WO2024078852A1 - Device and method for monitoring an on-load tap changer - Google Patents

Device and method for monitoring an on-load tap changer Download PDF

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WO2024078852A1
WO2024078852A1 PCT/EP2023/076365 EP2023076365W WO2024078852A1 WO 2024078852 A1 WO2024078852 A1 WO 2024078852A1 EP 2023076365 W EP2023076365 W EP 2023076365W WO 2024078852 A1 WO2024078852 A1 WO 2024078852A1
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WO
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load tap
changer
tap changer
characteristic
acoustic signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/076365
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German (de)
French (fr)
Inventor
Anatoli Saveliev
Peter SCHMITTEN
Harald Hochmuth
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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Publication date
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    • H01H9/0005—Tap change devices
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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Definitions

  • the invention relates to a device for monitoring an on-load tap-changer and a method for monitoring an on-load tap-changer.
  • On-load tap-changers are known from the state of the art and are used to adjust the turns ratio of power transformers under load.
  • Corresponding power transformers, which are controlled by means of on-load tap-changers, have several winding taps for adjusting the turns ratio.
  • Arcs usually occur when the turns ratio is switched on a live power transformer using an on-load tap-changer. Over the operating life of the on-load tap-changer, these arcs lead to the contacts of the on-load tap-changer burning away, particularly in the case of oil-filled on-load tap-changers, which leads to repair and maintenance costs as the contacts burn away.
  • Direct measurements of contact wear for example by an invasive inspection of the on-load tap-changer, are currently the common practice for evaluating contact wear.
  • corresponding measurement methods are associated with a high level of effort, in particular the shutdown of the power transformer and the removal of parts of the on-load tap-changer.
  • the object of the invention is therefore to provide a device for monitoring an on-load tap-changer, which determines the contact wear of an on-load tap-changer in a simple manner, allows statements to be made on the need for maintenance and repair work and, in particular, eliminates the need to switch off the power transformer and remove parts of the on-load tap-changer to determine the wear.
  • Another object of the invention is to provide a method for monitoring an on-load tap-changer, which determines the wear of at least one contact in the on-load tap-changer safely, precisely and easily.
  • the invention proposes a device for monitoring an on-load tap changer.
  • the on-load tap changer comprises a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer.
  • the device comprises a measuring device which is designed to detect an acoustic signal from the on-load tap changer.
  • the device also comprises an evaluation device which is designed to:
  • the device makes it possible to determine the contact wear of at least one contact of the on-load tap changer using an acoustic signal and a previously determined wear model.
  • the acoustic signal can in particular include structure-borne noise or vibrations.
  • the measuring device has a sensor, in particular a sound transducer or an acceleration sensor.
  • the sound transducer or acceleration sensor is advantageously arranged near the on-load tap changer, in particular on the tap changer head or on the housing of the transformer.
  • the sound transducer or acceleration sensor is an electromagnetic, piezoelectric or piezoresistive sound transducer and/or a micro-electro-mechanical sensor, MEMS.
  • the evaluation device advantageously also comprises an input unit and/or an output unit and/or a communication unit.
  • the output unit can comprise, for example, a display or status LEDs.
  • the output unit can provide the results of the burn-up determination to a user or operator.
  • the evaluation device can also comprise a communication unit that makes it possible to communicate the results of the burn-up determination to other data processing devices, e.g. a cloud.
  • the invention proposes a method for monitoring an on-load tap changer.
  • the on-load tap changer comprises a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer, the method comprising:
  • the wear model according to the present invention serves to describe the characteristic wear patterns by the specific size of the contact wear and thus in particular establishes a relationship between characteristic wear patterns and contact wear.
  • the determined contact wear is compared with a specified limit value. If the predetermined limit value is exceeded, a message is issued by the evaluation unit.
  • the difference in wear between two contacts of the on-load tap changer can also be compared with a limit value. In this case, too, a message and/or recommended action is issued by the evaluation unit if the limit value is exceeded.
  • the method can also include determining a trend in contact wear.
  • a message and/or recommendation for action can be issued by the evaluation unit.
  • the message or recommended action can also include suggesting and/or taking action on the on-load tap-changer or transformer depending on the contact wear.
  • the recommended action can include, for example, maintenance, inspection, marking or decommissioning of the on-load tap-changer or transformer.
  • the recommended action can include, for example, an additional, particularly detailed, physical measurement of the contacts of the on-load tap-changer.
  • determining characteristic quantities for acoustic events includes generating a current envelope from the acoustic signal that depicts the intensity of the acoustic signal.
  • the increases in signal intensity (peaks on the curve) are identified and characterized.
  • Current peaks of the current envelope are determined using the envelope.
  • the peaks of the current envelope determined in this way can be compared with previously determined envelopes, which allows a more precise determination of characteristic quantities for acoustic events. allowed.
  • Characteristic quantities for acoustic events that are characteristic of the switching of an on-load tap-changer are in particular the amplitude of at least one peak of the acoustic signal, the time of a peak of the acoustic signal, the distance between two peaks of the acoustic signal, and the shape of a peak of the acoustic signal.
  • the comparison of the determined peaks of the current envelope with previously determined envelopes can in particular include the synchronization of the currently measured acoustic signal with previously measured acoustic signals using a labeling method.
  • acoustic events that have similarities in terms of appearance and position on the envelope are analyzed over several switching operations. This is made possible by the fact that comparable mechanical processes occur with each switching operation of the on-load tap changer, which lead to similar acoustic phenomena during the course of a switching operation.
  • characteristic wear patterns of the on-load tap-changer are also taken into account.
  • Characteristic wear patterns describe the electrical and/or thermal and/or mechanical and/or other loads that the on-load tap-changer can experience during a switchover and which can affect the switching behavior and thus the noise generated during a switchover.
  • Corresponding loads that can be taken into account in the characteristic wear patterns are in particular the load current, the step voltage, the operating voltage, the top oil temperature of the transformer, the current position of the on-load tap-changer, the number of switching operations carried out so far, carrying out a switching operation under load or carrying out a switching operation without load, the phase position of current and voltage in the on-load tap-changer, the properties of the insulating medium in the on-load tap-changer, the temperature of the insulating medium of the on-load tap-changer, and the switching direction of the switching process.
  • the characteristic wear patterns can be generated in different ways.
  • the characteristic wear patterns can be determined using data measured in real time, using historical measurement data, using information on the type, year of manufacture, etc. of the on-load tap-changer, using simulated data or using historical test and inspection results.
  • the data provided can They can be stored locally on the evaluation device or made available in a higher-level data processing system, such as a cloud, and communicated to the evaluation device.
  • characteristic reference quantities are additionally used to determine the burn-off model, which are determined on the basis of acoustic reference signals.
  • the burn-off model used to determine the contact burn-off is a regression model, in particular a linear multivariate regression or a non-linear regression or a neural network.
  • Fig. 1 is a schematic view of the device according to the invention for monitoring an on-load tap changer.
  • Fig.2 a/b a schematic view of a load changeover switch and an exemplary
  • Fig.3 shows a schematic sequence of the method according to the invention
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for monitoring an on-load tap changer 2.
  • the on-load tap changer 2 is installed in a transformer tank 3.
  • the on-load tap changer 2 has a load changeover switch 21 with a spring energy store 22 and a selector 23.
  • a motor drive 4 is arranged on the side of the transformer tank 3.
  • the motor drive 4 has a housing 41 in which a motor 42 is arranged, which is connected to the on-load tap changer 2 via a drive shaft train 43.
  • the motor 42 drives the on-load tap changer 2 via the drive shaft train 43.
  • the selector 23 is first actuated, with a winding tap to be connected being preselected by a corresponding selector arm.
