Vor-Ort-Prüfungen an Windkrafttransformatoren


In den vergangenen Jahren hat die Windenergie einen massiven Ausbau ihrer Kapazitäten erfahren. Betrug die weltweit installierte Leistung im Jahr 2014 schon mehr als 198 TW, ist diese bis Ende 2017 auf fast 540 TW angestiegen. Auch in Deutschland stellt die Windkrafterzeugung mit dem zweitgrößten Anteil der erzeugten Energie mittlerweile einen bedeutenden Faktor in der Energieerzeugung dar [1].

Windkraftanlagen werden üblicherweise auf eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt und an abgelegenen und teilweise schwer zugänglichen Standorten aufgestellt, an denen sie weitgehend unbeaufsichtigt betrieben werden. Die Anlagen sind einem erhöhten betrieblichen Risiko ausgesetzt, da ein schnelles Eingreifen im Falle einer Störung so gut wie unmöglich ist. Durch regelmäßige Prüfungen soll das Risiko eines Ausfalls der kompletten Anlage reduziert, und ein sicherer Betrieb über die gesamte Lebensdauer gewährleistet werden. In der Regel finden diese Prüfungen alle 2 bis 4 Jahre statt.

Der Transformator einer Windkraftanlage stellt eine kritische Komponente dar. Abhängig von der Bauart der Anlage kann er sowohl außerhalb des Turms, als auch direkt in der Gondel installiert sein. In der Gondel muss der Transformator harten Umgebungsbedingungen standhalten, denn neben häufigen Lastwechseln und einer hohen Anzahl von Schaltvorgängen setzen ihm auch langandauernde mechanische Schwingungen und ein erhöhtes Risiko durch Blitzeinschläge zu. Die Isolierung der Trafowicklung ist dadurch stark beansprucht und das Risiko auf mechanische Beschädigungen ist ebenfalls erhöht. Die Reparatur einer defekten Trafowicklung ist vor Ort kaum möglich, sondern bedeutet immer den Austausch des Transformators.

Vor Ort werden Windkrafttransformatoren zumeist einer Sichtprüfung unterzogen. Ein Fehler in der Isolierung ist so nur am äußeren Rand der Wicklung erkennbar, und meist auch nur dann, wenn er bereits fortgeschritten ist. Regelmäßige Teilentladungsmessungen haben sich daher als anerkanntes Mittel zum rechtzeitigen Erkennen und Bewerten möglicher Schäden in der Isolierung durchgesetzt. Sie machen eine tragfähige Planung von Reparaturmaßnahmen erst möglich.

Zur Messung von Teilentladungen ist eine genormte Prüfspannung erforderlich, die durch spezielle Prüfquellen erzeugt wird. Eine geeignete Quelle muss sowohl die benötigte Leistung zur Verfügung stellen, und sich auch leicht in den Wartungsablauf vor Ort integrieren lassen. Neben einer kompakten Bauweise für den Einsatz in der engen Gondel ist deshalb entscheidend, dass sie mit den vor Ort verfügbaren Mitteln transportiert, und unkompliziert aufgebaut und bedient werden kann.

Speziell für die Anforderungen in der Gondel einer Windkraftanlage entwickelte HIGHVOLT mit dem Produkt WV 18-1/1.4 eine leistungsstarke Prüfquelle für die induzierte Spannungsprüfung an Transformatoren bis zu 10 MVA. Um auch Teilentladungen messen zu können, kann die Quelle mit üblichen Teilentladungsmessgeräten und Koppelkondensatoren kombiniert werden. Die Komponenten der Prüfquelle sind in kompakten Boxen eingebaut und werden durch die Wartungsluke direkt ins Innere der Gondel gehoben. Die Koppelkondensatoren gelangen auf die gleiche Art und Weise ins Innere.

Der Aufbau und die Messung dauern nicht mehr als eine Stunde, so dass der Einfluss auf das Wartungsprogramm minimal bleibt. Die WV 18-18/1.4 erreicht einen Teilentladungspegel von maximal 10 pC und kann sowohl an Windkraft- auch an Verteiltransformatoren eingesetzt werden.

Neben dem weiterhin starken Ausbau der Kapazitäten wird auch der Weiterbetrieb vorhandener Windkraftanlagen verstärkt diskutiert. Eine regelmäßige Teilentladungsmessung am Transformator wird zukünftig noch mehr an Bedeutung gewinnen. Das von  HIGHVOLT entwickelte Prüfsystem wurde speziell für den Einsatz in der Gondel konzipiert und erlaubt auch während der regelmäßigen Prüfung der Gesamtanlage eine zuverlässige Vor-Ort-Diagnose am Transformator.

[1] Bundesverband Windenergie (www.wind-energie.de)

 

On-site testing for wind-power transformers (PDF)

 


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