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Grundlegendes zu Ungenauigkeiten der DGA-Überwachung

Stromnetzszenario
Senja Leivo
Meet the expert: Senja Leivo
Published: Apr 6, 2020
Energieübertragung

Obwohl es sich genaugenommen um keine richtige Wissenschaft handelt, wird die Gas-in-Öl-Analyse (DGA) seit Jahrzehnten zur Beurteilung des Transformatorzustands genutzt. Es ist das einzige Verfahren, mit dem interne Fehler in Transformatoren erkannt und diagnostiziert werden können. Die Online-Überwachung ist seit Ende der neunziger Jahre verfügbar, und heute sind verschiedene Online-Gasmonitore erhältlich. Die Herausforderung besteht darin, dass jeder Monitor seine eigenen technischen Spezifikationen aufweist. Dies macht es für Transformatorbesitzer schwierig, die verschiedenen Optionen zu vergleichen und zu bewerten. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass auch die Labor-DGA eine Rolle spielt.

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Messgenauigkeit
Ungenaue DGA-Ergebnisse können dazu führen, dass Fehler falsch diagnostiziert werden, insbesondere wenn die Gasverhältnisse nahe an einer Fehlerzonengrenze liegen. Darüber hinaus können ungenaue Ergebnisse dazu führen, dass an einem Transformator falsche Maßnahmen ergriffen werden, wenn die Konzentrationswerte nahe an den Alarmwerten liegen, die in einem Versorgungsunternehmen verwendet werden. Daher ist es unerlässlich, Ungenauigkeit und Messleistung zu verstehen.

Die Messleistung wird durch Dynamiken wie Messbereich, Ansprechzeit, Empfindlichkeit, Genauigkeit und Stabilität definiert, d. h. Beständigkeit gegen Alterung und rauen Umgebungen. Von diesen wird Genauigkeit oft als die wichtigste Qualität angesehen; sie ist auch eine der am schwierigsten zu spezifizierenden. Sie kann Wiederholbarkeit umfassen oder nicht, was die Fähigkeit ist, ein ähnliches Ergebnis zu erzielen, wenn die Messung unter konstanten Bedingungen wiederholt wird. Sie beinhaltet jedoch wahrscheinlich keine Langzeitstabilität. Die Wiederholbarkeit allein ist häufig eine geringfügige Ursache für Messungenauigkeit. Wenn die Genauigkeitsspezifikation keine anderen Ungenauigkeiten enthält, kann dies den falschen Eindruck der tatsächlichen Messleistung in der realen Anwendung vermitteln.

Labor-DGA
Die Labor-DGA wird von vielen Faktoren beeinflusst, die von der Qualität der Ölprobe über Geräte und dem für die Analyse verwendeten Standard bis hin zum menschlichen Faktor, der immer vorhanden ist, wenn manuelle Prozesse angewendet werden, reichen. Die gängigsten Ungenauigkeitsquellen umfassen Ölprobenahmeverfahren und -qualität, die Gasextraktionsmethode, die eingesetzten Gasverteilungskoeffizienten, die verschiedenen verwendeten Standards usw. Es ist auch wichtig zu verstehen, dass eine Messung nicht genauer sein kann als die bei der Kalibrierung genutzte Referenz.