  • the spring energy store 22 is wound up. At a defined point in time/moment in time, the spring energy store 22 is unlatched and suddenly releases the energy previously stored when it was wound up. This energy is used to operate the load changeover switch 21 and in particular the contact arrangement of the load changeover switch 21.
  • the device 1 has means or is capable of determining or detecting an acoustic signal that is generated when the contact arrangement of the load diverter switch 21 is actuated.
  • the device comprises a measuring device 6, which for example, includes a sensor.
  • the measuring device 6 is preferably arranged near the on-load tap changer 2, preferably near the load diverter switch 21, in particular near the spring energy store 22, preferably on the housing of the transformer 3 or on the cover or head of the on-load tap changer 2.
  • the sensor of the measuring device 6 can, for example, be designed as an acceleration sensor (e.g. as a piezo sensor or as a MEMS sensor). Furthermore, other sensors, e.g. optical vibration sensors or other known sensors, are also conceivable.
  • the device also has an evaluation device 11 which is connected to the measuring device 6 by cable or wirelessly.
  • the evaluation device 11 is designed to evaluate and/or record the acoustic signals.
  • the evaluation device 11 can be arranged on the transformer 3 or away from the transformer 3. Parts of the measuring device 6 can also be arranged on the transformer 3 or away from it.
  • the evaluation device 11 can further be integrated in the housing 41 of the motor drive 4, or arranged in a separate housing on the transformer 3.
  • the method according to the invention is carried out by means of the evaluation device 11 or the device carries out the method.
  • the evaluation device 11 can record and evaluate the raw data recorded by the measuring device 6.
  • the method according to the invention is carried out in the evaluation device 11.
  • the measuring device is equipped with appropriate means to record and process the respective raw data of the signals.
  • several measuring devices 6 can be provided.
  • the load changeover switch 21 shown as an example comprises a plurality of contacts (MCa, MSCa, TCa1, TCa2, TCb2, TCb1, MSCb MCb) according to Figure 2a.
  • the permanent main contacts MCa and MCb carry the load current IL. If switching is to take place from a first transformer tap n to a second transformer tap n+1, the permanent main contacts MCa, MCb, the switching contacts MSCa, MSCb and the resistance contacts TCa1, TCa2, TCb2, TCb1 are actuated according to the exemplary switching sequence in Figure 2b.
  • the contact MCa Before switching begins, the contact MCa carries the load current IL. After switching has taken place according to the switching sequence in Figure 2b, the transformer tap n+1 is connected and the permanent main contact MCb carries the load current IL. During the switching process, arcs occur in particular at the switching contacts MSCx and the resistance contacts TCx1, TCx2, which persist for the lifetime of the transformer and the on-load tap changer 2. lead to corresponding contact burn-off.
  • the device shown in Figure 1 carries out the inventive method for monitoring an on-load tap-changer 2.
  • the inventive method is shown abstractly in Figure 3.
  • an acoustic signal AS is recorded using the measuring device 6.
  • several acoustic signals AS from several measuring devices 6 can be used, with the signals then being combined to form an acoustic signal AS. This takes place in the evaluation device 11 or in a separate unit in the course of a preprocessing procedure.
  • a step 101 the raw data from the acoustic signal AS of the measuring device 6 are further processed.
  • the processing of the acoustic signal AS includes the determination of characteristic quantities CG from the acoustic signal AS.
  • an envelope curve is first formed from the acoustic signal AS, for example by means of a wavelet analysis.
  • the envelope curve represents the energy of the vibrations in a frequency range.
  • Peaks of the envelope are then determined using the envelope. From the envelope, in particular the peaks, appropriate conclusions can be drawn about the behavior or state of the diverter switch 21, since mechanical events (such as the opening or closing of a contact) are directly related to the corresponding acoustic events (peaks in the envelope).
  • the peaks determined in this way are further evaluated in step 101 and the characteristic variables CG for acoustic events in the on-load tap changer 2 are determined from the peaks.
  • the characteristic variables CG for acoustic events in the on-load tap changer 2 are in particular the amplitude of the peak, the time of the peak, the shape of a peak and, if applicable, the distance between two peaks.
  • characteristic variables CG In order to improve the quality of the determined characteristic variables CG, several switching operations of the on-load tap changer 2 can also be evaluated. In this case, several envelopes are synchronized with one another in time in step 101 so that the deviation of the peaks of the individual measurements is minimized.
  • the characteristic quantities CG for acoustic events in the on-load tap-changer 2 can then be averaged over several switching operations.
  • characteristic reference quantities CRG are determined in a step 102a. In this step, the raw data of an acoustic reference signal ARS are processed. Acoustic reference signals can in turn represent the acoustic events during a tap changeover.
  • the acoustic reference signals can be recorded, for example, during a tap changeover test in a test environment or during commissioning of the tap changer or during a learning phase of the method according to the invention.
  • the acoustic reference signals can be recorded either by separate measuring devices or by the measuring system 6.
  • the characteristic reference quantities CRG are determined in a similar way to the determination of the characteristic quantities CG.
  • characteristic wear patterns CA of the on-load tap-changer 2 are determined in advance or independently of time.
  • characteristic wear patterns CA are determined depending on the electrical, thermal, mechanical and other operating conditions or loads prevailing in the on-load tap-changer.
  • Characteristic wear patterns CA define the acoustic behavior of the on-load tap-changer 2 depending on the prevailing operating conditions, e.g.
  • the characteristic wear patterns CA can be determined by the evaluation unit 11, alternatively or additionally, characteristic wear patterns can also be determined in a separate data processing system or cloud application. In addition, a large number of data sources can be used to determine the characteristic wear patterns CA.
  • the characteristic wear patterns CA can be determined using data measured in real time, using historical measurement data, using type information on the on-load tap-changer 2, using data determined by simulation or using historical test results. Furthermore, data and information from just one on-load tap-changer 2 or a fleet of on-load tap-changers or even from different types of on-load tap-changers can be used to determine the characteristic wear patterns CA.
  • a burn-off model is created in step 103 which depicts a correlation between the characteristic wear patterns CA, the characteristic reference variables CRG and the characteristic variables CG determined in step 101.
  • the burn-off model AM is preferably a regression model, in particular a linear multivariate regression model or a non-linear regression model or a neural network.
  • a next step 104 the current wear of the contacts of the diverter switch 21 is determined based on the characteristic quantities CG determined in step 101 and the wear model AM determined in step 103.
  • the evaluation unit provides an evaluation and/or a recommendation for action for a user.
  • This can include, for example, the output of the contact wear KA values for a user on site on a display or the communication of the determined values for the contact wear to a higher-level data processing device.
  • the evaluation device 11 can also issue further recommendations for action, such as for maintenance, inspection, marking, decommissioning, etc. of the tap changer or transformer.
  • the evaluation device 11 can also generate a short, medium or long-term trend of the contact wear KA of the contacts of the load tap changer 2, which is made available to a user accordingly and can form the basis for further actions or recommendations for action.

Landscapes

  • Protection Of Transformers (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)

Abstract

Device for monitoring an on-load tap changer The on-load tap changer comprises a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer. The device comprises a measuring unit which is designed to detect an acoustic signal of the on-load tap changer. The device also comprises an evaluation unit which is designed such that, from the acoustic signal representing a switching of the on-load tap changer, it determines characteristic variables for acoustic events in the on-load tap changer within a switching process. A wear model is also determined based on previously determined characteristic degradation patterns and the wear of at least one contact of the on-load tap changer is determined based on the characteristic variables and the wear model.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters Device and method for monitoring an on-load tap changer
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters. The invention relates to a device for monitoring an on-load tap-changer and a method for monitoring an on-load tap-changer.
