Überblick
Eine Papierfabrik im Südosten der Vereinigten Staaten konnte einen potenziell katastrophalen Transformatorausfall und erhebliche ungeplante Stillstandszeiten vermeiden, indem sie mithilfe von Luftultraschalltechnologie – darunter eine Si2-PRO-Akustikkamera und ein Ultraprobe 10.000 – einen verborgenen Defekt identifizierte, der mit herkömmlichen Prüfverfahren nicht erkannt worden war. Was letztendlich nur eine geringfügige Korrekturmaßnahme erforderte, hätte sich zu einem mehrtägigen Betriebsausfall ausweiten können, der erhebliche Produktionsausfälle und Kosten für den Austausch von Anlagen zur Folge gehabt hätte.
Der Standort betreibt eine wichtige Papierproduktionslinie, die von einem 10.000-kVA-Transformator (13,8 kV bis 2,3 kV) gespeist wird, der eine Papiermaschine versorgt. Diese Anlage ist für den kontinuierlichen Betrieb unverzichtbar, wobei Ausfallzeiten mit etwa 25.000 US-Dollar pro Stunde veranschlagt werden. Im Rahmen eines proaktiven Zuverlässigkeitsprogramms führt der Standort vierteljährlich Ultraschall- und Infrarotuntersuchungen durch, zusätzlich zu routinemäßigen Ölanalysen und Sichtprüfungen.
Risiko in Höhe von fast 1 Million Dollar vermieden
Indem der Defekt erkannt und behoben wurde, bevor es zu einem Ausfall kam, hat die Anlage:
- Vermeidung ungeplanter Ausfallzeiten
- Einen möglichen mehrtägigen Ausfall verhindert
- Vermeidung von Produktionsausfällen im Wert von etwa 25.000 US-Dollar pro Stunde
- Kosten für den Austausch eines Transformators in Höhe von schätzungsweise 150.000 US-Dollar konnten vermieden werden
- Das operative Gesamtrisiko wurde auf knapp 1 Million US-Dollar gesenkt
„Wir haben zwei Versuche unternommen, die Geräuschquelle im Inneren des Schranks zu lokalisieren, und sind beide Male gescheitert. Alle herkömmlichen Ursachen wurden ausgeschlossen, und uns gingen langsam die Möglichkeiten aus. Die Si2-PRO-Kamera lieferte hervorragende Ergebnisse, indem sie die Geräuschquelle genau lokalisierte. Ohne den Einsatz der Kamera hätte ich bezweifelt, dass wir das Problem hätten ausfindig machen können. Die Kamera hat jegliches Rätselraten überflüssig gemacht. Ich kann dieses Gerät wärmstens empfehlen.“
Anonymer Mitarbeiter
DIE HERAUSFORDERUNG
Ein anhaltendes Problem ohne eindeutige Ursache
Seit mehreren Monaten stellte das Wartungsteam zeitweise auftretende elektrische Ultraschallstörungen im Transformator fest. Das Problem trat sporadisch auf und weckte Bedenken hinsichtlich der langfristigen Zuverlässigkeit einer kritischen Produktionsanlage.
Da der Transformator eine für den Betrieb unverzichtbare Papiermaschine mit Strom versorgt, könnte jeder unerwartete Ausfall zu erheblichen Produktionsausfällen und längeren Stillstandszeiten führen. Trotz kontinuierlicher Überwachungsmaßnahmen blieb die Ursache für die Störung unbekannt.
Identifizierung der Schallquelle am Transformator-Durchführungsanschluss mithilfe der Si2-PRO-Akustikkamera.
Als herkömmliche Methoden erfolglos blieben
Um die Ursache des Problems zu ermitteln, stützte sich die Einrichtung auf verschiedene bewährte Prüftechniken und Wartungsverfahren.
Die Infrarot-Thermografie ergab keine thermischen Anomalien. Die Sichtprüfungen lieferten keine eindeutigen Ergebnisse, und die Ölanalyse zeigte keine Anzeichen für einen Isolationsdurchschlag oder eine Verschlechterung der Isolation. Auch frühere Maßnahmen zur Behebung des Problems konnten das Problem nicht beseitigen.
Obwohl die Symptome anhielten, konnte mit keiner der herkömmlichen Prüfmethoden eine Ursache ermittelt werden, sodass für die Anlage weiterhin ein ungelöstes Zuverlässigkeitsrisiko bestand.
DIE LÖSUNG
Ultraschalltechnologie deckt die Ursache auf
Im Rahmen des proaktiven Zuverlässigkeitsprogramms der Anlage griffen die Inspektoren auf Ultraschalltechnologie zurück, um das Problem genauer zu untersuchen.
