WO2014060014A1 - Verfahren zum betreiben eines leistungstransformators - Google Patents

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WO2014060014A1
WO2014060014A1 PCT/EP2012/070425 EP2012070425W WO2014060014A1 WO 2014060014 A1 WO2014060014 A1 WO 2014060014A1 EP 2012070425 W EP2012070425 W EP 2012070425W WO 2014060014 A1 WO2014060014 A1 WO 2014060014A1
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power transformer
operating parameter
temperature
operating
electrical energy
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PCT/EP2012/070425
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Markus SPANGLER
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source when the main path fails, e.g. transformers, busbars
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001—Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Definitions

  • the present invention relates to a method and an arrangement for operating a power transformer in an electrical energy supply network
  • the lifetime of transformers depends largely on the operating temperature.
  • the dependence on the operating temperature results from the fact that windings and other components within the power transformer are provided with solid insulation materials. These insulating materials dry out faster at higher temperatures than at low temperatures, reducing the maximum service life of the power transformer.
  • the design of the power transformers is therefore generous, i. Power transformers with sufficient or oversized power reserves are used. With an increased demand for electrical power, e.g. In the case of a new designation of building land, more transformer stations may be built under certain circumstances than can actually be utilized.
  • the invention relates to a method for operating a power transformer in an electrical energy supply network, in which at least one operating parameter of the power transformer and the outside temperature are monitored and compared with an external temperature and operating parameter-dependent load model of the power transformer.
  • the invention achieves this object by setting the at least one operating parameter of the power transformer according to the current outside temperature in the above-mentioned method.
  • an overload situation can be specifically avoided by setting at least one operating parameter in the power transformer in accordance with the current outside temperature according to the load model. For example, as an operating parameter, the load can be measured; then, depending on the outside temperature, this load can be reduced, if otherwise an overload situation could occur due to a high outside temperature. In this way, the service life of the power transformer is extended, which saves costs.
  • the reduction of the load can be achieved, for example, by a load shedding at the downstream consumers, for example by switching off refrigerators in houses. This shutdown can be done via a communication of the power transformer with downstream houses via the mains, for example.
  • a control of the load of the power transformer can also be carried out by a network control center, which receives information about the load situation to be set by the power transformer and subsequently brings about a load shedding at the connected consumers.
  • a further advantage of the method according to the invention is that, given a sufficiently low outside temperature, a power transformer can also be operated selectively in a load range which would already be regarded as an overload range without taking advantage of the outside temperature. This has the advantage of being actually for a lesser
  • Base load designed power transformer can be operated in certain situations in a nominal overload range.
  • power transformers for example in the medium-voltage network or in the low-voltage network, can be made smaller and thus more cost-effective than was previously the case.
  • monitoring of the at least one operating parameter of the power transformer and the outside temperature and the comparison with an external temperature and operating parameter-dependent load model of the power transformer once or constantly.
  • monitoring and comparison can also be carried out at fixed times, in particular regularly at specific times with a predetermined time interval.
  • the adjustment of the at least one operating parameter of the power transformer can take place once or continuously in accordance with the current outside temperature.
  • the setting can also be performed at fixed times, in particular regularly at specific times with a predetermined time interval.
  • the power transformer is oil-insulated. This is advantageous because it is a widely used construction and because an oil has a high thermal conductivity. This high thermal conductivity means that, depending on the load of the power transformer and the outside temperature, a thermal equilibrium, ie an almost static temperature profile, quickly sets.
  • the power transformer may be, for example, an air-insulated or air-cooled power transformer.
  • a protective gas-insulated power transformer can also be used. In this case, for example SF 6 can be used as protective gas.
  • a load model with consideration of the oil temperature is used and the at least one operating parameter is set with additional consideration of the oil temperature.
  • the monitoring of the oil temperature is advantageous in that the measurement of the oil temperature provides direct feedback about the actual temperature. neuter conditions within the power transformer is made possible.
  • the electrical energy supply network comprises a low-voltage network or a medium-voltage network.
