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Title:
DEVICE AND METHOD FOR MONITORING AN ON-LOAD TAP CHANGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2024/078852
Kind Code:
A1
Abstract:
Device for monitoring an on-load tap changer The on-load tap changer comprises a plurality of contacts for switching between winding taps of a transformer. The device comprises a measuring unit which is designed to detect an acoustic signal of the on-load tap changer. The device also comprises an evaluation unit which is designed such that, from the acoustic signal representing a switching of the on-load tap changer, it determines characteristic variables for acoustic events in the on-load tap changer within a switching process. A wear model is also determined based on previously determined characteristic degradation patterns and the wear of at least one contact of the on-load tap changer is determined based on the characteristic variables and the wear model.

Inventors:
SAVELIEV ANATOLI (DE)
SCHMITTEN PETER (DE)
HOCHMUTH HARALD (DE)
Application Number:
PCT/EP2023/076365
Publication Date:
April 18, 2024
Filing Date:
September 25, 2023
Export Citation:
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Assignee:
REINHAUSEN MASCHF SCHEUBECK (DE)
International Classes:
H01H9/0005
Domestic Patent References:
WO1997034161A11997-09-18
WO2000044011A12000-07-27
Foreign References:
JPH11354341A1999-12-24
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Claims:
Patentansprüche Vorrichtung (1) zur Überwachung eines Laststufenschalters (2), der Laststufenschalter (2) umfassend eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators (3), die Vorrichtung umfassend

Eine Messeinrichtung (6), dazu ausgebildet, ein akustisches Signal (AS) des Laststufenschalters zu erfassen; und

Eine Auswerteeinrichtung (11), dazu eingerichtet o Aus dem akustischen Signal (AS), das eine Umschaltung des Laststufenschalters repräsentiert charakteristische Größen (CG) für akustische Ereignisse im Laststufenschalter (2) innerhalb eines Umschaltvorgangs zu bestimmen; o Ein Abbrandmodel (AM) anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster (CA) zu ermitteln und o Den Abbrand mindestes eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen (CG) und des Abbrandmodels (AM) zu bestimmen System nach Anspruch 1 , wobei die Messeinrichtung (6) zum Erfassen des akustischen Signals (AS) einen Schallwandler oder einen Beschleunigungssensor umfasst, welcher in der Nähe des Laststufenschalters (2) am Stufenschalterkopf oder am Gehäuse eines Transformators (3) angeordnet ist. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Auswerteeinrichtung (11) wenigstens eine Eingabeeinheit und/oder wenigstens eine Ausgabeeinheit und/oder wenigstens eine Kommunikationseinheit umfasst. Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters (2), der Laststufenschalter (2) umfassend eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators (3), das Verfahren umfassend

Erfassen eines akustischen Signals (AS) während eines Umschaltvorgangs des Laststufenschalters (2);

Bestimmen von charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse im Laststufenschalter (2) innerhalb eines Umschaltvorgangs anhand des erfassten akustischen Signals (AS);

Ermitteln eines Abbrandmodels (AM) anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster (CA); Bestimmen des Abbrands mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen und des Abbrandmodels (AM); Verfahren nach dem vorigen Anspruch, außerdem umfassend

Vergleichen des Abbrands des Kontakts oder der Differenz des Abbrands zwischen zwei Kontakten mit einem festgelegten Grenzwert und

- Ausgeben einer Meldung und/oder Handlungsempfehlung im Falle einer Überschreitung des Grenzwertes Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Bestimmen von charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse umfasst

Erzeugen einer aktuellen Hüllkurve aus dem akustischen Signal (AS);

Bestimmen von mindestens einem aktuellen Peak aus der aktuellen Hüllkurve;

Ermitteln der charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse anhand des mindestens einen aktuellen Peaks und anhand vorab ermittelter Hüllkurven; Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei

Charakteristische Größen (CG) für akustische Ereignisse umfassen o die Amplitude eines Peaks des akustischen Signals; o der Zeitpunkt eines Peaks des akustischen Signals; o der Abstand zwischen zwei Peaks des akustischen Signals; o die Form eines Peaks des akustischen Signals; Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Bestimmen von charakteristischen Größen (CG) für akustische Ereignisse zusätzlich umfasst:

