Entwicklung und Optimierung von objektiven Interpretationsmethoden für FRA Testergebnisse

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stefan Tenbohlen
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380135324

Viele der in Deutschland eingesetzten Transformatoren nähern sich dem Ende ihrer projektierten Lebensdauer. Um den sicheren Betrieb möglichst lange zu gewährleisten und einen Ausfall zu verhindern, muss der Zustand des Isolationssystems überwacht werden können. Die Auswertung der Transferfunktion ist dabei eine vergleichende Methode, um den mechanischen Zustand der Transformatorwicklungen zu bestimmen. Die Erfassung der Übertragungsfunktion erfolgt mittels der bekannten Frequency Response Analysis (FRA). Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die FRA zuverlässige Informationen über die mechanische Integrität des Aktivteils des Leistungstransformators liefern kann, ohne dass der Transformator demontiert werden muss. Internationale Arbeitsgruppen entwickelten daraufhin ein standardisiertes Messverfahren, um die Messungen miteinander vergleichbar zu machen. Allerdings muss nach der Messung der Transferfunktion eine Entscheidung über den Zustand des Transformators getroffen werden, ob er intakt ist oder repariert werden muss. Dieser Schritt wird als FRA-Interpretation bezeichnet.Die direkte Interpretation der Messergebnisse durch einen Menschen ist aber subjektiv und daher potenziellen Fehlern unterworfen. Das Hauptziel des beantragten Projektes ist es, Methoden zur objektiven Interpretation der FRA-Ergebnisse zu entwickeln, zu verbessern und zu optimieren. Unterschiedliche FRA-Interpretationsverfahren sind in Leistungstransformatoren zu untersuchen. Um verschiedene Interpretationstechniken zu testen, sind zunächst Datensätze von FRA-Daten mit Referenzkurven (Fingerprint) und Verläufe von bekannten mechanischen Defekten erforderlich. FRA-Daten für typische mechanische Fehlermodi sollen durch FEM-Simulation verschiedener Wicklungen, schrittweise Implementierung unterschiedlicher mechanischer Defekte in Modellwicklungen und Sammeln von realen Falldaten aus dem Feld von verschiedenen Netzbetreibern, Diagnosefirmen und Arbeitsgruppen erzeugt werden. Verschiedene numerische Indizes sollen auf diese Datensätze angewendet und miteinander verglichen werden, um ihre Anwendbarkeit und Fähigkeit zur Standardisierung des Interpretationsverfahrens zu bewerten. Als letzter Schritt soll die Möglichkeit geprüft werden, Grenzwerte für die ausgewählten Indizes zu definieren. Zusätzlich werden Interpretationstechniken, die auf künstlicher Intelligenz basieren, auf die Datensätze angewendet, um die Art und das Ausmaß der verschiedenen Fehler zu bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen