Verfahren zum Instandhalten einer elektrischen Komponente

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Instandhalten einer ersten elektrischen Komponente.

Eine solche elektrische Komponente kann beispielsweise eine Komponente einer Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage, eine Schaltanlage, ein Überspannungsableiter, ein Transforma tor oder dergleichen sein. Weitere Beispiele sind Kondensato ren einer Kondensatorbank oder Geräte, die in dreiphasigen Netzen als drei einphasige Einzelgeräte installiert sind, wie zum Beispiel Drosseln, Filterwiderstände oder luftisolierte Schalter. Ausfälle solcher Komponenten, insbesondere Hoch- spannungs- oder Mittelspannungskomponenten treten üblicher weise nur selten auf. Jedoch kann ein einzelner Komponenten fehler bereits zum Ausfall der gesamten Anlage führen, deren funktioneller Teil die elektrische Komponente ist.

Artgemäße elektrische Komponenten weisen im Betrieb einen zu lässigen Temperaturbereich auf. Werden die Komponenten außer halb des zulässigen Temperaturbereiches betrieben, so erhöht sich der Lebensdauerverbrauch und das Ausfallrisiko erheb lich. Um die Einhaltung des Temperaturbereiches zu gewähr leisten, werden üblicherweise die Komponenten mit geeigneten Reserven ausgelegt bzw. hergestellt. Das Risiko einer Kompo nentenüberlastung wird durch diese Überdimensionierung der Komponenten stark reduziert, jedoch nicht gänzlich ausge schlossen. Zudem steigen entsprechend die Herstellungskosten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein eingangs genanntes Ver fahren vorzuschlagen, das einen möglichst effizienten und zu verlässigen Betrieb der elektrischen Komponente ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum In standhalten einer ersten elektrischen Komponente gelöst, bei dem an der ersten elektrischen Komponente erfasste Tempera turmesswerte als erste Messdaten gespeichert werden, an we nigstens einer zweiten und einer dritten elektrischen Kompo nente erfasste Temperaturmesswerte als zweite und dritte Messdaten gespeichert werden und unter Berücksichtigung der drei Messdaten überprüft wird, ob ein Wartungsvorgang

