Zustandsbewertung betriebsgealterter Hochspannungstransformatordurchführungen mit Öl-Papier-Dielektrikum mittels dielektrischer Diagnose

Zink, Markus H.

Ziel dieser Arbeit ist es, geeignete Verfahren für die Zustandsdiagnose von Durchführungen mit Öl-Papier-Dielektrikum aufzuzeigen. Dazu wurden an drei 400 kV-Transformatordurchführungen, die 28 Jahre lang in Betrieb waren, betriebsfrequente Kapazitäts- und Verlustfaktormessungen sowie Polarisations- und Depolarisationsstrommessungen (PDC) und Frequenzbereichsspektroskopie-Messungen (FDS) vorgenommen und Möglichkeiten zur qualitativen Analyse der Messergebnisse angegeben. Durch Simulationen lassen sich die Ergebnisse der PDC- und FDS-Messung auch quantitativ bewerten, wodurch u.a. eine Abschätzung des Wassergehalts der Isolation möglich ist. Die Eignung der verwendeten Mess-, Analyse- und Simulationsverfahren wurde durch die Demontage und Untersuchung des Papiers eines der Prüflinge verifiziert. Neben vielen praktischen Hinweisen zu dielektrischen Messungen und deren Störeinflüsse werden auch neuartige Verfahren zur Temperaturkompensation dielektrischer Kurven im Zeitbereich sowie zur Herleitung einfacher Ersatzschaltbilder für die Simulation vorgestellt.

This thesis concerns the condition assessment of high voltage bushings with oil-paper insulation system. The aim is to prove, which diagnostic methods are suited to assess the ageing condition of such bushings that are subjected to ageing effects caused by service operation and how the measurement results can be analyzed. For the practical investigations of this work, three 400 kV-bushings were provided. They have been in operation for 28 years and were replaced as a precaution. Dielectric measurements were performed on these test objects: i.e. capacity and dissipation factor measurements, polarization- and depolarization current- measurements (PDC-measurements) and frequency domain spectroscopy (FDS) were used in order to prove their suitability for ageing condition assessment and to demonstrate how the measurement results can be analyzed. The comparison of measurement data with simulation results plays a major role for quantitative analyses of the measurement results. It is shown, how material data from laboratory measurements can be transformed in a simple way in order to create equivalent circuit diagrams for simulation of real bushings. For analysis of dielectric measurement results, a novel method for the compensation of temperature influences in time domain is shown. This method gives new approaches in analyses of dielectric measurements.During the dielectric measurements, influences of the measurement environment on the measurement results revealed. On the one hand, PDC measurement results were influenced even on very long measurement times in such ways, that oscillations of the polarization currents and polarity reversals of the depolarization currents were caused. On the other hand apparently negative dissipation factors were obtained at higher frequencies, especially at operating frequency. By the investigation of these influences using equivalent circuit diagrams it could be shown that stray capacitances to ground potential caused the effects. So useful advices for dielectric measurements can be given.The adequacy of the different measurement and simulation methods for condition assessment used in this thesis is verified by chemical analyses on the paper of one of the bushings investigated. This allows a final evaluation of the diagnostic methods used.

Diese Arbeit befasst sich mit der Zustandsbewertung von Hochspannungsdurchführungen mit Öl-Papier-Dielektrikum. Das vordergründige Ziel besteht darin, zu untersuchen, welche Diagnoseverfahren geeignet sind, um den Zustand von Durchführungen, die durch betriebliche Beanspruchungen gealtert sind, zu bewerten und wie sich die Ergebnisse der diagnostischen Messungen analysieren lassen. Für die Untersuchungen dieser Arbeit standen drei 400 kV-OIP-Durchführungen zur Verfügung, die 28 Jahre lang in Betrieb waren und vorsorglich getauscht wurden. An diesen Prüflingen wurden die dielektrischen Diagnoseverfahren der betriebsfrequenten Kapazitäts- und Verlustfaktormessung, die Polarisations- und Depolarisationsstrommessung (PDC-Messung) sowie die Frequenzbereichsspektroskopie (FDS) angewendet, um sie auf ihre Eignung zur Zustandsdiagnose von Durchführungen zu prüfen und Möglichkeiten zur Analyse der Messergebnisse aufzuzeigen. Eine wichtige Rolle bei der quantitativen Analyse der Messergebnisse spielt der Vergleich mit Simulationsergebnissen. Es wird gezeigt, wie auf einfachem Wege aus Materialdatensätzen von Labormessungen Ersatzschaltbilder für die Simulation realer Durchführungen hergeleitet werden können. Zur Analyse der Messergebnisse wird eine neuartige Möglichkeit der Temperaturumrechnung von Polarisationsstromkurven aus dem Zeitbereich angegeben, durch die sich neue Ansätze für die Bewertung dielektrischer Messungen ergeben. Bei den dielektrischen Messungen wurden Einflüsse der Messumgebung auf die Verläufe der PDC- und FDS-Ergebnisse festgestellt. Zum einen wurden die PDC-Messungen auch bei sehr langen Messzeiten dahingehend beeinträchtigt, dass sich starke Schwankungen im Polarisationsstrom und eine Polaritätsumkehr des Depolarisationsstroms zeigten. Zum anderen ergab sich bei FDS-Messungen ein scheinbar negativer Verlustfaktor bei höheren Frequenzen, insbesondere bei Betriebsfrequenz. Die Untersuchung dieser Einflüsse anhand von Ersatzschaltbildern verdeutlicht, dass Streukapazitäten zum Erdpotential ursächlich für die Störungen sind und liefert wertvolle Hinweise für praktische Messungen. Die Eignung der zur Zustandsbewertung eingesetzten Mess-, Analyse- und Simulationsverfahren wurde durch chemische Analysen am Papier eines der Prüflinge verifiziert, sodass eine zusammenfassende Bewertung der angewendeten Methoden vorgenommen werden konnte.

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Zink, Markus H.: Zustandsbewertung betriebsgealterter Hochspannungstransformatordurchführungen mit Öl-Papier-Dielektrikum mittels dielektrischer Diagnose. Ilmenau 2013. Universitätsverlag Ilmenau.

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