Rockwill bietet integrierte elektrische Lösungen für intelligente Netze, urbane Infrastrukturen, die Integration erneuerbarer Energien und industrielle Anwendungen. Von der Mittelspannungsautomatisierung bis hin zu Elektroauto-Ladeinfrastrukturen und vorgefertigten Umspannwerken sorgen unsere Systeme für eine stabile, effiziente und zukunftssichere Energieversorgung. Individuell angepasst. Vernetzt. Zuverlässig.

GIS-Spannungswandler-Technologie-Optimierungslösung: Technologische Innovation zur Verbesserung der Isolierleistung und Messgenauigkeit

Rockwill 07/11/2025

Ⅰ. Analyse der technischen Herausforderungen

Traditionelle GIS (Gasgefüllte Schaltanlagen) Spannungswandler stellen in komplexen Netzumgebungen zwei Kernprobleme dar:

Nicht ausreichende Zuverlässigkeit des Isolationssystems

SF₆-Gasverunreinigungen (Feuchtigkeit, Zersetzungsnebenerzeugnisse) führen zu Oberflächenentladungen und damit zu einer Verschlechterung der Isolation.
Temperaturschwankungen (-40°C bis +80°C) verursachen Dichteänderungen des Gases, was die Anfangsspannung für partielle Entladungen (PDIV) reduziert.

Verschlechterung der Messgenauigkeit

Temperaturdrift der Kernpermeabilität (typische Drift: 0,05 %/K).
Systemfrequenzschwankungen (±2 Hz) führen dazu, dass Verhältnis- und Phasenwinkel-Fehler Grenzwerte überschreiten.

Feldmessdaten deuten darauf hin: Konventionelle Geräte können unter extremen Bedingungen Messfehler von Klasse 0,5 aufweisen, mit einer jährlichen Ausfallrate von über 3 %.

II. Kernoptimierungsmaßnahmen auf technischer Ebene

(1) Upgrade des Nanokomposit-Isolationssystems

Technisches Modul	Implementierungspunkte
Nanokomposit-Isolationsmaterial	Al₂O₃-SiO₂-Nanokomposit-Beschichtung (Partikelgröße: 50-80 nm) zur Steigerung der Oberflächenverfolgungsresistenz von Epoxidharz um ≥35 %.
Optimierung des Mischgases	SF₆/N₂-Mischung (80:20), die die Verflüssigungstemperatur auf -45°C senkt und das Leckage-Risiko um 40 % reduziert.
Verbessertes Abdichtungsdesign	Doppelseal-Struktur mit Metallbalg und Laserschweißprozess, Leckraten ≤ 0,1 %/Jahr (IEC 62271-203 Standard).

Technische Validierung: Bestanden 150 kV Netzfrequenz-Standspannungsprüfung und 1000 thermische Zyklen; partielle Entladungsniveaus ≤3 pC.

(2) Vollbedingungs-Digital-Kompensations-System

A[Temperatursensor] --> B(MCU-Kompensationsprozessor)

C[Frequenzüberwachungsmodul] --> B(MCU-Kompensationsprozessor)

D[AD-Abtastkreis] --> E(Fehlerkompensationsalgorithmus)

B(MCU-Kompensationsprozessor) --> E(Fehlerkompensationsalgorithmus)

E(Fehlerkompensationsalgorithmus) --> F[Klasse 0,2 Standardausgabe]

Kernalgorithmus-Implementierung:
\Delta U_{comp} = k_1 \cdot \Delta T + k_2 \cdot \Delta f + k_3 \cdot e^{-\alpha t}\Delta U_{comp} = k_1 \cdot \Delta T + k_2 \cdot \Delta f + k_3 \cdot e^{-\alpha t}
Wobei:

k_1 = 0,0035/°C (Temperaturkompensationsoeffizient)
k_2 = 0,01/Hz (Frequenzkompensationsoeffizient)
k_3 = Alterungsabnahme-Kompensationsfaktor

Echtzeit-Korrektur-Antwortzeit <20 ms; Betriebstemperaturbereich erweitert auf -40°C ~ +85°C.

III. Quantitative Nutzenprognose

Messgrößen	Konventionelle Lösung	Diese Technische Lösung	Optimierungsgrad
Messgenauigkeitsklasse	Klasse 0,5	Klasse 0,2	↑150%
PD-Anfangsspannung (PDIV)	30 kV	≥50 kV	↑66,7%
Gestaltungsdauer	25 Jahre	>32 Jahre	↑30%
Jährliche Inspektionshäufigkeit	2 Mal/Jahr	1 Mal/Jahr	↓50%
Lebenszyklus-Wartungskosten	$180.000/Einheit	$95.000/Einheit	↓47,2%

IV. Ergebnisse der technischen Validierung

Typprüfdaten (Zertifiziert durch Dritte):

Temperaturzyklustest: Nach 100 Zyklen (-40°C ~ +85°C) beträgt die Veränderung des Verhältnisfehlers < ±0,05 %.
Langzeitstabilität: Nach 2000 h beschleunigtem Alterungsversuch beträgt die Fehlerverschiebung ≤ 0,05 Klasse.

Demonstrationsprojekt (750 kV-Umspannwerk):
Keine Ausfälle nach 18 Monaten Betrieb. Maximale gemessene Abweichung: 0,12 % (übertrifft die Anforderungen der Klasse 0,2).

V. Implementierungspfad im Ingenieurwesen