und/oder eine Steuerungsmaßnahme an der ersten Komponente notwendig ist. Die Grundlage der Instandhaltung bilden Tempe raturmesswerte, die an den elektrischen Komponenten erfasst werden. Die Temperaturmesswerte können von einem oder mehre ren Temperatursensoren stammen, die an einer oder mehreren Orten der jeweiligen Komponente angeordnet sind. Die Tempera tursensoren sind geeigneterweise für die Anwendung an Kompo nenten ggf. auch auf Hochspannungspotenzial dazu eingerich tet, die erfassten Temperaturmesswerte drahtlos, geeigneter weise per Funk zu übertragen. Die empfangenen Daten werden entsprechend gespeichert. Die Sensoren können beispielsweise an der Oberfläche der betreffenden Komponente angeordnet sein, so dass diese eine Oberflächentemperatur misst. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass mittels des oder der Sensoren eine Temperatur im Inneren der jeweiligen Komponente erfasst wird. Zum Beispiel kann die Temperatur eines Innenleiters der Komponente erfasst werden, wobei der Innenleiter außen von einem äußeren Isolator umgeben ist. Bei Anwendung auf Hoch spannungspotenzial kann der Sensor durch eine Schutzbeschal tung vor Beschädigung geschützt werden. Dies ist besonders sinnvoll bei Verwendung von Sensoren, die mit einem externen Sensorknoten verbunden sind. Im einfachsten Fall kann dies durch eine Z-Diode oder einen Tiefpassfilter erfolgen. Bei der Positionierung der Sensorik müssen mögliche elektrische bzw. elektromagnetische Effekte beachtet werden, damit es zu keiner Störung der Sensorik oder Beeinflussung der Anlagen kommt. Hierzu müssen elektrische, magnetische und elektromag netische Emissionen begrenzt werden. Dies kann durch folgende Maßnahmen erfolgen (einzeln oder in beliebiger Kombination) : Positionierung der Sensorknoten im Feldschatten, z.B. im Feldschatten eines Koronaringes, Positionierung in starken magnetischen Wechselfeldern im Schutz eines magnetischen Schirmbleches, Positionierung mit nur geringer Oberflächen veränderung im elektrostatischen Feld, gegebenenfalls unter Verwendung einer passiv gesteuerten Oberflächenkontur mit ge eignet eingestellten Permittivität , Positionierung bei beson ders hochfrequenten elektromagnetischen Feldern. Im Rahmen der Erfindung können die Temperaturmesswerte durch direkte Messungen oder auch beispielsweise durch zeitlich bzw. ört lich gemittelte Messdaten gegeben sein. Eine solche Mittelung hat den Vorteil der geringeren übertragenen Datenmenge. Es ist entsprechend auch denkbar, die übertragenen Temperatur messwerte, jedenfalls vor deren Speicherung, für die Messda ten zweckmäßig auf andere Weise auszuwählen, um die Datenmen ge zu verringern. Geeigneterweise werden die Messdaten suk zessive in einer zeitlichen Anordnung von einzelnen Messda tenpunkten (denkbar sind auch Tupel von je einem Messdaten punkt und einer Zeitangabe) in einem Speichermedium einer Da tenverarbeitungsanlage (oder verteilt auf mehrere Datenverar beitungsanlagen) gespeichert. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Nutzung der Temperaturmesswerte zur Instandhaltung der ersten elektrischen Komponente (insbeson dere durch den Vergleich mit den übrigen Komponenten, wodurch beispielsweise Ausreißer identifiziert werden können) . Auf wendige manuelle Messungen und Auswertung vor Ort können auf diese Weise vermieden werden, was eine besonders effiziente Instandhaltung erlaubt. Zudem kann die Auswertung der Messda ten kontinuierlich erfolgen, wodurch geeignete Wartungs- und Erhaltungsmaßnahmen jederzeit erfolgen können. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der ersten elektrischen Komponente im Be trieb. Das Verfahren kann im Übrigen in Bezug auf die wenigs tens drei elektrischen Komponenten entsprechend durchgeführt werden. Die Anzahl der Komponenten ist selbstredend nicht auf drei beschränkt.

Für die Überprüfung, ob ein Wartungsvorgang an der ersten Komponente notwendig ist, werden erfindungsgemäß auch die Messdaten von wenigstens einer zweiten und einer dritten elektrischen Komponente (zweckmäßigerweise Komponenten glei chen Typs) mitberücksichtigt. Der Erfindung liegt damit die Erkenntnis zugrunde, dass die Überwachung lediglich einer elektrischen Komponente nur bedingt eine zuverlässige In standhaltung erlaubt. Der Grund dafür ist, dass insbesondere Langzeitänderungen der Umgebung und der gesamten Anlage die Messungen beeinflussen und Anpassungen etwaiger Betriebspunk te und Betriebsbereiche erfordern, die bei Messungen an einer einzelnen Komponente nicht oder kaum erkennbar sind. Hingegen die Verwendung bzw. Berücksichtigung von drei oder mehr Kom ponenten, beispielsweise aber nicht notwendigerweise einer und derselben Hoch- oder Mittelspannungsanlage, erlaubt eine zuverlässige Erkennung von Wartungsbedarf oder Fehlern der ersten Komponente (oder auch aller betrachteten Komponenten) . Die wenigstens drei elektrischen Komponenten können dabei zweckmäßigerweise Komponenten eines sogenannten Clusters sein, wie beispielsweise Kondensatoren einer Kondensatorbank, Powermodule eines modularen Stromrichters, Ableitergehäuse einer Ableiterbank oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass die Umgebungsbedingungen für alle Komponenten vergleich bar sind und damit auf geeignete Weise herausgerechnet oder vernachlässigt werden können.