Synchronisieren des aktuell gemessenen akustischen Signals mit vorab gemessenen akustischen Signalen (AS) anhand eines Labeling-Verfahrens; Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 4 bis 8 wobei charakteristische Abnutzungsmuster (CA) durch die elektrischen und/oder thermischen und/oder mechanischen und/oder sonstigen Belastungen des Laststufenschalters definiert werden und insbesondere ermittelt werden unter Berücksichtigung von

Laststrom und/oder

Stufenspannung und/oder

Betriebsspannung und/oder

Top-Oil-Temperatur des Transformators und/oder

- Aktuelle Stellung des Laststufenschalters und/oder - Anzahl der durchgeführten Umschaltungen und/oder

Schaltungen unter Last und/oder Schaltungen ohne Last und/oder

Phasenlage von Strom und Spannung im Laststufenschalter und/oder

Eigenschaften des Isoliermediums im Laststufenschalter und/oder

Temperatur des Isoliermediums und/oder

Schaltrichtung des Umschaltvorgangs Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 4 bis 9, wobei das Ermitteln von charakteristischen Abnutzungsmustern (CA) anhand in Echtzeit gemessenen Daten und/oder anhand historischer Messdaten und/oder anhand von Typeninformationen und/oder anhand mittels Simulation ermittelter Daten und/oder anhand mittels historischen Testergebnissen ermittelter Daten erfolgt; Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche wobei das Abbrandmodel (AM) zusätzlich anhand charakteristischer Referenzgrößen (CRG) ermittelt wird, die anhand von akustischen Referenzsignalen (ARS) ermittelt werden. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche wobei das Abbrandmodel ein Regressionsmodel insbesondere eine lineare multivariate Regression oder eine nichtlineare Regression oder ein neuronales Netz umfasst.

Description:
Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters.

Laststufenschalter sind aus dem Stand der Technik bekannt und dienen zur Einstellung des Windungsverhältnisses von Leistungstransformatoren unter Last. Entsprechende Leistungstransformatoren, die mittels Laststufenschalter geregelt werden, verfügen über mehrere Wicklungsanzapfungen zur Einstellung des Windungsverhältnisses. Üblicherweise entstehen beim Umschalten des Windungsverhältnisses an einem spannungsführenden Leistungstransformator mithilfe eines Laststufenschalters Lichtbögen. Über die Betriebsdauer des Laststufenschalters führen diese Lichtbögen, insbesondere bei Laststufenschaltern in Öltechnologie, zum Abbrand der Kontakte des Laststufenschalters, was bei fortschreitendem Kontaktabbrand zu Reparatur- und Wartungsaufwand führt.

Direkte Messungen des Kontaktabbrands, beispielsweise durch eine invasive Inspektion des Laststufenschalters, stellen aktuell die gängige Praxis zur Bewertung des Kontaktabbrands dar. Allerdings sind entsprechende Messverfahren mit hohem Aufwand, insbesondere der Abschaltung des Leistungstransformators sowie dem Ausbau von Teilen des Laststufenschalters, verbunden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters zu schaffen, die den Kontaktabbrand eines Laststufenschalters auf einfache Art und Weise bestimmt, Aussagen zur Notwendigkeit von Wartungs- und Reparaturarbeiten zulässt und insbesondere die Notwendigkeit zur Abschaltung des Leistungstransformators und den Ausbau von Teilen des Laststufenschalters zur Abbrandbestimmung behebt.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters zu schaffen, welches den Abbrand mindestens eines Kontakts im Laststufenschalter sicher, präzise und einfach ermittelt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß dem Anspruch 4 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters vor. Der Laststufenschalter umfasst dabei eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators. Die Vorrichtung umfasst eine Messeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein akustisches Signal des Laststufenschalters zu erfassen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung, die dazu eingerichtet ist:

- Aus dem akustischen Signal, das eine Umschaltung des Laststufenschalters repräsentiert, charakteristische Größen für akustische Ereignisse im Laststufenschalter innerhalb eines Umschaltvorgangs zu bestimmen; ein Abbrandmodel anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster zu ermitteln und den Abbrand mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen und des Abbrandmodels zu bestimmen