Laststufenschalter sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zur Einstellung des Windungsverhältnisses von Leistungstransformatoren unter Last. Entsprechende Leistungstransformatoren, die mittels Laststufenschalter geregelt werden, verfügen über mehrere Wicklungsanzapfungen zur Einstellung des Windungsverhältnisses. Üblicherweise entstehen beim Umschalten des Windungsverhältnisses an einem spannungsführenden Leistungstransformator mithilfe eines Laststufenschalters Lichtbögen. Über die Betriebsdauer des Laststufenschalters führen diese Lichtbögen, insbesondere bei Laststufenschaltern in Öltechnologie, zum Abbrand der Kontakte des Laststufenschalters, was bei fortschreitendem Kontaktabbrand zu Reparatur- und Wartungsaufwand führt. On-load tap-changers are known from the state of the art and are used to adjust the turns ratio of power transformers under load. Corresponding power transformers, which are controlled by means of on-load tap-changers, have several winding taps for adjusting the turns ratio. Arcs usually occur when the turns ratio is switched on a live power transformer using an on-load tap-changer. Over the operating life of the on-load tap-changer, these arcs lead to the contacts of the on-load tap-changer burning away, particularly in the case of oil-filled on-load tap-changers, which leads to repair and maintenance costs as the contacts burn away.
Direkte Messungen des Kontaktabbrands, beispielsweise durch eine invasive Inspektion des Laststufenschalters, stellen aktuell die gängige Praxis zur Bewertung des Kontaktabbrands dar. Allerdings sind entsprechende Messverfahren mit hohem Aufwand, insbesondere der Abschaltung des Leistungstransformators sowie dem Ausbau von Teilen des Laststufenschalters, verbunden. Direct measurements of contact wear, for example by an invasive inspection of the on-load tap-changer, are currently the common practice for evaluating contact wear. However, corresponding measurement methods are associated with a high level of effort, in particular the shutdown of the power transformer and the removal of parts of the on-load tap-changer.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters zu schaffen, die den Kontaktabbrand eines Laststufenschalters auf einfache Art und Weise bestimmt, Aussagen zur Notwendigkeit von Wartungs- und Reparaturarbeiten zulässt und insbesondere die Notwendigkeit zur Abschaltung des Leistungstransformators und den Ausbau von Teilen des Laststufenschalters zur Abbrandbestimmung behebt. The object of the invention is therefore to provide a device for monitoring an on-load tap-changer, which determines the contact wear of an on-load tap-changer in a simple manner, allows statements to be made on the need for maintenance and repair work and, in particular, eliminates the need to switch off the power transformer and remove parts of the on-load tap-changer to determine the wear.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved with a device according to claim 1. The features of the subclaims form advantageous developments of the invention.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters zu schaffen, welches den Abbrand mindestens eines Kontakts im Laststufenschalter sicher, präzise und einfach ermittelt. Another object of the invention is to provide a method for monitoring an on-load tap-changer, which determines the wear of at least one contact in the on-load tap-changer safely, precisely and easily.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 4 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by a method according to claim 4. The features of the subclaims form advantageous developments of the invention.
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters vor. Der Laststufenschalter umfasst dabei eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators. Die Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein akustisches Signal des Laststufenschalters zu erfassen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist: According to a first aspect, the invention proposes a device for monitoring an on-load tap changer. The on-load tap changer comprises a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer. The device comprises a measuring device which is designed to detect an acoustic signal from the on-load tap changer. The device also comprises an evaluation device which is designed to:
- Aus dem akustischen Signal, das eine Umschaltung des Laststufenschalters repräsentiert, charakteristische Größen für akustische Ereignisse im Laststufenschalter innerhalb eines Umschaltvorgangs zu bestimmen; ein Abbrandmodel anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster zu ermitteln und den Abbrand mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen und des Abbrandmodels zu bestimmen - To determine characteristic quantities for acoustic events in the on-load tap-changer within a switching process from the acoustic signal that represents a switching of the on-load tap-changer; to determine a wear model based on previously determined characteristic wear patterns and to determine the wear of at least one contact of the on-load tap-changer based on the characteristic quantities and the wear model
Die Vorrichtung ermöglicht es, den Kontaktabbrand mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand eines akustischen Signals, sowie anhand eines vorab ermittelten Abbrandmodels zu ermitteln. Das akustische Signal kann dabei insbesondere Körperschall oder Vibrationen umfassen. Zur Erfassung des akustischen Signals verfügt die Messeinrichtung über einen Sensor insbesondere einen Schallwandler oder einen Beschleunigungssensor. Der Schallwandler oder Beschleunigungssensor ist dabei vorteilhafterweise in der Nähe des Laststufenschalters insbesondere am Stufenschalterkopf oder am Gehäuse des Transformators angeordnet. The device makes it possible to determine the contact wear of at least one contact of the on-load tap changer using an acoustic signal and a previously determined wear model. The acoustic signal can in particular include structure-borne noise or vibrations. To detect the acoustic signal, the measuring device has a sensor, in particular a sound transducer or an acceleration sensor. The sound transducer or acceleration sensor is advantageously arranged near the on-load tap changer, in particular on the tap changer head or on the housing of the transformer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Schallwandler oder Beschleunigungssensor ein elektromagnetischer, piezoelektrischer oder piezoresistiver Schallwandler und/oder ein mikro-elektro-mechanischer Sensor, MEMS. According to at least one embodiment, the sound transducer or acceleration sensor is an electromagnetic, piezoelectric or piezoresistive sound transducer and/or a micro-electro-mechanical sensor, MEMS.
Die Auswerteeinrichtung umfasst vorteilhafterweise weiterhin eine Eingabeeinheit und/oder eine Ausgabeeinheit und/oder eine Kommunikationseinheit. Die Ausgabeeinheit kann beispielsweise ein Display oder Status-LEDs umfassen. Die Ausgabeeinheit können die Ergebnisse der Abbrandbestimmung einem Nutzer oder Bediener zur Verfügung gestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung auch eine Kommunikationseinheit umfassen, die es ermöglicht, die Ergebnisse der Abbrandbestimmung an weitere Datenverarbeitungseinrichtungen z.B. eine Cloud zu kommunizieren. The evaluation device advantageously also comprises an input unit and/or an output unit and/or a communication unit. The output unit can comprise, for example, a display or status LEDs. The output unit can provide the results of the burn-up determination to a user or operator. Alternatively or additionally, the evaluation device can also comprise a communication unit that makes it possible to communicate the results of the burn-up determination to other data processing devices, e.g. a cloud.