  • a low-voltage network or a medium-voltage network is advantageous because an injection of electrical energy by local regenerative generators such as wind turbines or photovoltaic systems takes place on these two voltage levels; this leads to fluctuations in the load on the power transformer. Consequently, an application of the method according to the invention in the low-voltage network or medium-voltage network is particularly useful.
  • the at least one operating parameter comprises at least one of the parameters voltage, current or power. Both primary values and secondary values can be measured. Primary values can be determined on the input side, ie on the primary side of the power transformer. Secondary values are quantities that are measured on the secondary side of the power transformer. The use of the aforementioned operating parameters is advantageous because primary voltage, primary current or input power are proportional to the electrical load and thus also thermal load of the power transformer. The same applies to the secondary values.
  • the adjustment of the at least one operating parameter comprises a regulation of the transmission ratio of the power transformer by means of a tap changer in the power transformer.
  • the adjustment of the at least one operating parameter comprises a regulation, in particular a throttling or a disconnection, of consumers and generators of electrical energy connected on the secondary side to the power transformer.
  • an arrangement for operating a power transformer in an electrical energy supply network having a first temperature measuring device for measuring the outside temperature and an operating measuring device for measuring at least one operating parameter of the power transformer and an evaluation device which is suitable for at least to compare a measured operating parameter with an external temperature and operating parameter dependent load model; wherein according to the invention an adjusting device for adjusting the at least one operating parameter of the power transformer is provided according to the current outside temperature.
  • the adjusting device is arranged on the power transformer. This is particularly advantageous because the control device can be provided directly on or in the power transformer and thus a compact design is ensured. Such a compact design is particularly inexpensive to implement.
  • the adjustment device is arranged centrally in the electrical energy supply network.
  • This embodiment is advantageous because, in the case of a central adjusting device, the load model in the central adjusting device can be easily adapted for all controlled power transformers and no separate adjusting device must be provided in the individual power transformers. This is particularly cost-effective because only the first temperature measuring device for the outside temperature and the adjusting device for load control of the power transformer must be provided in each case for a single power transformer.
  • the central setting device may be, for example, a control center.
  • the central adjustment device may comprise a single power transformer or a plurality of power control transformers in the electrical power grid.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the arrangement according to the invention for the operation control of an oil-insulated power transformer in an electrical energy supply network
  • a low-voltage network 4 which houses houses 5 and a (smaller) wind turbine 6 with electrical energy.
  • a house 15 also has a photovoltaic system 7. Inside the power transformer is an oil insulated
  • Region 31 are provided, in which a primary coil 24 which is connected to the electrical power supply network 3, and a secondary coil 25 which is connected to the low-voltage network 4, are arranged. Furthermore, the power transformer 2 is assigned an operating measuring device 9 for measuring at least one operating parameter B of the power transformer 2. Measured is the load L of the power transformer 2 as the operating parameter B. For adjusting the at least one operating parameter B or the load of the power transformer 2, an adjusting device 12 is arranged on the power transformer 2. The adjusting device 12 has a control device 21, which via a communication link 22 and Communication terminals 23 is connected to the loads 5,15 and generators 6,7 of electrical energy.
  • the communication connection 22 is, for example, a mobile radio, an Internet or a powerline communication connection.
  • the communication link 22 can be omitted.
  • the adjusting device is connected to a tap changer 26, which can connect 30 different numbers of turns of the secondary coil 25 by a movable from one end 28 to its other end 27 pantograph. By setting different numbers of turns, the tap changer 26 changes the gear ratio of the power transformer.
  • a first temperature measuring device 8 is arranged for measuring the outside temperature T.
  • the operating measuring device 9, the first temperature measuring device 8, and the adjusting device 12 are connected via communication links 16 to an evaluation device 10 for comparing the at least one measured operating parameter B, ie the load, with an external temperature-dependent load model 11.
  • the load model 11 the maximum possible load of the power transformer 2 is plotted against the temperature T as a characteristic curve 14.
  • Such a load model 11 may have been created on the basis of mathematical models for the electrical and thermal stress of the power transformer 2 or from empirical measurements on a model of the power transformer 2 of the same design.