Die Vorrichtung ermöglicht es, den Kontaktabbrand mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand eines akustischen Signals, sowie anhand eines vorab ermittelten Abbrandmodels zu ermitteln. Das akustische Signal kann dabei insbesondere Körperschall oder Vibrationen umfassen. Zur Erfassung des akustischen Signals verfügt die Messeinrichtung über einen Sensor insbesondere einen Schallwandler oder einen Beschleunigungssensor. Der Schallwandler oder Beschleunigungssensor ist dabei vorteilhafterweise in der Nähe des Laststufenschalters insbesondere am Stufenschalterkopf oder am Gehäuse des Transformators angeordnet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Schallwandler oder Beschleunigungssensor ein elektromagnetischer, piezoelektrischer oder piezoresistiver Schallwandler und/oder ein mikro-elektro-mechanischer Sensor, MEMS.

Die Auswerteeinrichtung umfasst vorteilhafterweise weiterhin eine Eingabeeinheit und/oder eine Ausgabeeinheit und/oder eine Kommunikationseinheit. Die Ausgabeeinheit kann beispielsweise ein Display oder Status-LEDs umfassen. Die Ausgabeeinheit können die Ergebnisse der Abbrandbestimmung einem Nutzer oder Bediener zur Verfügung gestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung auch eine Kommunikationseinheit umfassen, die es ermöglicht, die Ergebnisse der Abbrandbestimmung an weitere Datenverarbeitungseinrichtungen z.B. eine Cloud zu kommunizieren.

Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters vor. Der Laststufenschalter umfasst dabei eine Mehrzahl von Kontakten zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Transformators, wobei das Verfahren umfasst:

Erfassen eines akustischen Signals während eines Umschaltvorgangs des Laststufenschalters; Bestimmen von charakteristischen Größen für akustische Ereignisse im Laststufenschalter innerhalb eines Umschaltvorgangs anhand des erfassten akustischen Signals

Ermitteln eines Abbrandmodels anhand vorab ermittelter charakteristischer Abnutzungsmuster

Bestimmen des Abbrands mindestens eines Kontakts des Laststufenschalters anhand der charakteristischen Größen und des Abbrandmodels

Das Abbrandmodel gemäß der vorliegenden Erfindung dient dabei zur Beschreibung der charakteristischen Abnutzungsmuster durch die spezifische Größe des Kontaktabbrands und stellt somit insbesondere einen Bezug zwischen charakteristischen Abnutzungsmustern und Kontaktabbrand her.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der bestimmte Kontaktabbrand mit einem festgelegten Grenzwert verglichen. Wird der vorab festgelegte Grenzwert überschritten, wird durch die Auswerteeinheit eine Meldung ausgegeben. Alternativ kann auch die Differenz des Abbrands zwischen zwei Kontakten des Laststufenschalters mit einem Grenzwert verglichen werden. Auch in diesem wird bei Überschreiten des Grenzwertes eine Meldung und/oder Handlungsempfehlung durch die Auswerteeinheit ausgegeben.

Alternativ oder zusätzlich kann auch die Bestimmung eines Trends des Kontaktabbrands vom Verfahren umfasst sein. Auch hier kann für den Fall, dass der Trend des Kontaktabbrands einen vorher definierten Grenzwert überschreitet eine Meldung und/oder Handlungsempfehlung durch die Auswerteeinheit ausgegeben werden.

Die Meldung bzw. Handlungsempfehlung kann dabei weiterhin das Vorschlägen und/oder Vornehmen einer Handlung am Laststufenschalter oder Transformator in Abhängigkeit des Kontaktabbrands umfassen. Die Handlungsempfehlung kann beispielsweise eine Wartung, Überprüfung, Markierung oder Stilllegung des Laststufenschalters oder Transformators umfassen. Die Handlungsempfehlung kann beispielsweise eine zusätzliche, insbesondere detaillierte physische Messung der Kontakte des Laststufenschalters umfassen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Bestimmen von charakteristischen Größen für akustische Ereignisse das Erzeugen einer aktuellen Hüllkurve aus dem akustischen Signal, die die Intensität des akustischen Signals abbildet. Die Erhöhungen der Signalintensität (Peaks auf der Kurve) werden identifiziert und charakterisiert. Anhand der Hüllkurve werden aktuelle Peaks der aktuellen Hüllkurve bestimmt. Weiterhin können die so ermittelten Peaks der aktuellen Hüllkurve mit vorab ermittelten Hüllkurven abgeglichen werden was eine genauere Ermittlung von charakteristischen Größen für akustische Ereignisse erlaubt.

