Automatisch umschalten

Factory Acceptance Test: In der Simulationsanlage von Ritter Starkstromtechnik wurden die Gegebenheiten beim Kunden exakt nachgestellt. Foto: Ritter Starkstromtechnik GmbH & Co. KG

Beim niederländischen Netzbetreiber Westland Infra stellt im Schadensfall ein neues System in Sekundenbruchteilen die Versorgung sicher

Die Umspannanlage Westerlee 2 ist für den Netzbetreiber Westland Infra im südholländischen Poeldijk von großer Bedeutung. Von dort aus werden neben Endverbrauchern auch Industriekunden und zahlreiche Gartenbaubetriebe mit weitläufigen Gewächshausanlagen sowie die Grundwasserpumpen der Region versorgt. Kommt es hier zum Ausfall eines Trafos oder einer Schaltanlage, kann erheblicher wirtschaftlicher Schaden entstehen. Dementsprechend ist die Umspannanlage technisch so ausgelegt, dass bei Ausfall einer Einspeisung ein anderer Trafo die betroffenen Verbraucher weiter mit elektrischer Energie versorgen kann.

Insgesamt besteht die Station aus drei Gebäuden mit insgesamt acht 20kV-Schaltanlagen, die mit dem Hochspannungsnetz verbunden sind. Die Schaltanlagen mit Doppelsammelschienensystem stammen von verschiedenen Herstellern (Siemens, Holec, ABB) und besitzen ein Einspeisefeld, eine Querkupplung, mehrere Abgangsfelder und zwei Längskupplungen. Diese Längskupplungen dienen dazu, alle acht Sektionen miteinander zu verbinden. Hierdurch ist es möglich, eine Sektion mit elektrischer Energie zu versorgen, auch wenn der eigene Trafo keine Energie liefert. Bislang war dieser Umschaltvorgang jedoch nur manuell möglich und somit sehr aufwändig: Beim Eingehen einer Störungsmeldung musste ein Mitarbeiter das Problem identifizieren und die Reserveschaltanlage im entsprechenden Gebäude in Betrieb setzen. Das nahm viel Zeit in Anspruch, so dass trotz des hohen Personaleinsatzes Versorgungsunterbrechungen nicht zu vermeiden waren.

Automatisierung im zweiten Anlauf

Vor diesem Hintergrund suchte man bei Westland Infra nach einer Lösung, um den Prozess der Umschaltung deutlich zu optimieren. Der Netzbetreiber wandte sich an Jeffrey Ammerlaan, den zuständigen Produktmanager im niederländischen Vertriebsbüro der Firma Ritter Starkstromtechnik. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Dortmund ist als Anbieter von Mittelspannungsschaltanlagen bekannt und baut aktuell seine Kompetenzen im Bereich Netzautomatisierung weiter aus. „Um eine Standardumschaltautomatik technisch umzusetzen, muss man eigentlich keinen großen Aufwand betreiben“, sagt Projektleiter Julian Kock. Aber der Teufel steckt wie immer im Detail. Das hatte Westland Infra bereits erfahren, denn vor Jahren hatte ein anderer Hersteller von Mittelspannungsschaltanlagen bereits den Auftrag erhalten, eine Umschaltautomatik zu entwickeln und umzusetzen. „Das war eine hochkomplizierte Installation mit hunderten von Relais“, erinnert sich Julian Kock. Nach der Umbaumaßnahme ist das System nie in Betrieb genommen worden, da niemand sicher war, ob es tatsächlich funktionierte.

Dennoch sollte die vorhandene Installation für die neue Automatisierung genutzt werden – und der Auftrag erschien zunächst problemlos durchführbar. „Normalerweise wären die benötigten Signale in dem dafür vorgesehenen Steuerschaltschrank aufgelaufen und wir hätten nur die Steuerung engineeren und installieren müssen“, berichtet Julian Kock. Doch leider kam es anders: „Bei der Erstellung des Schaltplanes ist sofort aufgefallen, dass dieses Projekt so niemals funktionieren kann und die Planung viel aufwändiger werden würde“, sagt der Projektleiter.

So wurde die alte „Klappertechnik“ aus den Steuerschränken demontiert und eine neue Technik installiert. Dabei wurden neue Steuerleitungen zu den insgesamt 32 betroffenen Schaltfeldern verlegt und angeschlossen. Gleichzeitig zog Ritter Lichtwellenleiter zwischen den Gebäuden, die eine leistungsstarke Kommunikation zwischen den drei Gebäuden ohne aufwändige Verkabelung möglich machen. Zur Kommunikation wird IEC 61850-Goose (Generic Object Oriented Substation Event) genutzt – ein echtzeitfähiges Protokoll, mit dem die Komponenten über Ethernet-Netze gesteuert werden.

Die Umsetzung

Projektleiter Julian Kock nimmt die Umschaltautomatik in der Umspannanlage Westerlee 2 in Betrieb. Foto: Ritter Starkstromtechnik GmbH & Co. KG

Vor Ort wurden drei Siprotec 5-Geräte (7SJ85) von Siemens eingesetzt. „Diese Geräte werden im Normalfall für den Überstromzeitschutz eingesetzt, bieten aber für unser Automatisierungsprojekt entscheidende Vorteile“, erklärt Julian Kock. Jedes Gerät verfügt über 110 binäre Eingänge und 16 Ausgänge, eine Visualisierung auf zehn Displayseiten, einen sehr umfangreicher Logikplan mit über 326 Goose-Signalen und eine redundante Kommunikation über das Protokoll IEC 61850.