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters vor. Der Laststufenschalter umfasst dabei eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators, wobei das Verfahren umfasst: According to a second aspect, the invention proposes a method for monitoring an on-load tap changer. The on-load tap changer comprises a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer, the method comprising:
Erfassen eines akustischen Signals während eines Umschaltvorgangs des Laststufenschalters; Bestimmen von charakteristischen Größen für akustische Ereignisse im Laststufenschalter innerhalb eines Umschaltvorgangs anhand des erfassten akustischen Signals Detecting an acoustic signal during a switching operation of the on-load tap-changer; Determination of characteristic quantities for acoustic events in the on-load tap-changer during a switching process based on the recorded acoustic signal
Ermitteln eines Abbrandmodels anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster Determination of a burn-off model based on previously determined characteristic wear patterns
Bestimmen des Abbrands mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen und des Abbrandmodels Determining the burn-off of at least one contact of the on-load tap-changer based on the characteristic quantities and the burn-off model
Das Abbrandmodel gemäß der vorliegenden Erfindung dient dabei zur Beschreibung der charakteristischen Abnutzungsmuster durch die spezifische Größe des Kontaktabbrands und stellt somit insbesondere einen Bezug zwischen charakteristischen Abnutzungsmustern und Kontaktabbrand her. The wear model according to the present invention serves to describe the characteristic wear patterns by the specific size of the contact wear and thus in particular establishes a relationship between characteristic wear patterns and contact wear.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der bestimmte Kontaktabbrand mit einem festgelegten Grenzwert verglichen. Wird der vorab festgelegte Grenzwert überschritten, wird durch die Auswerteeinheit eine Meldung ausgegeben. Alternativ kann auch die Differenz des Abbrands zwischen zwei Kontakten des Laststufenschalters mit einem Grenzwert verglichen werden. Auch in diesem wird bei Überschreiten des Grenzwertes eine Meldung und/oder Handlungsempfehlung durch die Auswerteeinheit ausgegeben. According to at least one embodiment, the determined contact wear is compared with a specified limit value. If the predetermined limit value is exceeded, a message is issued by the evaluation unit. Alternatively, the difference in wear between two contacts of the on-load tap changer can also be compared with a limit value. In this case, too, a message and/or recommended action is issued by the evaluation unit if the limit value is exceeded.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Bestimmung eines Trends des Kontaktabbrands vom Verfahren umfasst sein. Auch hier kann für den Fall, dass der Trend des Kontaktabbrands einen vorher definierten Grenzwert überschreitet eine Meldung und/oder Handlungsempfehlung durch die Auswerteeinheit ausgegeben werden. Alternatively or additionally, the method can also include determining a trend in contact wear. Here too, if the trend in contact wear exceeds a previously defined limit, a message and/or recommendation for action can be issued by the evaluation unit.
Die Meldung bzw. Handlungsempfehlung kann dabei weiterhin das Vorschlägen und/oder Vornehmen einer Handlung am Laststufenschalter oder Transformator in Abhängigkeit des Kontaktabbrands umfassen. Die Handlungsempfehlung kann beispielsweise eine Wartung, Überprüfung, Markierung oder Stilllegung des Laststufenschalters oder Transformators umfassen. Die Handlungsempfehlung kann beispielsweise eine zusätzliche, insbesondere detaillierte physische Messung der Kontakte des Laststufenschalters umfassen. The message or recommended action can also include suggesting and/or taking action on the on-load tap-changer or transformer depending on the contact wear. The recommended action can include, for example, maintenance, inspection, marking or decommissioning of the on-load tap-changer or transformer. The recommended action can include, for example, an additional, particularly detailed, physical measurement of the contacts of the on-load tap-changer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen von charakteristischen Größen für akustische Ereignisse das Erzeugen einer aktuellen Hüllkurve aus dem akustischen Signal, die die Intensität des akustischen Signals abbildet. Die Erhöhungen der Signalintensität (Peaks auf der Kurve) werden identifiziert und charakterisiert. Anhand der Hüllkurve werden aktuelle Peaks der aktuellen Hüllkurve bestimmt. Weiterhin können die so ermittelten Peaks der aktuellen Hüllkurve mit vorab ermittelten Hüllkurven abgeglichen werden was eine genauere Ermittlung von charakteristischen Größen für akustische Ereignisse erlaubt. According to at least one embodiment, determining characteristic quantities for acoustic events includes generating a current envelope from the acoustic signal that depicts the intensity of the acoustic signal. The increases in signal intensity (peaks on the curve) are identified and characterized. Current peaks of the current envelope are determined using the envelope. Furthermore, the peaks of the current envelope determined in this way can be compared with previously determined envelopes, which allows a more precise determination of characteristic quantities for acoustic events. allowed.
Charakteristische Größen für akustische Ereignisse, die für die Umschaltung eines Laststufenschalters charakteristisch sind, sind dabei insbesondere die Amplitude mindestens eines Peaks des akustischen Signals, der Zeitpunkt eines Peaks des akustischen Signals, der Abstand zwischen zwei Peaks des akustischen Signals, sowie die Form eines Peaks des akustischen Signals. Characteristic quantities for acoustic events that are characteristic of the switching of an on-load tap-changer are in particular the amplitude of at least one peak of the acoustic signal, the time of a peak of the acoustic signal, the distance between two peaks of the acoustic signal, and the shape of a peak of the acoustic signal.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Abgleich der ermittelten Peaks der aktuellen Hüllkurve mit vorab ermittelten Hüllkurven insbesondere die Synchronisation des aktuell gemessenen akustischen Signals mit vorab gemessenen akustischen Signalen anhand eines Labeling-Verfahrens umfassen. Mit anderen Worten werden akustische Ereignisse, die hinsichtlich Erscheinen und Position auf der Hüllkurve Ähnlichkeiten aufweisen über mehrere Umschaltungen hinweg analysiert. Dies wird dadurch ermöglicht, dass bei jeder Schalthandlung des Laststufenschalters vergleichbare mechanische Prozesse auftreten, die zu ähnlichen akustischen Phänomenen im Verlauf einer Umschaltung führen. According to at least one embodiment, the comparison of the determined peaks of the current envelope with previously determined envelopes can in particular include the synchronization of the currently measured acoustic signal with previously measured acoustic signals using a labeling method. In other words, acoustic events that have similarities in terms of appearance and position on the envelope are analyzed over several switching operations. This is made possible by the fact that comparable mechanical processes occur with each switching operation of the on-load tap changer, which lead to similar acoustic phenomena during the course of a switching operation.
Zur Bestimmung des Kontaktabbrands anhand der charakteristischen Größen für akustische Ereignisse werden weiterhin charakteristische Abnutzungsmuster des Laststufenschalters berücksichtigt. Charakteristische Abnutzungsmuster beschreiben dabei die elektrischen und/oder thermischen und/oder mechanischen und/oder sonstigen Belastungen, die der Laststufenschalter während einer Umschaltung erfahren kann und die sich auf das Schaltverhalten und somit auf die Geräuschentwicklung innerhalb einer Umschaltung auswirken können. To determine the contact wear based on the characteristic quantities for acoustic events, characteristic wear patterns of the on-load tap-changer are also taken into account. Characteristic wear patterns describe the electrical and/or thermal and/or mechanical and/or other loads that the on-load tap-changer can experience during a switchover and which can affect the switching behavior and thus the noise generated during a switchover.
Entsprechende Belastungen, die in den charakteristischen Abnutzungsmustern berücksichtigt werden können sind dabei insbesondere der Laststrom, die Stufenspannung, die Betriebsspannung, die Top-Oil-Temperatur des Transformators, die aktuelle Stellung des Laststufenschalters, die Anzahl der bisher durchgeführten Umschaltungen, Durchführung einer Schaltung unter Last bzw. Durchführung einer Schaltung ohne Last, die Phasenlage von Strom und Spannung im Laststufenschalter, die Eigenschaften des Isoliermediums im Laststufenschalter, die Temperatur des Isoliermediums des Laststufenschalters, sowie die Schaltrichtung des Umschaltvorgangs. Corresponding loads that can be taken into account in the characteristic wear patterns are in particular the load current, the step voltage, the operating voltage, the top oil temperature of the transformer, the current position of the on-load tap-changer, the number of switching operations carried out so far, carrying out a switching operation under load or carrying out a switching operation without load, the phase position of current and voltage in the on-load tap-changer, the properties of the insulating medium in the on-load tap-changer, the temperature of the insulating medium of the on-load tap-changer, and the switching direction of the switching process.