Charakteristische Größen für akustische Ereignisse, die für die Umschaltung eines Laststufenschalters charakteristisch sind, sind dabei insbesondere die Amplitude mindestens eines Peaks des akustischen Signals, der Zeitpunkt eines Peaks des akustischen Signals, der Abstand zwischen zwei Peaks des akustischen Signals, sowie die Form eines Peaks des akustischen Signals.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann der Abgleich der ermittelten Peaks der aktuellen Hüllkurve mit vorab ermittelten Hüllkurven insbesondere die Synchronisation des aktuell gemessenen akustischen Signals mit vorab gemessenen akustischen Signalen anhand eines Labeling-Verfahrens umfassen. Mit anderen Worten werden akustische Ereignisse, die hinsichtlich Erscheinen und Position auf der Hüllkurve Ähnlichkeiten aufweisen über mehrere Umschaltungen hinweg analysiert. Dies wird dadurch ermöglicht, dass bei jeder Schalthandlung des Laststufenschalters vergleichbare mechanische Prozesse auftreten, die zu ähnlichen akustischen Phänomenen im Verlauf einer Umschaltung führen.

Zur Bestimmung des Kontaktabbrands anhand der charakteristischen Größen für akustische Ereignisse werden weiterhin charakteristische Abnutzungsmuster des Laststufenschalters berücksichtigt. Charakteristische Abnutzungsmuster beschreiben dabei die elektrischen und/oder thermischen und/oder mechanischen und/oder sonstigen Belastungen, die der Laststufenschalter während einer Umschaltung erfahren kann und die sich auf das Schaltverhalten und somit auf die Geräuschentwicklung innerhalb einer Umschaltung auswirken können.

Entsprechende Belastungen, die in den charakteristischen Abnutzungsmustern berücksichtigt werden können sind dabei insbesondere der Laststrom, die Stufenspannung, die Betriebsspannung, die Top-Oil-Temperatur des Transformators, die aktuelle Stellung des Laststufenschalters, die Anzahl der bisher durchgeführten Umschaltungen, Durchführung einer Schaltung unter Last bzw. Durchführung einer Schaltung ohne Last, die Phasenlage von Strom und Spannung im Laststufenschalter, die Eigenschaften des Isoliermediums im Laststufenschalter, die Temperatur des Isoliermediums des Laststufenschalters, sowie die Schaltrichtung des Umschaltvorgangs.

Die charakteristischen Abnutzungsmuster können auf verschiedene Art und Weise generiert werden. So können die charakteristischen Abnutzungsmuster anhand von in Echtzeit gemessenen Daten, anhand historischer Messdaten, anhand von Informationen zum Typ, Baujahr, etc. des Laststufenschalters, anhand von simulierten Daten oder auch anhand historischer Test- und Prüfungsergebnisse ermittelt werden. Die angeführten Daten können dabei lokal auf der Auswerteeinrichtung hinterlegt werden oder in einem übergeordneten Datenverarbeitungssystem, beispielsweise einer Cloud, zur Verfügung gestellt werden und an die Auswerteeinrichtung kommuniziert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zur Ermittlung des Abbrandmodels zusätzlich charakteristische Referenzgrößen herangezogen, die anhand von akustischen Referenzsignalen ermittelt werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem zur Bestimmung des Kontaktabbrands benutzten Abbrandmodels um ein Regressionsmodell insbesondere eine lineare multivariate Regression oder eine nicht-lineare Regression oder ein neuronales Netz.

Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Laststufenschalters.