Abgesehen von einem Wartungsvorgang kann eine Steuerungsmaß nahme als notwendig oder wünschenswert erkannt werden. Eine mögliche Steuerungsmaßnahme kann zum Beispiel eine Freischal tung der Komponente für einen Überlastbetrieb bei niedriger Komponententemperatur sein. Alternativ ist beispielsweise auch eine Senkung der höchsten zulässigen Betriebstemperatur denkbar .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Messda ten miteinander verglichen und das Überprüfen erfolgt unter Berücksichtigung von Messdatendifferenzen. Die Messdatendif ferenzen können als Differenzen der Messdaten zueinander oder zu einem vorgegebenen oder ermittelten Wert, beispielsweise einem Mittelwert bestimmt werden. Geeigneterweise werden ein- zelne Messdatenpunkte miteinander verglichen, die Messungen zu gleichen Zeitpunkten entsprechen (oder Messdatenpunkte, die zu unterschiedlichen Zeiten erfassten Messwerten entspre chen, jedoch wobei die Zeitunterschiede nicht größer als eine vorbestimmte Differenz zeit sind) . Die Berücksichtigung der Messdatendifferenzen erlaubt eine einfache und effektive Er kennung von auffälligen Änderungen der Temperaturen der Kom ponenten gegenüber einander bzw. untereinander.

Vorzugsweise werden ein Messdatenmittelwert und eine erste Messdatendifferenz zwischen den ersten Messdaten (den Messda tenwerten) und dem Messdatenmittelwert gebildet, wobei das Überprüfen einen Vergleich der ersten Messdatendifferenz mit einem Differenzschwellwert umfasst. Der Messdatenmittelwert bildet damit eine weitere Zeitreihe, weil die Mittelwerte entsprechend der zeitlichen Anordnung aus den jeweiligen Messdaten der wenigstens drei Komponenten berechnet werden. Bei einer Überschreitung des Differenzschwellwerts kann auf eine Änderung der Betriebseigenschaften der Komponente eines Clusters bzw. auf einen Fehlerzustand geschlossen werden. In vielen Fällen, insbesondere bei gleichartigen Komponenten und gleichartig verbauten Sensoren, die die Messdaten liefern, ist eine Vergleichsmessung ausreichend, um Anomalitäten zu entdecken. Der Ausreißer wird identifiziert und ggf. bei ei ner kurzen Betriebsunterbrechung kann gezielt vor Ort die Komponente kontrolliert werden. Die Genauigkeit der einzelnen Messung tritt dabei in den Hintergrund.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Über prüfen das Bilden einer Temperaturänderung aus den ersten Messdaten. Durch die Betrachtung des Temperaturanstiegs oder -abstiegs kann eine genauere Bewertung von Auffälligkeiten der ersten Komponente durchgeführt werden. Besonders vorteil haft kann eine Auswertung des Trendverhaltens der Messdaten sein . Vorzugsweise umfasst das Überprüfen einen Vergleich des Tem peraturanstiegs mit einem Referenz-Temperaturanstieg (also eine typische Zeitkonstante der Komponente, Umgebungsbedin gungen eingerechnet bzw. berücksichtigt) . Langzeitänderungen können auf diese Weise vorteilhaft bei der Auswertung berück sichtigt werden.

Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn das Überprüfen ein Vergleichen der ersten Messdaten mit an der ersten Komponente erfassten Umgebungstemperaturmessdaten umfasst. Zum Beispiel kann eine Oberflächentemperatur mit einer zugeordneten Umge bungstemperatur verglichen werden. Je nachdem, wie hoch die Oberflächentemperatur ist und wie hoch die Differenz zur Um gebungstemperatur ist, können verschiedene Maßnahmen sinnvoll sein oder eine weitere Analyse der Messdaten nachgeschaltet werden. Des Weiteren kann eine Kalibrierung derart durchge führt werden, dass in einem Prüffeld Temperaturmessungen bei verschiedenen Umgebungstemperaturen durchgeführt werden. Die auf diese Weise gewonnenen Kennlinien werden abgespeichert und bei der Analyse der Messdaten berücksichtigt.