  • On the basis of the measured outside temperature T is by means of the characteristic 14 determines the maximum possible load X of the transformer 2 at a measured in the first temperature measuring device 8 outside temperature Ti.
  • the characteristic curve 14 runs in a wide temperature range over the constant characteristic curve 13 with the maximum load N.
  • the maximum load N is the standard preset load with which the power transformer can be operated. Since the value of N is constant and not external temperature dependent, load reserves must always be maintained to avoid overloading the power transformer. This restriction is eliminated in the arrangement according to the invention.
  • the first temperature measuring device 8 measures the outside temperature T, preferably in the vicinity of the power transformer 2.
  • the operating measuring device 9 measures the operating parameter B, that is to say the load.
  • Load and outside temperature T are compared with the load model 11 and it is determined which maximum possible load X may be applied at the measured outside temperature i without overstressing the power transformer 2.
  • the maximum possible load X is transmitted to the adjusting device 12, which can then influence the operating parameter B, ie the load, and thereby the thermal and electrical load of the transformer via two different paths.
  • the ratio of the power transformer 2 can be adjusted by means of the tap changer 26. In this way, in particular by the supply of electrical energy into the low-voltage network 4 caused by the generator 6,7 voltage fluctuations can be regulated.
  • the generators 6, 7 and consumers 5, 15 can be accessed in order to regulate the energy consumption and the energy generation in the low-voltage network. In particular, can be done by controlling consumers such as refrigerators or charging stations for electric vehicles, a reduction of energy consumption or with regard to the power transformer, a load shedding.
  • the determined outside temperature-dependent maximum value X for the load thus serves to purposefully operate the power transformer 2 in a load range which would be regarded as an overload range without taking into account the outside temperature.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines ölisolierten Leistungstransformators (2) in einem elektrischen Energieversorgungsnetz (3), bei dem wenigstens ein Betriebsparameter (B) des Leistungstransformators (2) und die Außentemperatur (T) überwacht und mit einem außentemperatur- und betriebsparameterabhangigen Lastmodell (11) des Leistungstransformators (2) verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Betriebsparameter (B) des Leistungstransformators (2) entsprechend der aktuellen Außentemperatur (T) eingestellt wird. Weiterhin ist eine Anordnung zur Betriebssteuerung eines ölisolierten Leistungstransformators (2) in einem elektrischen Energieversorgungsnetz (3) Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben eines Leistungstransformators Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Betreiben eines Leistungstransformators in einem elektrischen Energieversorgungsnetz
Die Lebenszeit von Transformatoren hängt wesentlich von der Betriebstemperatur ab. Die Abhängigkeit von der Betriebstemperatur ergibt sich aus der Tatsache, dass Wicklungen und andere Bauteile innerhalb des Leistungstransformators mit festen Isolationsmaterialien versehen sind. Diese Isolationsmaterialien trocknen bei höheren Temperaturen schneller aus als bei niedrigen Temperaturen und verringern so die maximale Betriebsdauer des Leistungstransformators.
Die Auslegung der Leistungstransformatoren erfolgt deshalb großzügig, d.h. es werden Leistungstransformatoren mit aus- reichend oder überdimensionierten Leistungsreserven verwendet. Bei einem Mehrbedarf an elektrischer Leistung, z.B. bei Neuausweisung von Bauland, werden so unter Umständen mehr Transformatorstationen gebaut als eigentlich ausgelastet werden können .