Die charakteristischen Abnutzungsmuster können auf verschiedene Art und Weise generiert werden. So können die charakteristischen Abnutzungsmuster anhand von in Echtzeit gemessenen Daten, anhand historischer Messdaten, anhand von Informationen zum Typ, Baujahr, etc. des Laststufenschalters, anhand von simulierten Daten oder auch anhand historischer Test- und Prüfungsergebnisse ermittelt werden. Die angeführten Daten können dabei lokal auf der Auswerteeinrichtung hinterlegt werden oder in einem übergeordneten Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einer Cloud, zur Verfügung gestellt werden und an die Auswerteeinrichtung kommuniziert werden. The characteristic wear patterns can be generated in different ways. The characteristic wear patterns can be determined using data measured in real time, using historical measurement data, using information on the type, year of manufacture, etc. of the on-load tap-changer, using simulated data or using historical test and inspection results. The data provided can They can be stored locally on the evaluation device or made available in a higher-level data processing system, such as a cloud, and communicated to the evaluation device.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zur Ermittlung des Abbrandmodels zusätzlich charakteristische Referenzgrößen herangezogen, die anhand von akustischen Referenzsignalen ermittelt werden. According to at least one embodiment, characteristic reference quantities are additionally used to determine the burn-off model, which are determined on the basis of acoustic reference signals.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem zur Bestimmung des Kontaktabbrands benutzten Abbrandmodels um ein Regressionsmodell insbesondere eine lineare multivariate Regression oder eine nicht-lineare Regression oder ein neuronales Netz. According to at least one embodiment, the burn-off model used to determine the contact burn-off is a regression model, in particular a linear multivariate regression or a non-linear regression or a neural network.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen: The invention and its advantages are described in more detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters. Fig. 1 is a schematic view of the device according to the invention for monitoring an on-load tap changer.
Fig.2 a/b eine schematische Ansicht eines Lastumschalters sowie einen exemplarischenFig.2 a/b a schematic view of a load changeover switch and an exemplary
Schaltablauf Switching sequence
Fig.3 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens Fig.3 shows a schematic sequence of the method according to the invention
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Überwachung eines Laststufenschalters 2. Der Laststufenschalter 2 ist in einem Transformatorkessel 3 eingebaut. Der Laststufenschalter 2 weist einen Lastumschalter 21 mit einem Federenergiespeicher 22 und einem Wähler 23 auf. Seitlich am T ransformatorkessel 3 ist ein Motorantrieb 4 angeordnet. Der Motorantrieb 4 weist ein Gehäuse 41 auf, in dem ein Motor 42 angeordnet ist, der über einen Antriebswellenzug 43 mit dem Laststufenschalter 2 verbunden ist. Zum Durchführen einer Umschaltung treibt der Motor 42 den Laststufenschalter 2 über den Antriebswellenzug 43 an. Während der Umschaltung wird zunächst der Wähler 23 betätigt, wobei eine zu beschaltende Wicklungsanzapfung durch einen entsprechenden Wählerarm vorgewählt wird. Parallel dazu wird der Federenergiespeicher 22 aufgezogen. An einem definierten Zeitpunkt/Zeitmoment wird der Federenergiespeicher 22 entklinkt und gibt die vorher beim Aufziehen gespeicherte Energie schlagartig frei. Mit dieser Energie wird der Lastumschalter 21 und insbesondere die Kontaktanordnung des Lastumschalters 21 betätigt. Figure 1 shows a device 1 according to the invention for monitoring an on-load tap changer 2. The on-load tap changer 2 is installed in a transformer tank 3. The on-load tap changer 2 has a load changeover switch 21 with a spring energy store 22 and a selector 23. A motor drive 4 is arranged on the side of the transformer tank 3. The motor drive 4 has a housing 41 in which a motor 42 is arranged, which is connected to the on-load tap changer 2 via a drive shaft train 43. To carry out a switchover, the motor 42 drives the on-load tap changer 2 via the drive shaft train 43. During the switchover, the selector 23 is first actuated, with a winding tap to be connected being preselected by a corresponding selector arm. At the same time, the spring energy store 22 is wound up. At a defined point in time/moment in time, the spring energy store 22 is unlatched and suddenly releases the energy previously stored when it was wound up. This energy is used to operate the load changeover switch 21 and in particular the contact arrangement of the load changeover switch 21.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist Mittel auf, bzw. ist in der Lage ein akustisches Signal, das bei der Betätigung der Kontaktanordnung des Lastumschalters 21 entsteht zu bestimmen oder zu erfassen. Hierzu umfasst die Vorrichtung eine Messeinrichtung 6, welche beispielsweise einen Sensor umfasst. The device 1 according to the invention has means or is capable of determining or detecting an acoustic signal that is generated when the contact arrangement of the load diverter switch 21 is actuated. For this purpose, the device comprises a measuring device 6, which for example, includes a sensor.
Die Messeinrichtung 6 ist vorzugsweise in der Nähe des Laststufenschalters 2, vorzugsweise in der Nähe des Lastumschalters 21 , insbesondere in der Nähe des Federenergiespeichers 22, vorzugsweise auf dem Gehäuse des Transformators 3 oder am Deckel oder Kopf des Laststufenschalters 2 angeordnet. Der Sensor der Messeinrichtung 6 kann beispielsweise als Beschleunigungssensor (z.B, als Piezo-Sensor oder als MEMS-Sensor) ausgebildet sein. Weiterhin sind auch andere Sensoren z.B. optische Vibrationssensoren oder sonstige bekannte Sensoren denkbar. Die Vorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinrichtung 11 auf, welche kabelgebunden oder kabellos mit der Messeinrichtung 6 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 11 ist zum Auswerten und/oder Erfassen der akustischen Signale ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung 11 kann am Transformator 3 oder entfernt vom Transformator 3 angeordnet sein. Teile der Messeinrichtung 6 können ebenfalls am Transformator 3 oder entfernt davon angeordnet sein. Die Auswerteeinrichtung 11 kann weiterhin im Gehäuse 41 des Motorantriebs 4 integriert sein, oder in einem separaten Gehäuse am Transformator 3 angeordnet sein. The measuring device 6 is preferably arranged near the on-load tap changer 2, preferably near the load diverter switch 21, in particular near the spring energy store 22, preferably on the housing of the transformer 3 or on the cover or head of the on-load tap changer 2. The sensor of the measuring device 6 can, for example, be designed as an acceleration sensor (e.g. as a piezo sensor or as a MEMS sensor). Furthermore, other sensors, e.g. optical vibration sensors or other known sensors, are also conceivable. The device also has an evaluation device 11 which is connected to the measuring device 6 by cable or wirelessly. The evaluation device 11 is designed to evaluate and/or record the acoustic signals. The evaluation device 11 can be arranged on the transformer 3 or away from the transformer 3. Parts of the measuring device 6 can also be arranged on the transformer 3 or away from it. The evaluation device 11 can further be integrated in the housing 41 of the motor drive 4, or arranged in a separate housing on the transformer 3.
Weiterhin wird mittels der Auswerteeinrichtung 11 das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt bzw. die Vorrichtung führt das Verfahren aus. Die Auswerteeinrichtung 11 kann dabei die erfassten Rohdaten der Messeinrichtung 6 erfassen und auswerten. Alternativ wird in der Auswerteeinrichtung 11 nur das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt. In diesem Fall ist die Messeinrichtung mit entsprechenden Mitteln ausgestattet, um die jeweiligen Rohdaten der Signale zu erfassen und aufzubereiten. Optional können mehrere Messeinrichtungen 6 vorgesehen sein. Furthermore, the method according to the invention is carried out by means of the evaluation device 11 or the device carries out the method. The evaluation device 11 can record and evaluate the raw data recorded by the measuring device 6. Alternatively, only the method according to the invention is carried out in the evaluation device 11. In this case, the measuring device is equipped with appropriate means to record and process the respective raw data of the signals. Optionally, several measuring devices 6 can be provided.