Fig.2 a/b eine schematische Ansicht eines Lastumschalters sowie einen exemplarischen

Schaltablauf

Fig.3 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Überwachung eines Laststufenschalters 2. Der Laststufenschalter 2 ist in einem Transformatorkessel 3 eingebaut. Der Laststufenschalter 2 weist einen Lastumschalter 21 mit einem Federenergiespeicher 22 und einem Wähler 23 auf. Seitlich am T ransformatorkessel 3 ist ein Motorantrieb 4 angeordnet. Der Motorantrieb 4 weist ein Gehäuse 41 auf, in dem ein Motor 42 angeordnet ist, der über einen Antriebswellenzug 43 mit dem Laststufenschalter 2 verbunden ist. Zum Durchführen einer Umschaltung treibt der Motor 42 den Laststufenschalter 2 über den Antriebswellenzug 43 an. Während der Umschaltung wird zunächst der Wähler 23 betätigt, wobei eine zu beschaltende Wicklungsanzapfung durch einen entsprechenden Wählerarm vorgewählt wird. Parallel dazu wird der Federenergiespeicher 22 aufgezogen. An einem definierten Zeitpunkt/Zeitmoment wird der Federenergiespeicher 22 entklinkt und gibt die vorher beim Aufziehen gespeicherte Energie schlagartig frei. Mit dieser Energie wird der Lastumschalter 21 und insbesondere die Kontaktanordnung des Lastumschalters 21 betätigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist Mittel auf, bzw. ist in der Lage ein akustisches Signal, das bei der Betätigung der Kontaktanordnung des Lastumschalters 21 entsteht zu bestimmen oder zu erfassen. Hierzu umfasst die Vorrichtung eine Messeinrichtung 6, welche beispielsweise einen Sensor umfasst.

Die Messeinrichtung 6 ist vorzugsweise in der Nähe des Laststufenschalters 2, vorzugsweise in der Nähe des Lastumschalters 21 , insbesondere in der Nähe des Federenergiespeichers 22, vorzugsweise auf dem Gehäuse des Transformators 3 oder am Deckel oder Kopf des Laststufenschalters 2 angeordnet. Der Sensor der Messeinrichtung 6 kann beispielsweise als Beschleunigungssensor (z.B, als Piezo-Sensor oder als MEMS-Sensor) ausgebildet sein. Weiterhin sind auch andere Sensoren z.B. optische Vibrationssensoren oder sonstige bekannte Sensoren denkbar. Die Vorrichtung weist außerdem eine Auswerteeinrichtung 11 auf, welche kabelgebunden oder kabellos mit der Messeinrichtung 6 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 11 ist zum Auswerten und/oder Erfassen der akustischen Signale ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung 11 kann am Transformator 3 oder entfernt vom Transformator 3 angeordnet sein. Teile der Messeinrichtung 6 können ebenfalls am Transformator 3 oder entfernt davon angeordnet sein. Die Auswerteeinrichtung 11 kann weiterhin im Gehäuse 41 des Motorantriebs 4 integriert sein, oder in einem separaten Gehäuse am Transformator 3 angeordnet sein.

Weiterhin wird mittels der Auswerteeinrichtung 11 das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt bzw. die Vorrichtung führt das Verfahren aus. Die Auswerteeinrichtung 11 kann dabei die erfassten Rohdaten der Messeinrichtung 6 erfassen und auswerten. Alternativ wird in der Auswerteeinrichtung 11 nur das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt. In diesem Fall ist die Messeinrichtung mit entsprechenden Mitteln ausgestattet, um die jeweiligen Rohdaten der Signale zu erfassen und aufzubereiten. Optional können mehrere Messeinrichtungen 6 vorgesehen sein.

Eine mögliche Betätigung des Lastumschalters 21 ist in den Figuren 2a und 2b dargestellt. Der beispielhaft gezeigte Lastumschalter 21 umfasst eine Mehrzahl von Kontakten (MCa, MSCa, TCa1 , TCa2, TCb2, TCb1 , MSCb MCb) gemäß Figur 2a. Im Dauerbetrieb, also so lange keine Umschaltung erfolgt, führen die Dauerhauptkontakte MCa bzw. MCb den Laststrom IL. Soll von einer ersten Transformatoranzapfung n auf eine zweite Transformatoranzapfung n+1 umgeschaltet werden, werden die Dauerhauptkontakte MCa, MCb, die Schaltkontakte MSCa, MSCb sowie die Widerstandskontakte TCa1 , TCa2, TCb2, TCb1 gemäß des exemplarischen Schaltablaufs der Figur 2b betätigt. Vor Beginn der Umschaltung führt dabei der Kontakt MCa den Laststrom IL. Nach erfolgter Umschaltung gemäß des Schaltablaufs der Figur 2b ist die Transformatoranzapfung n+1 beschältet und der Dauerhauptkontakt MCb führt den Laststrom IL. Insbesondere an den Schaltkontakten MSCx, sowie den Widerstandskontakten TCx1 , TCx2 treten während des Umschaltvorgangs Lichtbögen auf, die über die Lebensdauer des Transformators sowie des Laststufenschalters 2 zu entsprechendem Kontaktabbrand führen.