Werden in Zukunft im Mittelspannungsbereich häufiger Erzeuger von elektrischer Energie an das elektrische Energieversorgungsnetz angeschlossen, so ergeben sich noch stärkere Lastschwankungen im tages-, wochen- oder jahreszeitlichen Verlauf als bisher für einen einzelnen Leistungstransformator. Insbesondere Windkraft- und Photovoltaikanlagen, welche an das Niederspannungsnetz angeschlossen werden, zeigen häufig extreme Lastspitzen, während sie zu anderer Zeit fast überhaupt keine elektrische Energie einspeisen. Es ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 786 083 AI bekannt, ein thermisches Modell der Öltemperatur im oberen Teil eines ölgekühlten Leistungstransformators zu berechnen, in dem in ein mathematisches Modell die Last und die Außentemperatur eingefügt werden. Das bekannte System ist lediglich dafür geeignet, bei Überschreiten bestimmter Maximalwerte für die Temperatur einen Alarm zu produzieren, welcher eine Überlast des Leistungstransformators anzeigt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungstransformators in einem elektrischen Energieversorgungsnetz, bei dem wenigstens ein Betriebsparameter des Leistungstransformators und die Außentemperatur überwacht und mit einem außentemperatur- und betriebsparameterabhängigen Lastmodell des Leistungstransformators verglichen werden.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Leistungstransformators anzugeben, das eine optimierte Ausnutzung des Leistungstransformators ermöglicht.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass bei oben genanntem Verfahren der wenigstens eine Betriebsparameter des Leistungstransformators entsprechend der aktuellen Außentem- peratur eingestellt wird.
Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass anhand des gemessenen Betriebsparameters des Leistungstransformators gezielt eine Überlastsituation vermieden werden kann, indem wenigstens ein Betriebsparameter im Leistungstransformator entsprechend der aktuellen Außentemperatur gemäß des Lastmodells eingestellt wird. Beispielsweise kann als Betriebsparameter die Last gemessen werden; dann kann in Abhängigkeit von der Außentemperatur diese Last verringert werden, wenn ansonsten aufgrund einer hohen Außentemperatur eine Überlastsituation auftreten könnte. Auf diese Weise verlängert sich die Betriebsdauer des Leistungstransformators, was Kosten einspart. Die Verringerung der Last kann beispielswei - se durch einen Lastabwurf bei den nachgeschalteten Verbrauchern erreicht werden, indem z.B. Kühlschränke in Häusern abgeschaltet werden. Diese Abschaltung kann z.B. über eine Kommunikation des Leistungstransformators mit nachgeschalteten Häusern über das Stromnetz erfolgen. Alternativ dazu könnte eine solche Kommunikation auch über drahtlose Mobilkommunika- tion oder das Internet erfolgen. Darüber hinaus kann eine Steuerung der Last des Leistungstransformators auch durch eine Netzleitstelle erfolgen, die von dem Leistungstransformator Informationen über die einzustellende Lastsituation er- hält und anschließend einen Lastabwurf bei den angeschlossenen Verbrauchern herbeiführt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass bei einer hinreichend niedrigen Außentemperatur ein Leistungstransformator auch gezielt in einem Lastbereich betrieben werden kann, der ohne Heranziehung der Außentemperatur bereits als Überlastbereich betrachtet werden würde. Dies hat den Vorteil, dass ein eigentlich für eine geringere
Grundlast ausgelegter Leistungstransformator in bestimmten Situationen in einem nominellen Überlastbereich betrieben werden kann. Dadurch können Leistungstransformatoren beispielsweise im Mittelspannungsnetz oder im Niederspannungs- netz kleiner und damit kostengünstiger ausgelegt werden, als dies bisher der Fall war.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Überwachung des wenigstens einen Betriebsparameters des Leistungstransformators und der Außentemperatur und der Vergleich mit einem außentemperatur- und betriebsparameterabhängigen Lastmodell des Leistungstransformators einmalig oder ständig erfolgen. Darüber hinaus können Überwachung und Vergleich auch zu festgesetzten Zeitpunkten, insbesondere regelmäßig zu bestimmten Zeitpunkten mit einem vorgegebenen zeitlichen Abstand, durch- geführt werden.