Eine mögliche Betätigung des Lastumschalters 21 ist in den Figuren 2a und 2b dargestellt. Der beispielhaft gezeigte Lastumschalter 21 umfasst eine Mehrzahl von Kontakten (MCa, MSCa, TCa1 , TCa2, TCb2, TCb1 , MSCb MCb) gemäß Figur 2a. Im Dauerbetrieb, also so lange keine Umschaltung erfolgt, führen die Dauerhauptkontakte MCa bzw. MCb den Laststrom IL. Soll von einer ersten Transformatoranzapfung n auf eine zweite Transformatoranzapfung n+1 umgeschaltet werden, werden die Dauerhauptkontakte MCa, MCb, die Schaltkontakte MSCa, MSCb sowie die Widerstandskontakte TCa1 , TCa2, TCb2, TCb1 gemäß des exemplarischen Schaltablaufs der Figur 2b betätigt. Vor Beginn der Umschaltung führt dabei der Kontakt MCa den Laststrom IL. Nach erfolgter Umschaltung gemäß des Schaltablaufs der Figur 2b ist die Transformatoranzapfung n+1 beschältet und der Dauerhauptkontakt MCb führt den Laststrom IL. Insbesondere an den Schaltkontakten MSCx, sowie den Widerstandskontakten TCx1 , TCx2 treten während des Umschaltvorgangs Lichtbögen auf, die über die Lebensdauer des Transformators sowie des Laststufenschalters 2 zu entsprechendem Kontaktabbrand führen. One possible operation of the load changeover switch 21 is shown in Figures 2a and 2b. The load changeover switch 21 shown as an example comprises a plurality of contacts (MCa, MSCa, TCa1, TCa2, TCb2, TCb1, MSCb MCb) according to Figure 2a. In continuous operation, i.e. as long as no switching takes place, the permanent main contacts MCa and MCb carry the load current IL. If switching is to take place from a first transformer tap n to a second transformer tap n+1, the permanent main contacts MCa, MCb, the switching contacts MSCa, MSCb and the resistance contacts TCa1, TCa2, TCb2, TCb1 are actuated according to the exemplary switching sequence in Figure 2b. Before switching begins, the contact MCa carries the load current IL. After switching has taken place according to the switching sequence in Figure 2b, the transformer tap n+1 is connected and the permanent main contact MCb carries the load current IL. During the switching process, arcs occur in particular at the switching contacts MSCx and the resistance contacts TCx1, TCx2, which persist for the lifetime of the transformer and the on-load tap changer 2. lead to corresponding contact burn-off.
Basierend auf der Tatsache, dass das Vibrationsmuster bzw. die Geräuschentwicklung einer Umschaltoperation eines Laststufenschalters durch den Zustand des Laststufenschalters insbesondere auch durch den Zustand der Kontakte beeinflusst wird, führt die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters 2 durch. Das erfindungsgemäße Verfahren ist abstrakt in Figur 3 dargestellt. Based on the fact that the vibration pattern or the noise development of a switching operation of an on-load tap-changer is influenced by the state of the on-load tap-changer, in particular by the state of the contacts, the device shown in Figure 1 carries out the inventive method for monitoring an on-load tap-changer 2. The inventive method is shown abstractly in Figure 3.
Während einer Umschaltung (beispielsweise gemäß dem Schaltablauf nach Figur 2a / 2b) wird ein akustisches Signal AS mit Hilfe der Messeinrichtung 6 erfasst. Alternativ können mehrere akustische Signale AS mehrerer Messeinrichtungen 6 verwendet werden, wobei die Signale dann zu einem akustischen Signal AS zusammengefasst werden. Dies erfolgt in der Auswerteeinrichtung 11 oder in einer separaten Einheit im Zuge einer Vorverarbeitungsprozedur. During a switchover (for example according to the switching sequence according to Figure 2a / 2b), an acoustic signal AS is recorded using the measuring device 6. Alternatively, several acoustic signals AS from several measuring devices 6 can be used, with the signals then being combined to form an acoustic signal AS. This takes place in the evaluation device 11 or in a separate unit in the course of a preprocessing procedure.
In einem Schritt 101 werden die Rohdaten aus dem akustischen Signal AS der Messeinrichtung 6 weiterverarbeitet. Die Verarbeitung des akustischen Signals AS umfasst dabei die Ermittlung charakteristischer Größen CG aus dem akustischen Signal AS. Hierzu wird aus dem akustischen Signal AS zunächst, beispielsweise mittels einer Wavelet-Analyse, eine Hüllkurve gebildet. Die Hüllkurve bildet die Energie der Schwingungen in einem Frequenzbereich ab. In a step 101, the raw data from the acoustic signal AS of the measuring device 6 are further processed. The processing of the acoustic signal AS includes the determination of characteristic quantities CG from the acoustic signal AS. To do this, an envelope curve is first formed from the acoustic signal AS, for example by means of a wavelet analysis. The envelope curve represents the energy of the vibrations in a frequency range.
Anhand der Hüllkurve werden dann Peaks der Hüllkurve bestimmt. Aus der Hüllkurve, insbesondere den Peaks, lassen sich entsprechende Rückschlüsse auf das Verhalten bzw. den Zustand des Lastumschalters 21 ziehen, da mechanische Ereignisse (wie z.B. das Öffnen oder Schließen eines Kontakts) direkt mit den entsprechenden akustischen Ereignissen (Peaks in der Hüllkurve) in Verbindung stehen. Die so ermittelten Peaks werden im Rahmen des Schrittes 101 weiter ausgewertet und aus den Peaks die charakteristischen Größen CG für akustische Ereignisse im Laststufenschalter 2 bestimmt. Die charakteristischen Größen CG für akustische Ereignisse im Laststufenschalter 2 sind dabei insbesondere die Amplitude des Peaks, der Zeitpunkt des Peaks, die Form eines Peaks sowie ggf. auch der Abstand zwischen zwei Peaks. Um die Qualität der ermittelten charakteristischen Größen CG zu verbessern können auch mehrere Schalthandlungen des Laststufenschalters 2 ausgewertet werden. In diesem Fall erfolgt im Rahmen des Schrittes 101 eine zeitliche Synchronisierung mehrerer Hüllkurven zueinander, so dass die Abweichung der Peaks der Einzelmessungen minimiert werden. Die charakteristischen Größen CG für akustische Ereignisse im Laststufenschalter 2 können dann über mehrere Schaltoperationen hinweg gemittelt werden. Vorab oder zeitlich unabhängig, besonders vorteilhaft vor Aufnahme des akustischen Signals AS, erfolgt in einem Schritt 102a die Ermittlung charakteristischer Referenzgrößen CRG. In diesem Schritt werden die Rohdaten eines akustischen Referenzsignals ARS verarbeitet. Akustische Referenzsignale können hierbei wiederum die akustischen Ereignisse im Rahmen einer Stufenschalterumschaltung abbilden. Die akustischen Referenzsignale können beispielsweise im Rahmen eines Stufenschaltertests in einer Testumgebung oder während der Inbetriebnahme des Stufenschalters oder während einer Einlernphase des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgenommen werden. Die Aufnahme der akustischen Referenzsignale kann dabei entweder durch separate Messgeräte oder durch das Messsystem 6 erfolgen. Die Ermittlung charakteristischer Referenzgrößen CRG erfolgt analog zur Ermittlung der charakteristischen Größen CG. Peaks of the envelope are then determined using the envelope. From the envelope, in particular the peaks, appropriate conclusions can be drawn about the behavior or state of the diverter switch 21, since mechanical events (such as the opening or closing of a contact) are directly related to the corresponding acoustic events (peaks in the envelope). The peaks determined in this way are further evaluated in step 101 and the characteristic variables CG for acoustic events in the on-load tap changer 2 are determined from the peaks. The characteristic variables CG for acoustic events in the on-load tap changer 2 are in particular the amplitude of the peak, the time of the peak, the shape of a peak and, if applicable, the distance between two peaks. In order to improve the quality of the determined characteristic variables CG, several switching operations of the on-load tap changer 2 can also be evaluated. In this case, several envelopes are synchronized with one another in time in step 101 so that the deviation of the peaks of the individual measurements is minimized. The characteristic quantities CG for acoustic events in the on-load tap-changer 2 can then be averaged over several switching operations. In advance or independently of time, particularly advantageously before recording the acoustic signal AS, characteristic reference quantities CRG are determined in a step 102a. In this step, the raw data of an acoustic reference signal ARS are processed. Acoustic reference signals can in turn represent the acoustic events during a tap changeover. The acoustic reference signals can be recorded, for example, during a tap changeover test in a test environment or during commissioning of the tap changer or during a learning phase of the method according to the invention. The acoustic reference signals can be recorded either by separate measuring devices or by the measuring system 6. The characteristic reference quantities CRG are determined in a similar way to the determination of the characteristic quantities CG.