Basierend auf der Tatsache, dass das Vibrationsmuster bzw. die Geräuschentwicklung einer Umschaltoperation eines Laststufenschalters durch den Zustand des Laststufenschalters insbesondere auch durch den Zustand der Kontakte beeinflusst wird, führt die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters 2 durch. Das erfindungsgemäße Verfahren ist abstrakt in Figur 3 dargestellt.

Während einer Umschaltung (beispielsweise gemäß dem Schaltablauf nach Figur 2a / 2b) wird ein akustisches Signal AS mit Hilfe der Messeinrichtung 6 erfasst. Alternativ können mehrere akustische Signale AS mehrerer Messeinrichtungen 6 verwendet werden, wobei die Signale dann zu einem akustischen Signal AS zusammengefasst werden. Dies erfolgt in der Auswerteeinrichtung 11 oder in einer separaten Einheit im Zuge einer Vorverarbeitungsprozedur.

In einem Schritt 101 werden die Rohdaten aus dem akustischen Signal AS der Messeinrichtung 6 weiterverarbeitet. Die Verarbeitung des akustischen Signals AS umfasst dabei die Ermittlung charakteristischer Größen CG aus dem akustischen Signal AS. Hierzu wird aus dem akustischen Signal AS zunächst, beispielsweise mittels einer Wavelet-Analyse, eine Hüllkurve gebildet. Die Hüllkurve bildet die Energie der Schwingungen in einem Frequenzbereich ab.

Anhand der Hüllkurve werden dann Peaks der Hüllkurve bestimmt. Aus der Hüllkurve, insbesondere den Peaks, lassen sich entsprechende Rückschlüsse auf das Verhalten bzw. den Zustand des Lastumschalters 21 ziehen, da mechanische Ereignisse (wie z.B. das Öffnen oder Schließen eines Kontakts) direkt mit den entsprechenden akustischen Ereignissen (Peaks in der Hüllkurve) in Verbindung stehen. Die so ermittelten Peaks werden im Rahmen des Schrittes 101 weiter ausgewertet und aus den Peaks die charakteristischen Größen CG für akustische Ereignisse im Laststufenschalter 2 bestimmt. Die charakteristischen Größen CG für akustische Ereignisse im Laststufenschalter 2 sind dabei insbesondere die Amplitude des Peaks, der Zeitpunkt des Peaks, die Form eines Peaks sowie ggf. auch der Abstand zwischen zwei Peaks. Um die Qualität der ermittelten charakteristischen Größen CG zu verbessern können auch mehrere Schalthandlungen des Laststufenschalters 2 ausgewertet werden. In diesem Fall erfolgt im Rahmen des Schrittes 101 eine zeitliche Synchronisierung mehrerer Hüllkurven zueinander, so dass die Abweichung der Peaks der Einzelmessungen minimiert werden. Die charakteristischen Größen CG für akustische Ereignisse im Laststufenschalter 2 können dann über mehrere Schaltoperationen hinweg gemittelt werden. Vorab oder zeitlich unabhängig, besonders vorteilhaft vor Aufnahme des akustischen Signals AS, erfolgt in einem Schritt 102a die Ermittlung charakteristischer Referenzgrößen CRG. In diesem Schritt werden die Rohdaten eines akustischen Referenzsignals ARS verarbeitet. Akustische Referenzsignale können hierbei wiederum die akustischen Ereignisse im Rahmen einer Stufenschalterumschaltung abbilden. Die akustischen Referenzsignale können beispielsweise im Rahmen eines Stufenschaltertests in einer Testumgebung oder während der Inbetriebnahme des Stufenschalters oder während einer Einlernphase des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgenommen werden. Die Aufnahme der akustischen Referenzsignale kann dabei entweder durch separate Messgeräte oder durch das Messsystem 6 erfolgen. Die Ermittlung charakteristischer Referenzgrößen CRG erfolgt analog zur Ermittlung der charakteristischen Größen CG.