Weiterhin kann die Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters des Leistungstransformators entsprechend der aktuellen Außentemperatur einmalig oder ständig erfolgen. Darüber hinaus kann die Einstellung auch zu festgesetzten Zeitpunkten, insbesondere regelmäßig zu bestimmten Zeitpunkten mit einem vorgegebenen zeitlichen Abstand, durchgeführt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leistungstransformators ist der Leistungstransformator öliso- liert. Dies ist vorteilhaft, weil es sich um eine weit verbreitete Bauweise handelt und weil ein Öl eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Diese hohe Wärmeleitfähigkeit führt dazu, dass sich in Abhängigkeit von der Last des Leistungs- transformators und der Außentemperatur schnell ein thermisches Gleichgewicht, also ein nahezu statischer Temperaturverlauf, einstellt. Alternativ kann der Leistungstransformator beispielsweise ein luftisolierter bzw. luftgekühlter Leistungstransformator sein. Auch ein schutzgasisolierter Leistungstransformator kann verwendet werden. Dabei kann als Schutzgas beispielsweise SF6 zum Einsatz kommen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Lastmo- dell mit Berücksichtigung der Oltemperatur verwendet und der wenigstens eine Betriebsparameter wird unter zusätzlicher Berücksichtigung der Oltemperatur eingestellt. Die Überwachung der Oltemperatur ist dadurch von Vorteil, dass durch die Messung der Oltemperatur eine direkte Rückmeldung über die tat- sächlichen Gegebenheiten innerhalb des Leistungstransformators ermöglicht wird.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens umfasst das elektrische Energieversorgungsnetz ein Niederspannungsnetz oder ein Mittelspannungsnetz. Dies ist vorteilhaft, da eine Einspeiung von elektrischer Energie durch lokale regenerative Erzeuger wie beispielsweise Windkraftanlagen oder Photovoltaikanlagen auf diesen beiden Spannungsebenen erfolgt; dies führt zu Schwankungen der Last am Leistungstransformator. Folglich ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Niederspannungsnetz oder im Mittelspannungsnetz besonders sinnvoll.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens umfasst der wenigstens eine Betriebsparameter wenigstens einen der Parameter Spannung, Strom oder Leistung. Dabei können sowohl Primärwerte als auch Sekundärwerte gemessen werden. Primärwerte sind eingangsseitig, also primärseitig am Leistungstransformator feststellbar. Unter Sekundärwerten sind sekundärseitig am Leistungstransformator gemessene Größen zu verstehen. Die Nutzung der vorgenannten Betriebsparameter ist von Vorteil, weil Primärspannung, Primärstrom oder Eingangsleistung proportional zur elektrischen Beanspruchung und damit auch thermischen Belastung des Leistungstransformators sind. Gleiches gilt auch für die Sekundärwerte .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens umfasst die Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters eine Regelung des Übersetzungsverhältnisses des Leistungstransformators mittels eines Stufenschalters in dem Leistungstransformator. Dies ist von Vorteil, weil insbesondere bei Einspeisung von Energie aus regenerati - ven Quellen wie z.B. Windkraft starke Schwankungen der Spannung im Leistungstransformator beispielsweise einer Ortsnetzstation auftreten. Solche Schwankungen können im Rahmen von Smart Grids (sogenannten Intelligenten Stromnetzen) durch re- gelbare Leistungstransformatoren ausgeglichen werden, die mittels Stufenschalter ihr Übersetzungsverhältnis für die Spannung selbsttätig anpassen können.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens umfasst die Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters eine Regelung, insbesondere eine Drosselung oder eine Abschaltung, von sekundärseitig an dem Leistungstransformator angeschlossenen Verbrauchern und Erzeugern von elektrischer Energie. Dies ist vorteilhaft, weil durch die Regelung, beispielsweise im Rahmen eines Lastmanagements in einem Smart Grid, die Abnahme von elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetz und damit die elektrische und thermische Belastung des Leistungstransformators geregelt werden kann.