Vorab oder zeitlich unabhängig erfolgt in einem Schritt 102b die Ermittlung charakteristischer Abnutzungsmuster CA des Laststufenschalters 2. In diesem Schritt werden abhängig von den elektrischen, thermischen, mechanischen sowie sonstigen im Laststufenschalter vorherrschenden Betriebsbedingungen bzw. Belastungen charakteristische Abnutzungsmuster CA ermittelt. Charakteristische Abnutzungsmuster CA definieren dabei das akustische Verhalten des Laststufenschalters 2 in Abhängigkeit der vorherrschenden Betriebsbedingungen z.B. dem Laststrom, der Stufenspannung, der Betriebsspannung, der Top-Oil-Temperatur des Transformators 3, der aktuellen Stellung des Laststufenschalters 2, der Anzahl der bisher durchgeführten Umschaltungen, der Schaltungen unter Last, der Schaltungen ohne Last, der Phasenlage von Strom und Spannung im Laststufenschalter 2, den Eigenschaften des Isoliermediums im Laststufenschalter, der Temperatur des Isoliermediums des Laststufenschalters 2, der Schaltrichtung des Umschaltvorgangs, etc. Das Ermitteln der charakteristischen Abnutzungsmuster CA kann dabei durch die Auswerteeinheit 11 erfolgen, alternativ oder zusätzlich können charakteristische Abnutzungsmuster aber auch in einer separaten Datenverarbeitungsanlage oder Cloud- Anwendung erfolgen. Zudem können zur Ermittlung der charakteristischen Abnutzungsmuster CA eine Vielzahl von Datenquellen herangezogen werden. So können die charakteristischen Abnutzungsmuster CA beispielsweise anhand von in Echtzeit gemessenen Daten, anhand von historischen Messdaten, anhand von Typeninformationen zum Laststufenschalter 2, anhand von mittels Simulation ermittelten Daten oder auch anhand von historischen Testergebnissen ermittelt werden. Weiterhin können auch Daten und Informationen nur eines Laststufenschalters 2 oder einer Flotte von Laststufenschaltern oder auch von unterschiedlichen Typen von Laststufenschaltern zur Ermittlung der charakteristischen Abnutzungsmuster CA herangezogen werden. In a step 102b, characteristic wear patterns CA of the on-load tap-changer 2 are determined in advance or independently of time. In this step, characteristic wear patterns CA are determined depending on the electrical, thermal, mechanical and other operating conditions or loads prevailing in the on-load tap-changer. Characteristic wear patterns CA define the acoustic behavior of the on-load tap-changer 2 depending on the prevailing operating conditions, e.g. the load current, the step voltage, the operating voltage, the top oil temperature of the transformer 3, the current position of the on-load tap-changer 2, the number of switching operations carried out so far, the switching operations under load, the switching operations without load, the phase position of current and voltage in the on-load tap-changer 2, the properties of the insulating medium in the on-load tap-changer, the temperature of the insulating medium of the on-load tap-changer 2, the switching direction of the switching process, etc. The characteristic wear patterns CA can be determined by the evaluation unit 11, alternatively or additionally, characteristic wear patterns can also be determined in a separate data processing system or cloud application. In addition, a large number of data sources can be used to determine the characteristic wear patterns CA. For example, the characteristic wear patterns CA can be determined using data measured in real time, using historical measurement data, using type information on the on-load tap-changer 2, using data determined by simulation or using historical test results. Furthermore, data and information from just one on-load tap-changer 2 or a fleet of on-load tap-changers or even from different types of on-load tap-changers can be used to determine the characteristic wear patterns CA.
Basierend auf den in Schritt 102a ermittelten charakteristischen Referenzgrößen CRG sowie den in Schritt 102b ermittelten charakteristischen Abnutzungsmustern CA, wird in Schritt 103 ein Abbrandmodel erstellt, das eine Korrelation zwischen den charakteristischen Abnutzungsmuster CA den charakteristischen Referenzgrößen CRG und den in Schritt 101 ermittelten charakteristischen Größen CG abbildet. Bevorzugterweise handelt es sich beim Abbrandmodel AM um ein Regressionsmodell, insbesondere lineares multivariates Regressionsmodell oder ein nicht-lineares Regressionsmodell oder ein neuronales Netz. Based on the characteristic reference values CRG determined in step 102a and the characteristic wear patterns CA determined in step 102b, a burn-off model is created in step 103 which depicts a correlation between the characteristic wear patterns CA, the characteristic reference variables CRG and the characteristic variables CG determined in step 101. The burn-off model AM is preferably a regression model, in particular a linear multivariate regression model or a non-linear regression model or a neural network.
In einem nächsten Schritt 104 wird anhand der in Schritt 101 ermittelten charakteristischen Größen CG und des in Schritt 103 bestimmten Abbrandmodels AM der aktuelle Abbrand der Kontakte des Lastumschalters 21 bestimmt. In a next step 104, the current wear of the contacts of the diverter switch 21 is determined based on the characteristic quantities CG determined in step 101 and the wear model AM determined in step 103.
Abschließend wird in Schritt 105 durch die Auswerteeinheit eine Auswertung und/oder eine Handlungsempfehlung für einen Nutzer zur Verfügung gestellt. Dies kann z.B. die Ausgabe der Werte des Kontaktabbrands KA für einen Nutzer vor Ort auf einem Display umfassen oder auch die Kommunikation der ermittelten Werte für den Kontaktabbrand an einer übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung. Zusätzlich können durch die Auswerteeinrichtung 11 auch weitergehende Handlungsempfehlungen wie beispielsweise für eine Wartung, Überprüfung, Markierung, Stilllegung etc. des Stufenschalters oder Transformators ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Auswerteausrichtung 11 auch ein kurz- mittel- oder langfristiger Trend des Kontaktabbrands KA der Kontakte des Laststufenschalters 2 generiert werden, der einem Nutzer entsprechend zur Verfügung gestellt wird und die Basis für weitere Handlungen oder Handlungsempfehlungen bilden kann. Finally, in step 105, the evaluation unit provides an evaluation and/or a recommendation for action for a user. This can include, for example, the output of the contact wear KA values for a user on site on a display or the communication of the determined values for the contact wear to a higher-level data processing device. In addition, the evaluation device 11 can also issue further recommendations for action, such as for maintenance, inspection, marking, decommissioning, etc. of the tap changer or transformer. Alternatively or additionally, the evaluation device 11 can also generate a short, medium or long-term trend of the contact wear KA of the contacts of the load tap changer 2, which is made available to a user accordingly and can form the basis for further actions or recommendations for action.