Bevorzugt wird das Überprüfen unter Berücksichtigung von Be triebsdaten der elektrischen Komponente durchgeführt. Die Be triebsdaten können insbesondere Strom und Spannung sein (ein durch die Komponente fließender Strom, eine an der Komponente abfallende Spannung) . Auf diese Weise kann ein noch genaueres Bild vom Belastungszustand der Komponente erhalten werden.

Das Überprüfen kann unter Berücksichtigung einer Kalibrierung der Temperaturmessung durchgeführt werden. Soweit dies vor teilhaft erscheint, kann hierbei eine Kalibrierung in einem Prüffeld durchgeführt werden. Die ggf. verschiedenen Verfah ren zur Temperaturermittlung können im Prüffeld mit einer ge wissen Anzahl von Betriebszuständen ausgemessen werden. Dabei können Korrekturkurven von einer zu messenden Größe, gemesse nem Wert und beeinflussenden Umgebungsparametern (bsp. Umge bungsluft, dessen Temperatur, Feuchtigkeit u.ä.) erstellt werden. Diese Korrekturkurven werden dann ebenfalls gespei chert und bei der Auswertung der Messdaten berücksichtigt. Damit können eine besonders hohe Genauigkeit und Zuverlässig keit des Verfahrens erreicht werden.

Geeigneterweise kann überprüft werden, ob die Messdaten oder eine davon abgeleitete Größe einer Mehrzahl von vorbestimmten Bedingungen genügen, wobei jeder Bedingung eine separate War tungsanweisung oder Steuerungsmaßnahme zugeordnet wird, die bei Vorliegen der zugeordneten Bedingung ausgelöst wird. Dem nach werden mehrere Bedingungen definiert, wobei jede der Be dingungen einer eignen Wartungsanweisung zugeordnet ist. Das Erfüllen einer ersten Bedingung kann beispielsweise an die Wartungsanweisung geknüpft sein, die Komponente unter beson dere Beobachtung zu stellen, eine zweite Bedingung kann an die Wartungsanweisung geknüpft sein, die Komponente bzw. den äußeren Isolator zu reinigen, eine dritte Bedingung kann an die Wartungsanweisung geknüpft sein, die Komponente auszutau schen usw.

Die Erfindung betrifft ferner eine Datenverarbeitungsanlage.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Datenverarbeitungsan lage vorzuschlagen, mittels der eine effiziente Instandhal tung einer elektrischen Komponente ermöglicht ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Datenverarbei tungsanlage gelöst, die zum Durchführen eines erfindungsgemä ßen Verfahrens eingerichtet ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Datenverarbeitungsanlage ergeben sich insbesondere aus den Vorteilen, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden . Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbei spielen weiter erläutert, die in den Figuren 1 bis 3 darge stellt sind.

Figur 1 zeigt ein Beispiel von elektrischen Komponenten, die zur Instandhaltung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind;

Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin dungsgemäßen Verfahrens;

Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Verfahrens.

In Figur 1 ist eine Ableiterbank 1 mit zwanzig gleichartigen Überspannungsableitern 2 dargestellt. Jeder Überspannungsab leiter umfasst einen äußeren Isolator 3 sowie ein Hochspan nungsterminal 4 zum Anschluss an eine Hochspannungsleitung 5. An dem Hochspannungsterminal 4 wird an jedem Überspannungsab leiter mittels eines dort platzierten eigenen Sensors 6 Tem peratur gemessen und als Messdaten an eine Auswerteeinheit in Form einer Datenverarbeitungsanlage 7 gesendet. Durch den Vergleich der Messdaten kann überprüft werden, ob die Ober flächentemperatur eines der Überspannungsableiter von den restlichen abweicht und damit möglicherweise ein Wartungsvor gang notwendig ist.