Weiterhin ist es Gegenstand der Erfindung, eine Anordnung zum Betreiben eines Leistungstransformators in einem elektrischen Energieversorgungsnetz mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung für das Messen der Außentemperatur und einer Be- triebsmesseinrichtung für das Messen wenigstens eines Betriebsparameters des Leistungstransformators und einer Auswerteeinrichtung, die dafür geeignet ist, den wenigstens einen gemessenen Betriebsparameter mit einem außentemperatur- und betriebsparameterabhängigen Lastmodell zu vergleichen, bereit zu stellen; bei der erfindungsgemäß eine Einsteileinrichtung zur Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters des Leistungstransformators entsprechend der aktuellen Außentemperatur vorgesehen ist. Es ergeben sich für die erfindungsgemäße Anordnung sinngemäß die gleichen Vorteile wie für das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben . Aus den Unteransprüchen 9 bis 11,13, 14 und 16 ergeben sich weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung mit sinngemäß den gleichen Vorteilen wie eingangs für das erfindungsgemäße Verfahren geschildert .
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die EinStelleinrichtung an dem Leistungstransformator angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, weil die Regelungseinrichtung direkt am oder im Leistungstransformator vorgesehen werden kann und somit eine kompakte Bauform gewährleistet ist. Solch eine kompakte Bauform ist besonders kostengünstig zu realisieren.
In einer anderen bevorzugten, vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Einstellseinrichtung zentral in dem elektrischen Energieversorgungsnetz angeordnet. Diese Ausführungsform ist von Vorteil, weil bei einer zentralen Einsteileinrichtung das Lastmodell in der zentralen Einsteileinrichtung einfach für alle angesteuerten Leistungs- transformatoren angepasst werden kann und bei den einzelnen Leistungstransformatoren keine eigene Einsteileinrichtung vorgesehen werden muss. Dies ist besonders kostengünstig, weil bei einem einzelnen Leistungstransformator jeweils nur die erste Temperaturmesseinrichtung für die Außentemperatur und die Einsteileinrichtung zur Laststeuerung des Leistungstransformators vorgesehen werden muss. Bei der zentralen Ein- stelleinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Leitstelle handeln. Die zentrale Einsteileinrichtung kann einen einzelnen Leistungstransformator oder eine Mehrzahl von Leis- tungstransformatoren im elektrischen Energieversorgungsnetz steuern .
Zur Erläuterung der Erfindung zeigt in schematischer Darstel- lung
Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung zur Betriebssteuerung eines ölisolierten Leistungstransformators in einem elektrischen Energieversorgungsnetz
In der Figur 1 ist bei der Anordnung 1 zum Betreiben eines ölisolierten Leistungstransformators 2 in einem elektrischen Energieversorgungsnetz 3 an dem Leistungstransformator 2 aus- gangsseitig ein Niederspannungsnetz 4 angeschlossen, welches Häuser 5 und eine (kleinere) Windkraftanlage 6 mit elektrischer Energie versorgt. Ein Haus 15 weist außerdem eine Pho- tovoltaikanlage 7 auf. Innerhalb des Leistungstransformators ist ein ölisolierter
Bereich 31 vorgesehen, in dem eine Primärspule 24, die an das elektrische Energieversorgungsnetz 3 angeschlossen ist, und eine Sekundärspule 25, die an das Niederspannungsnetz 4 angeschlossen ist, angeordnet sind. Weiterhin ist dem Leistungs- transformator 2 eine Betriebsmesseinrichtung 9 für das Messen wenigstens eines Betriebsparameters B des Leistungstransformators 2 zugeordnet. Gemessen wird als Betriebsparameter B die Last L des Leistungstransformators 2. Für die Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters B bzw. der Last des Leistungstransformators 2 ist eine Ein- stelleinrichtung 12 an dem Leistungstransformator 2 angeordnet. Die Einsteileinrichtung 12 weist eine Regelungseinrichtung 21 auf, die über eine Kommunikationsverbindung 22 und Kommunikationsanschlüsse 23 mit den Verbrauchern 5,15 und Erzeugern 6,7 von elektrischer Energie verbunden ist. Bei der Kommunikationsverbindung 22 handelt es sich beispielsweise um eine Mobilfunk-, eine Internet- oder um einer Powerlinekommu- nikationsverbindung . Bei Verwendung einer Powerlinekommunika- tionsverbindung, die Informationen über das Niederspannungs- netz 4 überträgt, kann die Kommunikationsverbindung 22 entfallen . Außerdem ist die EinStelleinrichtung mit einem Stufenschalter 26 verbunden, der durch einen von seinem einen Ende 28 zu seinem anderen Ende 27 verschiebbaren Stromabnehmer 30 verschiedene Anzahlen von Windungen der Sekundärspule 25 anschließen kann. Durch die Einstellung von verschiedenen An- zahlen von Windungen verändert der Stufenschalter 26 das Übersetzungsverhältnis des Leistungstransformators.