Mithilfe der Akustikkamera Si2-PRO konnten die Prüfer hochfrequente akustische Emissionen feststellen und die Quelle auf eine bestimmte Transformatorbaugruppe eingrenzen. Anschließend wurden die Aufzeichnungen mit einem Ultraprobe 10.000 erfasst und mithilfe einer Spektralanalyse-Software ausgewertet.
Die mit der Si2-PRO-Akustikkamera und dem Ultraprobe 10.000 erfassten Daten lieferten Hinweise auf mechanische Lockerungen und zeitweise auftretende Lichtbogenbildung und lieferten damit Beweise, die mit anderen Prüfverfahren nicht festgestellt worden waren.
Ultraprobe-10.000-Zeitkurvenanalyse, die den Einschlag und den Ausklingvorgang im Zusammenhang mit dem Transformatorfehler zeigt.
Ein kleiner Fehler mit weitreichenden Folgen
Auf der Grundlage der Ultraschallbefunde führten die Prüfer eine eingehendere Begutachtung des unter Spannung stehenden Transformators durch und hielten dabei alle geltenden Sicherheitsvorschriften ein.
Die Ursache des Problems wurde auf zwei lockere Befestigungsmuttern an den Buchsen zurückgeführt.
Die Analyse ergab, dass die Muttern aufgrund von 60-Hz-Obertönen in Schwingung gerieten. Diese Schwingung erzeugte Stoß- und Ausklingverläufe, die in den Ultraschalldaten erkennbar waren. Während die Muttern schwangen, entstanden kleine, zeitweise auftretende Lichtbögen, die in der Zeitwellenformanalyse sichtbar wurden und endeten, sobald die Schwingung aufhörte.
Da die Lichtbogenbildung nur sporadisch auftrat und nur wenig Wärme erzeugte, war keine thermische Signatur erkennbar. Infolgedessen blieb der Defekt bei Infrarotuntersuchungen unsichtbar, obwohl er ein erhebliches Zuverlässigkeitsrisiko darstellte.
DIE ERGEBNISSE
Eine einstündige Reparatur verhindert einen schwerwiegenden Ausfall
Um das Problem zu beheben, wurde der Transformator während eines geplanten Wartungsfensters von etwa einer Stunde außer Betrieb genommen.
Die Techniker zogen die lockeren Befestigungsmuttern der Buchsen um etwa eine Achtelumdrehung fest.
Nach der Wiederinbetriebnahme bestätigten Ultraschallprüfungen, dass die Schwingungen, Lichtbogenbildung und ungewöhnlichen akustischen Signaturen beseitigt worden waren. Bei den anschließenden Inspektionen wurden keine Auffälligkeiten festgestellt.
Bei der Ultraschallanalyse wurden zeitweise auftretende Lichtbogenentladungen festgestellt, die mit der lockeren Buchsenverbindung in Zusammenhang standen.
Ein Überprüfungsscan nach der Reparatur bestätigte, dass die Vibrationen, die Lichtbogenbildung und die ungewöhnlichen akustischen Signaturen beseitigt wurden.
Gewonnene Erkenntnisse
- Nicht alle elektrischen Störungen erzeugen Wärme.
- Mittels Ultraschall wurden mechanische Lockerungen und zeitweise auftretende Lichtbogenbildung festgestellt, die keine nachweisbaren thermischen Anzeichen hervorriefen.
- Es können mechanische Spielräume und zeitweise auftretende Lichtbögen entstehen, ohne dass dabei genügend Wärme erzeugt wird, um diese bei Infrarotuntersuchungen zu erkennen.
- Geringfügige Mängel können erhebliche betriebliche und finanzielle Risiken nach sich ziehen, wenn sie nicht behoben werden.
- Der Austausch von Erkenntnissen zwischen den Instandhaltungs- und Zuverlässigkeitsteams stärkt die Strategien des gesamten Anlagenmanagements.
Warum dies von Bedeutung ist
Als es mit herkömmlichen Prüfverfahren nicht gelang, die Ursache eines sich anbahnenden Transformatorfehlers zu ermitteln, lieferte die Ultraschalltechnologie die erforderlichen Erkenntnisse, um das Problem zu lokalisieren und Maßnahmen zur Behebung einzuleiten.
Indem das Wartungsteam zwei lockere Befestigungsmuttern an Buchsen identifizierte, bevor diese zu einem größeren Ausfall führen konnten, beseitigte es mit einer einstündigen Reparatur ein potenziell katastrophales Problem und trug dazu bei, dass der Betrieb ein Betriebsrisiko in Höhe von fast 1 Million US-Dollar vermeiden konnte.