Lebensdauer von Transformatoren für nachhaltige Stromnetze verlängern
von Senja Leivo, Senior Industry Specialist bei VAISALA
Warum Online-Zustandsüberwachung wichtig ist
Während sich die Energiewende beschleunigt, stehen die Stromnetze vor beispiellosen Herausforderungen. Die Elektrifizierung von Verkehr und Heizung sowie die rasche zunehmende Anzahl von Rechenzentren führen zu einem starken Anstieg des Stromverbrauchs – der sich voraussichtlich in den nächsten 25 Jahren sogar verdoppeln soll.
Moderne Datenzentren, die von KI und Cloud-Services betrieben werden, können jeweils genauso viel Strom wie eine Kleinstadt verbrauchen und üben damit eine konstante, hohe Last auf ohnehin bereits stark beanspruchte Netze aus, die durch das schnelle Wachstum erneuerbarer Energien und die Ausweitung der dezentralen Erzeugung zunehmend dynamischen Belastungen ausgesetzt sind.
Doch diese wachsenden Anforderungen kommen zu einer Zeit, in der Transformatorflotten in vielen Regionen schneller altern, als neue Kapazitäten gebaut werden. Die globale Lieferkette für neue Transformatoren ist angespannt, mit derzeit üblichen Lieferzeiten von 18 bis 36 Monaten.
Die Versorgungsunternehmen stehen vor einer Kapazitätslücke: alternde Anlagen, zunehmend dynamische und höhere Lasten sowie Ersatzgeräte, deren Lieferung Jahre dauern kann. In diesem Umfeld wird die Verlängerung der Lebensdauer von Transformatoren sowohl zu einer Notwendigkeit für die Zuverlässigkeit als auch zu einer Möglichkeit für mehr Nachhaltigkeit.
Alternde Infrastruktur trifft auf ein anspruchsvolleres Netz
Transformatoren, die vor Jahrzehnten für stabile, vorhersehbare Belastungen gebaut wurden, stehen heute vor weitaus komplexeren Betriebsbedingungen. Erneuerbare Energien führen zu schwankenden Stromflüssen; dezentrale Energiequellen verursachen unregelmäßige Lastmuster; elektrifizierter Verkehr erhöht den Spitzenbedarf; und Rechenzentren bringen große, kontinuierliche und oft schnell wachsende Lastanforderungen mit sich.
Diese kombinierten Belastungen beschleunigen die Alterung der Isolierung, erhöhen die thermische Beanspruchung und steigern das Risiko von Fehlern – insbesondere bei älteren Geräten. Die traditionelle zeitbasierte Wartung kann mit dieser neuen Realität nicht Schritt halten. Versorgungsunternehmen benötigen daher einen kontinuierlichen Einblick in den Zustand ihrer Transformatoren.
Lebensdauerverlängerung durch Echtzeit-Zustandsüberwachung
Aus Sicht der Nachhaltigkeit und der Netzresilienz bietet die Online-Überwachung erhebliche Vorteile:
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Die Online-Zustandsüberwachung – insbesondere die Gas-in-Öl-Analyse (DGA) – ist eines der effektivsten Tools zur Zustandsbewertung und ermöglicht die Verlängerung der Lebensdauer von Transformatoren.
Die kontinuierliche Messung von Gasen im Transformatoröl zur Erkennung früher Anzeichen von Hotspots, thermischer Belastung, Teilentladungen und sich anbahnenden Fehlern macht einen DGA-Monitor praktisch zu einem Echtzeit-Gesundheitsmonitor, der Probleme oft lange vor einer kritischen Entwicklung aufdeckt.
Schließung der Kapazitätslücke durch Modernisierung und Leistungsanpassung
Bei langen Lieferzeiten für neue Transformatoren können Versorgungsunternehmen zusätzliche Tools im Kapazitätsmanagement nutzen, um ihre Option der Überholung und Neubewertung von Transformatoren zu prüfen.
Überholung – dies kann die Trocknung von Isolierungen, die Ölrückgewinnung, die Reparatur von Dichtungssystemen, die Modifizierung von Konservierungssystemen, die Modernisierung von Durchführungen, die Erhöhung der Kühlleistung oder manchmal sogar das Umspulen umfassen. Überholung kann ältere Transformatoren sogar in einen nahezu neuwertigen Zustand versetzen. Dieser Ansatz ist schneller, deutlich nachhaltiger und wesentlich weniger ressourcenintensiv als der ständige Neukauf von Ausrüstung.
Leistungsanpassung, also die sichere Erhöhung der Belastbarkeit eines Transformators, unterstützt Versorgungsunternehmen dabei, die steigende Nachfrage durch Elektrifizierung und Rechenzentren zu bewältigen. Aber die Leistungsanpassung muss durch Zustandsdaten in Echtzeit geleitet werden. Überwachung – insbesondere DGA, Feuchtegehaltsüberwachung und thermische Modellierung – kann den Betreibern die Option geben, versteckte Kapazitäten sicher freizugeben, ohne die Lebensdauer der Anlagen zu verkürzen.
Ein nachhaltiger Weg in die Zukunft
Transformatoren sind das Herzstück der Energiewende. Die Verlängerung der Lebensdauer von Transformatoren durch Online-Zustandsüberwachung gehört zu den wirkungsvollsten Maßnahmen, die Versorgungsunternehmen ergreifen können, um die steigende Nachfrage durch Elektrifizierung, die Integration erneuerbarer Energien und den Ausbau von Rechenzentren zu unterstützen. Jedes zusätzliche Betriebsjahr verringert die Materialverwendung, senkt die Emissionen und stärkt die Widerstandsfähigkeit des Netzes.
Da der Stromverbrauch weiterhin stark ansteigt, wird intelligenteres Anlagenmanagement unerlässlich – nicht optional. Online-Überwachung verschafft Versorgungsunternehmen die nötigen Einblicke, um ältere Transformatorbestände über Jahrzehnte hinweg sicher, nachhaltig und zuverlässig zu betreiben.
About the author
Senja Leivo is the Senior Industry Expert at Vaisala, specializing in the condition monitoring of power transformers. With 25 years of international industrial experience, she plays a crucial role in integrating customer feedback into R&D. She’s been a key contributor to the development of Vaisala’s multi-gas DGA monitor from the very beginning.
An experienced speaker at industry conferences, Senja actively engages in international research collaborations, e.g. CIGRE and IEC working groups, and other initiatives focused on transformer condition assessment. Senja is also the Convenor of the new CIGRE JWG A2/D1.74 – Online moisture monitoring of transformers for ageing assessment.