Claims

Patentansprüche Vorrichtung (1) zur Überwachung eines Laststufenschalters (2), der Laststufenschalter (2) umfassend eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators (3), die Vorrichtung umfassend Patent claims Device (1) for monitoring an on-load tap changer (2), the on-load tap changer (2) comprising a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer (3), the device comprising
Eine Messeinrichtung (6), dazu ausgebildet, ein akustisches Signal (AS) des Laststufenschalters zu erfassen; und A measuring device (6) designed to detect an acoustic signal (AS) of the on-load tap changer; and
Eine Auswerteeinrichtung (11), dazu eingerichtet o Aus dem akustischen Signal (AS), das eine Umschaltung des Laststufenschalters repräsentiert charakteristische Größen (CG) für akustische Ereignisse im Laststufenschalter (2) innerhalb eines Umschaltvorgangs zu bestimmen; o Ein Abbrandmodel (AM) anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster (CA) zu ermitteln und o Den Abbrand mindestes eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen (CG) und des Abbrandmodels (AM) zu bestimmen System nach Anspruch 1 , wobei die Messeinrichtung (6) zum Erfassen des akustischen Signals (AS) einen Schallwandler oder einen Beschleunigungssensor umfasst, welcher in der Nähe des Laststufenschalters (2) am Stufenschalterkopf oder am Gehäuse eines Transformators (3) angeordnet ist. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Auswerteeinrichtung (11) wenigstens eine Eingabeeinheit und/oder wenigstens eine Ausgabeeinheit und/oder wenigstens eine Kommunikationseinheit umfasst. Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters (2), der Laststufenschalter (2) umfassend eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators (3), das Verfahren umfassendAn evaluation device (11) designed to o determine characteristic variables (CG) for acoustic events in the load tap changer (2) during a switching process from the acoustic signal (AS), which represents a switching of the on-load tap changer; o determine a wear model (AM) based on previously determined characteristic wear patterns (CA), and o determine the wear of at least one contact of the on-load tap changer based on the characteristic variables (CG) and the wear model (AM). System according to claim 1, wherein the measuring device (6) for detecting the acoustic signal (AS) comprises a sound transducer or an acceleration sensor, which is arranged in the vicinity of the on-load tap changer (2) on the tap changer head or on the housing of a transformer (3). System according to one of claims 1 or 2, wherein the evaluation device (11) comprises at least one input unit and/or at least one output unit and/or at least one communication unit. Method for monitoring an on-load tap changer (2), the on-load tap changer (2) comprising a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer (3), the method comprising
Erfassen eines akustischen Signals (AS) während eines Umschaltvorgangs des Laststufenschalters (2); Detecting an acoustic signal (AS) during a switching operation of the on-load tap-changer (2);
Bestimmen von charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse im Laststufenschalter (2) innerhalb eines Umschaltvorgangs anhand des erfassten akustischen Signals (AS); Determining characteristic quantities (CG) for acoustic events in the on-load tap-changer (2) within a switching process based on the detected acoustic signal (AS);
Ermitteln eines Abbrandmodels (AM) anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster (CA); Bestimmen des Abbrands mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen und des Abbrandmodels (AM); Verfahren nach dem vorigen Anspruch, außerdem umfassend Determination of a burn-off model (AM) based on previously determined characteristic wear patterns (CA); Determining the wear of at least one contact of the on-load tap changer based on the characteristic variables and the wear model (AM); Method according to the preceding claim, also comprising
Vergleichen des Abbrands des Kontakts oder der Differenz des Abbrands zwischen zwei Kontakten mit einem festgelegten Grenzwert und Comparing the burn-off of the contact or the difference in burn-off between two contacts with a specified limit and
- Ausgeben einer Meldung und/oder Handlungsempfehlung im Falle einer Überschreitung des Grenzwertes Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Bestimmen von charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse umfasst - issuing a message and/or recommended action in the event of the limit value being exceeded. Method according to claim 4 or 5, wherein the determination of characteristic quantities (CG) for acoustic events comprises
Erzeugen einer aktuellen Hüllkurve aus dem akustischen Signal (AS); Generating a current envelope from the acoustic signal (AS);
Bestimmen von mindestens einem aktuellen Peak aus der aktuellen Hüllkurve; Determining at least one current peak from the current envelope;
Ermitteln der charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse anhand des mindestens einen aktuellen Peaks und anhand vorab ermittelter Hüllkurven; Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei Determining the characteristic quantities (CG) for acoustic events based on the at least one current peak and on previously determined envelope curves; Method according to one of claims 4 to 6, wherein
Charakteristische Größen (CG) für akustische Ereignisse umfassen o die Amplitude eines Peaks des akustischen Signals; o der Zeitpunkt eines Peaks des akustischen Signals; o der Abstand zwischen zwei Peaks des akustischen Signals; o die Form eines Peaks des akustischen Signals; Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Bestimmen von charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse zusätzlich umfasst: Characteristic quantities (CG) for acoustic events include o the amplitude of a peak of the acoustic signal; o the time of a peak of the acoustic signal; o the distance between two peaks of the acoustic signal; o the shape of a peak of the acoustic signal; Method according to claim 6 or 7, wherein the determination of characteristic quantities (CG) for acoustic events additionally comprises:
Synchronisieren des aktuell gemessenen akustischen Signals mit vorab gemessenen akustischen Signalen (AS) anhand eines Labeling-Verfahrens; Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 4 bis 8 wobei charakteristische Abnutzungsmuster (CA) durch die elektrischen und/oder thermischen und/oder mechanischen und/oder sonstigen Belastungen des Laststufenschalters definiert werden und insbesondere ermittelt werden unter Berücksichtigung von Synchronizing the currently measured acoustic signal with previously measured acoustic signals (AS) using a labeling method; Method according to one of the preceding claims 4 to 8, wherein characteristic wear patterns (CA) are defined by the electrical and/or thermal and/or mechanical and/or other loads of the on-load tap changer and are determined in particular taking into account
Laststrom und/oder Load current and/or
Stufenspannung und/oder Step voltage and/or
Betriebsspannung und/oder Operating voltage and/or
Top-Oil-Temperatur des Transformators und/oder Top oil temperature of the transformer and/or
- Aktuelle Stellung des Laststufenschalters und/oder - Anzahl der durchgeführten Umschaltungen und/oder - Current position of the on-load tap-changer and/or - Number of switching operations performed and/or
Schaltungen unter Last und/oder Schaltungen ohne Last und/oder Circuits under load and/or circuits without load and/or
Phasenlage von Strom und Spannung im Laststufenschalter und/oderPhase position of current and voltage in the on-load tap changer and/or
Eigenschaften des Isoliermediums im Laststufenschalter und/oder Properties of the insulating medium in the on-load tap-changer and/or
Temperatur des Isoliermediums und/oder Temperature of the insulating medium and/or
Schaltrichtung des Umschaltvorgangs Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 4 bis 9, wobei das Ermitteln von charakteristischen Abnutzungsmustern (CA) anhand in Echtzeit gemessenen Daten und/oder anhand historischer Messdaten und/oder anhand von Typeninformationen und/oder anhand mittels Simulation ermittelter Daten und/oder anhand mittels historischen Testergebnissen ermittelter Daten erfolgt; Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche wobei das Abbrandmodel (AM) zusätzlich anhand charakteristischer Referenzgrößen (CRG) ermittelt wird, die anhand von akustischen Referenzsignalen (ARS) ermittelt werden. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche wobei das Abbrandmodel ein Regressionsmodel insbesondere eine lineare multivariate Regression oder eine nichtlineare Regression oder ein neuronales Netz umfasst. Switching direction of the switching process Method according to one of the preceding claims 4 to 9, wherein the determination of characteristic wear patterns (CA) is carried out on the basis of data measured in real time and/or on the basis of historical measurement data and/or on the basis of type information and/or on the basis of data determined by means of simulation and/or on the basis of data determined by means of historical test results; Method according to one of the preceding claims, wherein the burn-off model (AM) is additionally determined on the basis of characteristic reference variables (CRG) which are determined on the basis of acoustic reference signals (ARS). Method according to one of the preceding claims, wherein the burn-off model comprises a regression model, in particular a linear multivariate regression or a non-linear regression or a neural network.
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