Die drei Siprotec 5 Geräte lesen sich über digitale Eingänge die Schaltstellungen (Doppelmeldung) der betroffenen Felder ein und übertragen diese zusätzlich via IEC 61850-Goose an die anderen Geräte. Dadurch hat man auf den zehn Display-Seiten eine genaue Übersicht, wie die acht Sektionen in jedem Gebäude aktuell arbeiten. Auf den letzten beiden Displayseiten der Geräte sind zusätzliche Informationen über die Ringstruktur der Umspannanlage und die Einschaltbereitschaft der Querkupplungen zu sehen. Außerdem werden mit binären Eingängen Fehlermeldungen von den Transformatoren erfasst. „Diese Signale sorgen zum einem für die Abschaltung der Einspeisefelder und zum anderen als Startsignal für unsere Umschaltautomatik“, so Projektleiter Kock.

Im Normalfall wird jede Sektion von dem dazugehörigen Trafo auf Sammelschiene A versorgt und die Querkupplung ist geöffnet. Der Transformator 5 steht als Backup zur Verfügung und speist durch die dauerhaft eingeschaltete Querkupplung in Sektion 5 nicht nur die Abgangsfelder auf Sammelschiene A, sondern auch Sammelschiene B aller acht Sektionen. Die Längskupplungen verbinden diese miteinander.

In einem Fehlerfall erkennt das Schutzgerät das Problem automatisch und schaltet das Einspeisefeld der betroffenen Sektion – etwa Sektion 3 – ab. Gleichzeitig erhält die Umschalteinrichtung das Startsignal. Nun werden in kürzester Zeit viele Voraussetzungen für die Umschaltung innerhalb des Systems geprüft: Ist der Leistungsschalter des Einspeisefelds wirklich abgeschaltet? Ist die Querkupplung in der betroffenen Sektion 3 einschaltbereit? Wie stehen die Längskupplungen? Wird die Spannung von Transformator 5 wirklich an Sammelschiene B von Sektion 3 transportiert? Sind sämtliche Bedingungen erfüllt, wird die Querkupplung eingeschaltet und durch die Abgänge von Sektion 3 fließt wieder Strom.

Per IEC 61850-Goose-Kommunikation werden die Informationen zudem zu den anderen Gebäuden gesendet und die Siprotec 5 Geräte zeigen über LEDs an, welcher Trafo ausgefallen ist und wo eine Umschaltung stattgefunden hat. Des Weiteren werden Informationen vom AOB-System an die übergeordnete Leittechnik geschickt, damit auch die Netzleitstelle über den Vorgang informiert ist. „Die Dauer dieses Prozesses liegt im Bereich von Millisekunden und wird beim Endkunden maximal durch ein kleines Flackern in der LED-Lampe erkennbar“, erklärt Julian Kock. Längere Stromausfälle gehören der Vergangenheit an, Fachpersonal ist nur noch für Reparaturen und die Rückschaltungen erforderlich und nicht mehr zeitkritisch.

FAT und SAT

Vor dem Einbau der Geräte in der Station Westerlee 2 und der Inbetriebnahme ist bei Ritter Starkstromtechnik in Olfen ein FAT (Factory acceptance test) durchgeführt worden. Dort steht eine Simulationsanlage, die es ermöglicht, die reale Situation beim Kunden in den unterschiedlichsten Szenarien und Konfigurationen durchzuspielen. „Mit Hilfe unserer Simulationsanlage ist es möglich gewesen, alle Schaltfelder an die Siemens-Geräte anzuschließen und zu visualisieren“, berichtet Volker Brinkhoff, Leiter Schutz und Leittechnik bei Ritter. „Dadurch hatten wir zusammen mit unserem Kunden die Chance, alle Szenarien zu prüfen und den Prozess weiter zu verbessern. Die Programmierung der Siprotec Geräte wurde somit auf Herz und Nieren geprüft.“ Der anschließende SAT (Site Acceptance Test), bei dem alle möglichen Fehler im laufenden Betrieb simuliert werden, konnte dadurch innerhalb von drei Tagen, ohne Programmänderungen und ohne Stress durchgeführt werden – und alles lief planmäßig.

Nach Einschätzung der Experten hat sich die Umsetzung des neuen Konzepts gelohnt: „Trotz der zusätzlichen Verdrahtungsarbeiten im Werk steht der Aufwand zu keinem Verhältnis mit den Problemen und Programmänderungen, die uns auf der Baustelle erwartet hätten“, sagt Bereichsleiter Brinkhoff. Das Projekt, das innerhalb von knapp sechs Monaten durchgeführt wurde, sei nicht nur für das Unternehmen Ritter Starkstromtechnik ein voller Erfolg, sondern auch für Westland Infra: Nach einhelliger Meinung hat das System alle Anforderungen erfüllt und bewährt sich seitdem.

Kontakt: Ritter Starkstromtechnik GmbH & Co. KG, Volker Brinkhoff, 59399 Olfen, Tel. +49 2595 381 – 247, volker.brinkhoff@ritter.info

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