. Sie verfügt über eine Speichereinheit, auf der die von dem Sensor 8 gelieferten Messwerte ortsaufge löst gespeichert werden. Die Kommunikationsbox 12 verbindet sich alle 2 Minuten über eine Fernbereichs-Kommunikations- verbindung 13 mit einer Datenverarbeitungs-Cloud 9 und schickt die auf ihrer Festplatte abgelegten Messwerte über die Fernbereichs-Kommunikationsverbindung 13 an eine Daten verarbeitungs-Cloud 9. Diese führt das weiter oben beschrie bene Analyseverfahren durch, um unsymmetrische Schwingungen aufzuspüren .
Anstelle eines separaten tragbaren Sensors 8 kann im Rahmen der Erfindung auch ein Mobiltelefon zur Schallmessung verwen det werden. Dazu verfügt das Mobiltelefon 8 über eine Soft ware oder ein „App", die den Anwender des Verfahrens auffor dert, die Geräuschmessung über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg durchzuführen und anschließend den Standort zu wech seln, um dort die Messung erneut durchzuführen.
Zur Geräuschmessung wird ein ohnehin im Mobiltelefon verbau tes figürlich nicht dargestelltes Mikrofon verwendet. Das Mo biltelefon 8 speichert die von seinem Mikrofon auf Grund der Messung erzeugten zeitlich aufgelösten akustischen Signale nach deren Digitalisierung auf seiner ebenfalls nicht gezeig ten Speichereinheit ab. Anschließend verbindet sich das Mo biltelefon über die Fernverbindung mit der Datenverarbei- tungs-Cloud 9 und überträgt die lokal gespeicherten Messwerte an die Datenverarbeitungs-Cloud 9. Diese verfügt über eine Software, die eine Fouriertransformation der übermittelten Messwerte durchführt. Es folgt die weiter oben bereits be schriebe Bildung des Verhältnisses R.
Aus der Größe von R leitet das erfindungsgemäße Verfahren ab, ob und ggf. in welchem Ausmaß unsymmetrische Schwingungen vorliegen und ggf. in welcher Größenordnung der Transformator mit einem Gleichstromanteil belastet wird. Der Nutzer hat mit dem Ergebnis des Verfahrens darüber Gewissheit und kann nun angemessene Gegenmaßnahmen einleiten, um den möglicherweise festgestellten Gleichstromanteil zu unterdrücken.
Auf die Datenverarbeitungs-Cloud kann mit einem Laptop oder Rechner 10 zugegriffen werden, um das Ergebnis der Analyse zu erhalten .
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens, es ist wieder ein Transformator 1 als elektrisches Gerät erkennbar, der dem in Figur 1 gezeigten Transformator im Wesentlichen entspricht.
Im Gegensatz, zu dem in Figur 1 gezeigten Transformator ver fügt der Transformator 1 gemäß Figur 2 jedoch über vier Sen soren 8, die innerhalb des Tanks 2 angeordnet sind. Jeder Sensor 8 ist über eine Nahbereichs-Kommunikationsverbindung 11, die wieder als Bluetooth-Verbindung ausgebildet ist, mit einer Kommunikationseinheit 12 verbunden, die in dem gezeig- ten Ausführungsbeispiel nicht fest am Transformator 1 befes tigt ist. Vielmehr befindet sich die Kommunikationseinheit 12 in einem nahegelegenen, figürlich nicht dargestelltem, Gehäu se, das in etwa 20 m entfernt vom Transformator 1 aufgestellt ist .
Die Kommunikationseinheit 12 verfügt über vier Eingänge, so dass alle vier Sensoren 8 gleichzeitig mit der Kommunikati onseinheit 12 verbunden sind. Die beim Betrieb des Transfor mators 1 erzeugten Geräusche oder bzw. Schallwellen werden von den Sensoren 8 erfasst, die in Abhängigkeit der Amplitude der Schallwellen ein analoges elektrisches Signal, hier einen Strom, erzeugen. Die analogen Signale werden abgetastet und die daraus erhaltenen Abtastwerte digitalisiert. Die digita lisierten Werte sind hier als Messwerte bezeichnet.
Die besagten Messwerte werden über die Nahbereichs-Kommuni- kationsverbindung 11 auf die Kommunikationseinheit 12 über tragen. Diese verfügt über eine figürlich nicht gezeigte Speichereinheit, auf der die Messwerte abgelegt werden.
Bei einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Messwerte vorverarbeitet, d. h. beispielsweise die im 2 Sekunden-Takt übertragenen Messwerte werden über einen Zeit raum von 2 min hinweg gemittelt und die gemittelten Werte auf der Speichereinheit abgelegt. Alle 2 min stellt die Kommuni kationseinheit 12 eine Verbindung mit der Datenverarbeitungs- Cloud 9 über eine Fernbereichs-Kommunikationsverbindung 13 her. Die Messwerte bzw. die gemittelten Messwerte oder von den Messwerten abgeleitete Werte werden an die Datenverarbei- tungs-Cloud 9 übertragen. Diese führt dann mit Hilfe einer geeigneten Software die Untersuchung der Messwerte durch, mit anderen Worten wird eine Fouriertransformation durchgeführt und das so erhaltene Spektrum auf das Vorliegen unsymmetri scher Schwingungen untersucht. Das Analyseverfahren ist wei ter oben genauer beschrieben.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Feststellen unsymmetrischer Schwingungen beim Betrieb eines elektrischen Geräts (1), das an ein Hoch spannungsnetz angeschlossen ist, bei dem
- Betriebsgeräusche des elektrischen Geräts (1) mit Hilfe von akustischen Sensoren (8) erfasst werden, die aus gangsseitig Messwerte bereitstellen,
- die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleite ten Werte über eine Nahbereichs-Kommunikationsverbindung (11) an eine Kommunikationseinheit (12) übertragen wer den,
- die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleite ten Werte über eine Fernbereichs-
Kommunikationsverbindung (13) von der Kommunikationsein heit (12) an eine Datenverarbeitungs-Cloud (9) übertra gen werden,
- die Messwerte und/oder die von den Messwerten abgeleite ten Werte von der Datenverarbeitungs-Cloud (9) mittels einer Fouriertransformation unter Gewinnung eines Fre quenzspektrums in ihre Frequenzanteile zerlegt werden,
- in Abhängigkeit einer Grundfrequenz des Hochspannungs versorgungsnetzes gerade und ungerade Frequenzanteile des Frequenzspektrums ermittelt und in ein Verhältnis R zueinander gesetzt werden,
- auf das Vorliegen unsymmetrischer Schwingungen geschlos sen wird, wenn das Verhältnis R einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
jede Kommunikationseinheit (12) eine Speichereinheit auf weist, auf der Messwerte und/oder aus den Messwerten abgelei tete Werte gespeichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mittels einer Antenne zur Positionsbestimmung, die in einer Kommunikationseinheit (12) angeordnet ist, die geographische Lage der jeweiligen Kommunikationseinheit (12) und des damit verbundenen elektrischen Geräts (1) ermittelt und an die Da- tenverarbeitungs-Cloud (9) übertragen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die Kommunikationseinheit ein Mobiltelefon (8, 12) ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die akustischen Signale an verschiedenen Orten (A, B, C, D) in der Nähe des elektrischen Geräts (1) erfasst werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
die akustischen Signale über eine vorgegebene Zeitdauer hin weg erfasst werden.
7. Computerprogramm für ein Rechengerät,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
es zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 geeignet ist.
8. Speichermedium,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
auf ihm ein Computerprogramm nach dem Anspruch 7 gespeichert ist .
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