Die größte Ungenauigkeitsquelle stellt normalerweise die Probenahmequalität dar. Eine erhebliche Menge von Gasen wie H2 und CO kann aus dem Öl entweichen, oder Umgebungsgase in der Luft wie Sauerstoff und Stickstoff können die Probe kontaminieren. All dies führt zu fehlerhaften Analysen im Labor. Daher ist es wichtig, dass das Öl während der Probenahme zu keinem Zeitpunkt mit Luft in Kontakt kommt und der Probebehälter vollständig gefüllt wird. Der beste Weg, dies sicherzustellen, ist die Verwendung hochwertiger Spritzen oder Aluminiumflaschen, die beispielsweise beständig gegen Druckschwankungen während des Luftfrachttransports sind.
Die Norm IEC 60567 empfiehlt, dass jedes Labor seine eigene Genauigkeit oder Ungenauigkeit bestimmt und diese Informationen Benutzenden zur Verfügung stellt – dies ist eine Anforderung für akkreditierte Labors. Wenn keine offiziellen Zahlen zur Ungenauigkeit vorliegen, lohnt es sich zu fragen, ob das Labor an internationalen laborübergreifenden Vergleichstests – bekannt als Ringversuchen – teilgenommen hat und ob deren Ergebnisse verfügbar sind. Dies gibt einen guten Hinweis auf das ungefähre Ungenauigkeitsniveau. Die beiden Standards IEC 60567 und ASTM D3612 werden in der Labor-DGA weltweit gängig eingesetzt. Es ist wichtig zu beachten, dass die ASTM- und IEC-Normen das Gasvolumen bei unterschiedlichen Temperaturen von 0 °C bzw. 20 °C berechnen. Dies allein erklärt ~8 % Unterschied in den definierten Konzentrationen für identische Proben, was beim Vergleich der DGA-Ergebnisse von einem Monitor und einem Labor berücksichtigt werden muss. Alle gemessenen ppm-Werte sollten zunächst in den gleichen Zustand umgewandelt werden, je nach Präferenz entweder 20 °C (IEC) oder 0 °C (ASTM).

Online-DGA-Monitore
Online-DGA-Monitore, die alle sieben Hauptfehlergase messen, können alle Arten von internen Transformatorfehlern frühzeitig erkennen, die andernfalls zwischen regelmäßigen Ölprobenahmeintervallen unbemerkt bleiben könnten. In der Laboranalyse muss jede Ölprobe und ihre Analyse repräsentativ sein, um nützliche Informationen für eine Zustandsbewertung des Transformators zu erhalten. Mit Online-Monitoren gibt es mehr Flexibilität, und Mittelwertbildung kann auch verwendet werden, um zuverlässige Daten für die Diagnose sicherzustellen. Ohne Mittelwertbildung können Daten genutzt werden, um einen sich entwickelnden Fehler schnell zu diagnostizieren. Die Verfolgung der Gasänderungsrate ist bei der Online-Überwachung zuverlässiger als bei Laborproben.

Bei den meisten Monitoren ist die Genauigkeit zum Zeitpunkt der Kalibrierung gegen rückführbare Referenzgase festgelegt, während einige den Gas-in-Öl-Standard als Referenz verwenden. Einem gelieferten DGA-Monitor sollte immer ein Kalibrierzertifikat beigefügt sein, aus dem der Unterschied zwischen dem Monitor und der Referenz hervorgeht. Darüber hinaus sollte angegeben werden, welche Referenzmethode eingesetzt wurde und ob die Kalibrierung auf internationale Referenzen rückführbar ist oder nicht. Die angegebenen Genauigkeitsspezifikationen gelten jedoch nicht direkt für einen realen Transformator im Betrieb, da das Öl in einem Transformator und seine Verteilungskoeffizienten höchstwahrscheinlich nicht mit denen übereinstimmen, die in der Monitorkalibrierung verwendet werden. Die beste Möglichkeit, um ein genaues Bild der Monitorleistung zu erhalten, besteht darin, sie über einen längeren Zeitraum, beispielsweise sechs Monate, mit einem Live-Transformator zu testen. Gleichzeitig sollten mindestens drei bis fünf Ölproben entnommen werden, vorzugsweise für zwei unabhängige Labors, die die Ungenauigkeitswerte für ihre eigenen Prozesse liefern können.

Vergleich von Online-Monitor und Labor-DGA
Bei der Bewertung eines Online-Monitors durch den Vergleich mit Laborreferenzen müssen die Qualität der Proben und die Ungenauigkeit der Laborverfahren berücksichtigt werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass jede Analysemethode, ob Labor oder Online-Monitor, ihre eigenen Ungenauigkeiten aufweist. Dies sollte beim Vergleich von Ergebnissen und bei Schlussfolgerungen zur Monitorleistung miteinbezogen werden. Es muss auch beachtet werden, dass es einige Unterschiede in den Ergebnissen gibt, selbst wenn die Probe perfekt ist. Außerdem ist eine signifikante Abweichung möglich, wenn die eingesetzten Verfahren unterschiedlichen Standards folgen.

DGA-Whitepaper
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