An dem Leistungstransformator 2 ist eine erste Temperaturmesseinrichtung 8 für das Messen der Außentemperatur T ange- ordnet.
Die Betriebsmesseinrichtung 9, die erste Temperaturmesseinrichtung 8, und die EinStelleinrichtung 12 sind über Kommunikationsverbindungen 16 mit einer Auswerteeinrichtung 10 für den Vergleich des wenigstens einen gemessenen Betriebsparameters B, also der Last, mit einem außentemperaturabhängigen Lastmodell 11 verbunden. In dem Lastmodell 11 ist gegen die Temperatur T die jeweils maximal mögliche Last des Leistungstransformators 2 als Kennlinie 14 aufgetragen. Ein solches Lastmodell 11 kann anhand von mathematischen Modellen zur elektrischen und thermischen Beanspruchung des Leistungstransformators 2 oder aus empirischen Messungen an einem baugleichen Modell des Leistungstransformators 2 erstellt worden sein. Anhand der gemessenen Außentemperatur T wird mittels der Kennlinie 14 die maximal mögliche Last X des Transformators 2 bei einer in der ersten Temperaturmesseinrichtung 8 gemessenen Außentemperatur Ti bestimmt. Wie leicht in dem Lastmodel 11 zu erkennen ist, verläuft die Kennlinie 14 in einem großen Temperaturbereich über der konstanten Kennlinie 13 mit der maximalen Last N. Die maximale Last N ist die standardmäßig fest voreingestellte Last, mit der der Leistungstransformator betrieben werden kann. Da der Wert von N konstant und nicht außentemperaturabhängig ist, müssen stets Lastreserven eingehalten werden, um eine Überlast des Leistungstransformators zu vermeiden. Diese Einschränkung entfällt bei der erfindungsgemäßen Anordnung.
Im Folgenden soll nun die Anwendung der Anordnung 1 erläutert werden. Die erste Temperaturmesseinrichtung 8 misst die Außentemperatur T, bevorzugt in der Nähe des Leistungstransformators 2. Gleichzeitig misst die Betriebsmesseinrichtung 9 den Betriebsparameter B, also die Last. Last und Außentemperatur T werden mit dem Lastmodel 11 verglichen und es wird festgestellt, welche maximal mögliche Last X bei der gemessenen Außentemperatur i angewendet werden darf, ohne den Leistungstransformator 2 überzubeanspruchen. Die maximal mögliche Last X wird an die Einsteileinrichtung 12 übertragen, die dann über zwei unterschiedliche Wege den Betriebsparameter B, also die Last, und dadurch die thermische und die elektrische Beanspruchung des Transformators beeinflussen kann.