In Figur 2 ist in einer schematischen Darstellung der Verlauf einer Auswertung der Messdaten, die von drei elektrischen Komponenten übertragen worden sind. In einem ersten Verfah rensschritt 101 werden erste Messdaten Thl eines Temperatur sensors einer ersten Komponente gespeichert (als eine Daten reihe Thl (t) ) . Entsprechend werden in zwei beispielsweise gleichzeitig oder konsekutiv ausgeführten Verfahrensschritten 102 und 103 zweite und dritte Messdaten Th2 bzw. Th3 einer zweiten und einer dritten Komponente gespeichert. In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird ein Mittelwert ThM(t) als 1/3 * (Thl (t) + Th2 (t) + Th3 (t) ) gebildet. In einem fünften Verfahrensschritt 105 wird eine erste Messdatendifferenz Del- taThl (t) = Thl (t) - ThM(t) berechnet. Nachfolgend werden zwei Fälle unterschieden: Ergibt eine Überprüfung 106, dass die erste Messdatendifferenz einen vorbestimmten Differenz schwellwert x erreicht oder überschreitet, so wird in einem siebten Verfahrensschritt 107 eine Wartungsanweisung ausgege ben oder die Messdaten genauer analysiert. Ergibt die Über prüfung 106, dass die Messdatendifferenz unterhalb des Diffe renzschwellwertes liegt, so wird in einem achten Verfahrens schritt 108 eine Information angezeigt, dass die erste Kompo nente keine Wartungsmaßnahmen erfordert.

Eine weitere Möglichkeit der Auswertung ist schematisch in Figur 3 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 201 werden von einem Sensor einer ersten elektrischen Komponente übermittelte Messdaten, insbesondere ein Messdatenpunkt Th in einem Speicher einer Datenverarbeitungsanlage gespeichert. In einem zweiten Verfahrensschritt 202 wird überprüft, ob der Messdatenpunktwert eine maximale Temperatur Tmax erreicht o- der überschreitet. Ist das der Fall, so wird in einem dritten Verfahrensschritt 203 weitere Analyse der Messdaten durchge führt. Ist das nicht der Fall, so wird in einem vierten Ver fahrensschritt 204 eine Absolutdifferenz dTh zwischen dem Messdantepunkt einer an der Komponente gemessenen und über mittelten Aussentemperatur Ta gebildet: dTh = | Th - Ta | . In einem fünften Verfahrensschritt wird überprüft, ob die Abso lutdifferenz dTh unterhalb eines unteren Grenzwertes TI, gleich dem oder oberhalb eines oberen Grenzwertes T2 liegt, oder zwischen dem unteren und oberen Grenzwert liegt TI <= dTh < T2. Gilt, dass dTh >= T2, so wird im Verfahrensschritt 203 weitere Analyse durchgeführt, um den Fall und ggf. die zu ergreifenden Maßnahmen genauer zu prüfen. Gilt, dass dTh <

TI, so wird in einem sechsten Verfahrensschritt 206 eine In formation bereitgestellt, dass für die erste Komponente bzw. die Anlage, in der die Komponente eingesetzt ist, eine höhere Auslastung möglich ist. Gilt, dass TI <= dTh < T2, so wird in einem siebten Verfahrensschritt 207 eine Information bereit gestellt, dass die Komponente im Nennlastbetrieb betrieben werden kann. Mit der Anordnung des Temperatursensors direkt am Aktivteil der Komponente ist eine weitere denkbare Variante bereitge stellt. Je nach Anwendung kann eine genauere Information über den Zustand der Komponente erreicht werden, wenn der Tempera tursensor am Heißpunkt des Aktivteils der Kompontente instal- liert ist. In diesem Fall kann das oben beschriebene Ver gleichsverfahren angewandt werden, um einen sich anbahnenden Fehler zu erkennen, obwohl z.B. im Teillastbetrieb arbeitende Komponente (noch) nicht die maximal zulässigen Temperatur grenzen erreicht.

Die beiden Vorgehensweisen der Figuren 2 und 3 sind nicht notwendigerweise alternativ und können im Rahmen der Erfin dung kombiniert ausgeführt werden.