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GIS-Spannungswandler Intelligente Betriebs- und Wartungslösung: IoT-basiertes prädiktives Wartungssystem

Rockwill 07/11/2025

1.Herausforderungen:
Traditionelle Spannungswandler (VTs) in GIS-Ausrüstungen erfordern oft häufige manuelle Inspektionen, was drei zentrale Schmerzpunkte aufweist:

Verzögerte Erkennung potenzieller Ausfälle: Die geschlossene gasisolierte Struktur (GIS) macht es schwierig, frühe Fehlerindikatoren wie interne partielle Entladungen (PD), geringfügige Abnahmen der SF6-Gasdichte und ungewöhnliche Temperaturanstiege visuell oder durch herkömmliche Methoden zu erkennen.
Niedrige Reaktionsgeschwindigkeit: Lange Zyklen für manuelle Inspektionen (Wochen/Monate) bedeuten, dass plötzliche Ausfälle wie Isolationsbrüche oder Gaslecks oft ohne Vorwarnung auftreten, was zu unplanmäßigen Ausfällen führt.
Hohe Wartungskosten: Präventive Tests und Routinewartungen verbrauchen erhebliche Arbeitskräfte und Ressourcen, wobei das Risiko sowohl von Über- als auch von Unterwartung besteht.

2. Lösung: IoT-basiertes prädiktives Wartungssystem
Diese Lösung adressiert diese Herausforderungen, indem sie ein intelligentes Überwachungsnetzwerk für den gesamten Lebenszyklus von GIS-VTs einrichtet:

(1) Komplette Sensorenschicht:

Präzise Ausbringung: Einbau/Hinzufügen hochpräziser Sensoren an wichtigen VT-Knoten (z.B. Hochspannungsverbindungen, nahe Spacers, Gasfachkörper):

Partielle Entladesensoren (PD): Hochfrequenz-CT- oder Ultra-Hochfrequenz-UHF-Sensoren erfassen Echtzeit-Signale zur Isolierungsausfalltendenz.
Gasdichte- und Feuchtesensoren: Ständige Verfolgung von Änderungen im SF6-Gasdruck, -dichte und -feuchtigkeitsgehalt.
Temperatursensoren: Überwachung von ungewöhnlichen Temperaturanstiegen an Leiterverbindungen und Gehäusen.

Zuverlässige Übertragung: Sensordaten werden in Echtzeit über in Geräten integrierte IoT-Gateways über industriegerechte drahtlose/Faseroptik-Netzwerke an eine Cloud-Überwachungsplattform übertragen, um Datenzeitlichkeit und -integrität sicherzustellen.

(2) AI-gestützte Analyseplattform:

Großdatenfusion: Die Plattform integriert Echtzeitüberwachungsdaten mit multidimensionalen Informationen wie historischen Betriebs-/Wartungsdaten, Fehlersammlungen ähnlicher Ausrüstungen und Umgebungsbedingungen (Last, Temperatur).
AI-Diagnosemodul:

Merkmalserkennung: Automatische Identifizierung von PD-Mustern (z.B. schwebende Entladungen, Oberflächenentladungen), Gasleck-Trendkurven und Temperaturanomaliekorrelationskarten.
Tiefes Lernen-Prognose: Verwendung von Algorithmen wie LSTM und Random Forest zum Aufbau von Fehlervorhersagemodellen, quantitativer Bewertung von Komponentengesundheitsindizes (HI) und Restnutzungsdauer (RUL).
Prazierte Frühwarnung: Prognose kritischer Ausfälle wie "Oberflächenentladungsdegradation des Isolators" oder "Gas-Mikroleckage aufgrund des Verschlussscheibenalters" mindestens 7 Tage im Voraus, mit einer Frühwarnungsgenauigkeit von über 92%.

(3) Visualisiertes Wartungscockpit:

Panoramavisualisierung: Bietet Gesamtüberblicke über die Gesundheit auf mehreren Ebenen (GIS-Ausrüstung, Feld, einzelner VT), unterstützt die einheitliche Verwaltung von Vermögenswerten, Echtzeitdaten, historischen Trends und Alarminformationen.
Intelligentes Work-Order-Dispatch: Generiert und verteilt präzise Wartungsarbeitsaufträge basierend auf Warnstufen und Prognoseergebnissen (z.B. "Phase A VT: Empfehlen PD-Wiederholung und Dichtungsprüfung innerhalb von 3 Tagen"), optimiert die Ressourcenallokation.
Wissensakkumulation: Erzeugt automatisch Fehlanalyseberichte, baut kontinuierlich eine Wartungswissensbasis auf und treibt Modelloptimierung voran.

3. Hauptvorteile

Kenngröße	Verbesserung	Realisierter Wert
Ausrüstungsverlässlichkeit	≥40% Reduzierung der plötzlichen Ausfallrate	Verhindert große Ausfälle, sichert die Stabilität des Netzwerkkerns
Wartungseffizienz	35% Reduzierung der unplanmäßigen Reparaturaufträge	Mitarbeiter konzentrieren sich auf kritische Bereiche, Effizienz vervielfacht
Wartungskosten	≥25% Reduzierung der gesamten Wartungskosten	Reduziert ineffektive Inspektionen & Überwartung, optimiert Ersatzteillagerbestände
Ausrüstungsverfügbarkeit	≥99,9% jährliche umfassende Verfügbarkeit	Unterstützt die hohen Zuverlässigkeitsziele der Stromversorgung
Entscheidungsfindung	Datengetriebene präzise Entscheidungen	Wechselt von "terminbasierter Wartung" zu "präziser Wartung", verlängert die Lebensdauer der Ausrüstung

4. Referenzfall

500kV-Hub-Unterstation GIS-Ausrüstungscluster: Nach dem Systemeinsatz wurden erfolgreich frühzeitige Warnungen für 3 potenzielle VT-Isolationsfehler (2 schwebende Entladungen, 1 Gasfachdichtungsanomalie) mit Vorlaufzeiten von 8-14 Tagen gegeben, wodurch erhebliche wirtschaftliche Verluste vermieden wurden. Die jährlichen Wartungskosten sanken um 28%, und die Häufigkeit von erzwungenen Ausfällen der Ausrüstung ging auf null.

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