Erstens kann mittels des Stufenschalters 26 das Übersetzungs- Verhältnis des Leistungstransformators 2 angepasst werden. Hierdurch können insbesondere durch die Einspeisung von elektrischer Energie in das Niederspannungsnetz 4 durch die Erzeuger 6,7 hervorgerufene SpannungsSchwankungen reguliert werden . Zweitens kann mittels der Regelungseinrichtung 21 auf die Erzeuger 6,7 und Verbraucher 5,15 zugegriffen werden, um den Energieverbrauch und die Energieerzeugung im Niederspannungs- netz zu regulieren. Insbesondere kann durch die Steuerung von Verbrauchern wie Kühlgeräten oder Ladestationen für Elektro- fahrzeuge eine Drosselung des Energieverbrauchs bzw. im Hinblick auf den Leistungstransformator ein Lastabwurf erfolgen. Die ermittelte außentemperaturabhängige Höchstwert X für die Last dient also dazu, den Leistungstransformator 2 gezielt in einem Lastbereich zu betreiben, der ohne Berücksichtung der Außentemperatur als Überlastbereich betrachtet würde.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Leistungstransformators (2) in einem elektrischen Energieversorgungsnetz (3), bei dem - wenigstens ein Betriebsparameter (B) des Leistungstransformators (2) und die Außentemperatur (T) überwacht und
- mit einem außentemperatur- und betriebsparameterabhängigen Lastmodell (11) des Leistungstransformators (2) verglichen werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
- der wenigstens eine Betriebsparameter (B) des Leistungstransformators (2) entsprechend der aktuellen Außentemperatur ( Ti ) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem der Leistungstransformator (2) ölisoliert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2 ,
bei dem ein Lastmodell (11) mit Berücksichtigung der Öltem- peratur verwendet wird und der wenigstens eine Betriebsparameter (B) unter zusätzlicher Berücksichtigung der Öltempera- tur eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das elektrische Energieversorgungsnetz (3) ein Niederspannungsnetz oder ein Mittelspannungsnetz umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der wenigstens eine Betriebsparameter (B) wenigstens einen der Parameter Spannung, Strom oder Leistung umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters eine Regelung des Übersetzungsverhältnisses des Leistungstransformators (2) mittels eines Stufenschalters in dem Leistungstransformator (2) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters eine Regelung, insbesondere eine Drosselung oder eine Abschaltung, von sekundärseitig an dem Leistungstransformator angeschlossenen Verbrauchern und Erzeugern von elektrischer Energie umfasst.
8. Anordnung zum Betreiben eines Leistungstransformators (2) in einem elektrischen Energieversorgungsnetz (3) mit
- einer ersten Temperaturmesseinrichtung (8) für das Messen der Außentemperatur (T) und
- einer Betriebsmesseinrichtung (9) für das Messen wenigstens eines Betriebsparameters (B) des Leistungstransformators (2) und
- einer Auswerteeinrichtung (10) , die dafür geeignet ist, den wenigstens einen gemessenen Betriebsparameter (B) mit einem außentemperatur- und betriebsparameterabhängigen Lastmodell (11) zu vergleichen,
dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Einsteileinrichtung (12) zur Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters (B) des Leistungstransformators (2) entsprechend der aktuellen Außentemperatur (ΤΊ) vorgesehen ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8,
bei der die Betriebsmesseinrichtung (9) wenigstens eines der Geräte Strommessgerät, Spannungsmessgerät oder Leistungsmessgerät umfasst.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9,
bei der der Leistungstransformator (2) ölisoliert ist.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
bei der eine zweite Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Öltemperatur im Leistungstransformator (2) vorhanden ist und die Auswerteeinrichtung (10) dafür geeignet ist, ein Lastmodell (11) mit Berücksichtigung der Öltemperatur zu verwenden und den wenigstens einen Betriebsparameter (B) unter zusätzlicher Berücksichtigung der Öltemperatur einzustellen.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11,
bei der die EinStelleinrichtung (12) an dem Leistungstransformator (2) angeordnet ist.
13. Anordnung nach Anspruch 12,
bei der die EinStelleinrichtung (12) zur Einstellung des we- nigstens einen Betriebsparameters (B) eine Regelungseinrichtung (21) , insbesondere eine Drosselungseinrichtung oder eine Abschaltungseinrichtung, von sekundärseitig an dem Leistungstransformator angeschlossenen Verbrauchern (5,15) und Erzeugern (6,7) von elektrischer Energie umfasst.
14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13,
bei der die EinStelleinrichtung zur Einstellung des wenigstens einen Betriebsparameters einen Stufenschalter umfasst.
15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14,
bei der die EinStelleinrichtung (12) zentral in dem elektrischen Energieversorgungsnetz (3) angeordnet ist.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 15,
bei dem das elektrische Energieversorgungsnetz (3) ein Nie- derspannungsnetz oder ein Mittelspannungsnetz umfasst.
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