Vorab oder zeitlich unabhängig erfolgt in einem Schritt 102b die Ermittlung charakteristischer Abnutzungsmuster CA des Laststufenschalters 2. In diesem Schritt werden abhängig von den elektrischen, thermischen, mechanischen sowie sonstigen im Laststufenschalter vorherrschenden Betriebsbedingungen bzw. Belastungen charakteristische Abnutzungsmuster CA ermittelt. Charakteristische Abnutzungsmuster CA definieren dabei das akustische Verhalten des Laststufenschalters 2 in Abhängigkeit der vorherrschenden Betriebsbedingungen z.B. dem Laststrom, der Stufenspannung, der Betriebsspannung, der Top-Oil-Temperatur des Transformators 3, der aktuellen Stellung des Laststufenschalters 2, der Anzahl der bisher durchgeführten Umschaltungen, der Schaltungen unter Last, der Schaltungen ohne Last, der Phasenlage von Strom und Spannung im Laststufenschalter 2, den Eigenschaften des Isoliermediums im Laststufenschalter, der Temperatur des Isoliermediums des Laststufenschalters 2, der Schaltrichtung des Umschaltvorgangs, etc. Das Ermitteln der charakteristischen Abnutzungsmuster CA kann dabei durch die Auswerteeinheit 11 erfolgen, alternativ oder zusätzlich können charakteristische Abnutzungsmuster aber auch in einer separaten Datenverarbeitungsanlage oder Cloud- Anwendung erfolgen. Zudem können zur Ermittlung der charakteristischen Abnutzungsmuster CA eine Vielzahl von Datenquellen herangezogen werden. So können die charakteristischen Abnutzungsmuster CA beispielsweise anhand von in Echtzeit gemessenen Daten, anhand von historischen Messdaten, anhand von Typeninformationen zum Laststufenschalter 2, anhand von mittels Simulation ermittelten Daten oder auch anhand von historischen Testergebnissen ermittelt werden. Weiterhin können auch Daten und Informationen nur eines Laststufenschalters 2 oder einer Flotte von Laststufenschaltern oder auch von unterschiedlichen Typen von Laststufenschaltern zur Ermittlung der charakteristischen Abnutzungsmuster CA herangezogen werden.

Basierend auf den in Schritt 102a ermittelten charakteristischen Referenzgrößen CRG sowie den in Schritt 102b ermittelten charakteristischen Abnutzungsmustern CA, wird in Schritt 103 ein Abbrandmodel erstellt, das eine Korrelation zwischen den charakteristischen Abnutzungsmuster CA den charakteristischen Referenzgrößen CRG und den in Schritt 101 ermittelten charakteristischen Größen CG abbildet. Bevorzugterweise handelt es sich beim Abbrandmodel AM um ein Regressionsmodell, insbesondere lineares multivariates Regressionsmodell oder ein nicht-lineares Regressionsmodell oder ein neuronales Netz.

In einem nächsten Schritt 104 wird anhand der in Schritt 101 ermittelten charakteristischen Größen CG und des in Schritt 103 bestimmten Abbrandmodels AM der aktuelle Abbrand der Kontakte des Lastumschalters 21 bestimmt.

Abschließend wird in Schritt 105 durch die Auswerteeinheit eine Auswertung und/oder eine Handlungsempfehlung für einen Nutzer zur Verfügung gestellt. Dies kann z.B. die Ausgabe der Werte des Kontaktabbrands KA für einen Nutzer vor Ort auf einem Display umfassen oder auch die Kommunikation der ermittelten Werte für den Kontaktabbrand an einer übergeordneten Datenverarbeitungseinrichtung. Zusätzlich können durch die Auswerteeinrichtung 11 auch weitergehende Handlungsempfehlungen wie beispielsweise für eine Wartung, Überprüfung, Markierung, Stilllegung etc. des Stufenschalters oder Transformators ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Auswerteausrichtung 11 auch ein kurz- mittel- oder langfristiger Trend des Kontaktabbrands KA der Kontakte des Laststufenschalters 2 generiert werden, der einem Nutzer entsprechend zur Verfügung gestellt wird und die Basis für weitere Handlungen oder Handlungsempfehlungen bilden kann.