Das jüngst in Betrieb genommene SF6-freie Umspannwerk der ED Netze in Löffingen verbessert nicht nur die Klimabilanz des Stromnetzes. Vernetze Sensoren und datenbasierte Services von Schneider Electric liefern zudem die Grundlagen für prädiktive Wartung.
Viele Anlagen in unserem Stromnetz stammen aus einer Zeit, als die Digitalisierung bestenfalls in den Kinderschuhen steckte. So kommt es nicht von ungefähr, dass die Kontrolle und Wartung solcher Betriebsmittel zyklisch in regelmäßigen Intervallen nach festen Zeitplänen erfolgt – ob die Anlage diese benötigt oder nicht –, während die Zeit zwischen den Inspektionen im Blindflug vergeht. Tritt dann ein Fehler auf, muss das Problem unter hohem Zugzwang identifiziert und gelöst wer- den. Dieses Vorgehen ist ineffizient und führt im Fall eines Stromausfalls zu hohen Kosten und Unmut in Haushalten und Betrieben.
Digitale Wartungskonzepte
Mit dem neuen Umspannwerk will sich die ED Netze für den zunehmenden Ausbau der Erneuerbaren im Netzgebiet rüsten. Digitalisierung und Nachhaltigkeit waren dabei wesentliche Ansprüche. (Foto: Schneider Electric)
Die Digitalisierung eröffnet Möglichkeiten, um Fehler in elektrischen Anlagen zu antizipieren und das Risiko für Ausfälle durch vorbeugende Maßnahmen zu minimieren. Präventive (vorbeugende) Services sammeln die Sensordaten aus den Anlagen und überstellen sie an eine in der Regel cloudbasierte Softwarelösung. Dort werden die Daten kontinuierlich überwacht und dokumentiert. Treten erste Auffälligkeiten auf, werden die Verantwortlichen automatisch informiert und können zumeist einschreiten, bevor das Betriebsmittel ausfällt. Zahlreiche Analysen zeigen, dass sich bereits mit diesem Konzept die Gesamtbetriebskosten senken lassen.
Noch wirksamer sind prädiktive (vorausschauende) Services, wie sie jetzt die ED Netze gemeinsam mit Schneider Electric im Umspannwerk Löffingen realisiert hat – übrigens dem ersten SF6-freien Umspannwerk für die Primärverteilung im deutschen Mittelspannungsnetz.
Digitalisierung und Klimaschutz
Die ED Netze GmbH ist Netzbetreiber der Region Südbaden und verlässlicher Infrastrukturpartner der dortigen Kommunen. Rund 290.000 Netzkunden vertrauen bei der Stromversorgung auf die Dienste des Unternehmens. Im Netzgebiet sind bereits heute etwa 20.000 dezentrale Erzeuger in das Netz eingebunden, Tendenz steigend. Um die Netze dafür zu wappnen, entstand in Kooperation mit dem Technologiepartner Schneider Electric in der Region Löffin- gen ein 110/20-kV-Umspannwerk.
Den Kern des Umspannwerks bilden 17 gasisolierte Schaltfelder, die reine Luft anstelle des bisher üblichen Schwefelhexa- fluorids (SF6) zur Isolierung verwenden. SF6 ist ein extrem klimaschädliches Treibhausgas, welches ein etwa 25.200-fach höheres Global-Warming-Potential als CO2 besitzt. Aufgrund dessen unterliegt es zunehmend internationalen Restriktionen und muss am Ende des Lebenszyklus mit hohem Aufwand verwertet werden. „Angesichts der klimagefährdenden Risiken, die mit einer Verwendung von SF6 einhergehen, war es uns wichtig, auf alternative Isolations-Technologien zu setzen“, betont Markus Linder, Leiter Hochspannungsanlagen und Sekundärtechnik bei ED Netze bei der Eröffnung des Umspannwerks im Februar 2023. Konkret hat man sich beim südbadischen Netzbetreiber für die gasisolierten Schaltanlagen von Schneider Electric entschieden. „Während darin, wie gehabt, im Vakuum geschaltet wird, kommt als Isoliergas nur gefilterte und getrocknete Umgebungsluft zum Einsatz“, erklärt Udo Hoffmann, Vice President Sales Building & Infrastructure bei Schneider Electric. „Die Vorteile klassischer Anlagen in puncto Bauweise, Funktionalität und Zuverlässigkeit bleiben auch bei unseren Anlagen erhalten – aber eben ohne SF6.“
Prädiktive Wartung, proaktiver Alarm
Eine weitere Besonderheit ist die fortgeschrittene digitale Ausstattung der Anlage: „Für die Schaltanlagen von Schneider Electric haben wir uns auch deshalb entschieden, da sie uns einen völlig neuen Zugang zu datenbasierten Lösungen und Services bieten“, erklärt Markus Linder. „Dabei geht es uns vor allem um detailliertes Monitoring und die Möglichkeit vorausschauender Wartung.“ Mithilfe der digital vernetzten Messtechnik im Innern der Schaltanlage stehen dafür nun detaillierte Daten für das Monitoring von Temperatur, Feuchtigkeit oder Lichtbögen bereit. So überwachen die drahtlosen Temperatur- und Klimasensoren Easergy TH 110 und CL 110 kontinuierlich den Zustand des elektrischen Raumes der 17 Mittelspannungsfelder. Eine zusätzliche thermische Messung an den Abgängen der Mittelspannungskabel zeigt frühzeitig Fehler in der Verbindung. Darüber hinaus ist eines der Schaltfelder mit einem permanenten Teilentladungs-Monitoring ausgestattet. Damit wird der Isolationszustand des Feldes kontinuierlich gemessen, so dass Fehlerquellen schon vor einem Defekt erkannt werden können. Ebenso ist ein komplettes Druckmonitoring sämtlicher Gasräume möglich. Ein LED-basiertes Indikatorsystem zeigt zudem jederzeit den Schaltzustand der Anlagen an.
In den 17 Schaltfeldern wird zur Isolierung reine Luft anstelle des klimaschädlichen SF6 verwendet. (Foto: Schneider Electric)
Die gewonnenen Daten dienen zum einen dem lokalen Monitoring innerhalb des bestehenden Leitsystems. Zum anderen werden sie aber auch per Gateway über eine sichere Cloud-Anbindung dem Connected Services Hub von Schneider Electric für weitere Servicedienstleistungen bereitgestellt. In Zusammenarbeit mit ED Netze wurde speziell für diesen Zweck eine Lösung entwickelt, welche die erforderlichen Daten aus den Schutzrelais (IEC61850) sicher übermittelt, ohne dabei einen direkten Zugriff auf diese Daten zu ermöglichen.
Ein erweitertes Monitoring der Zustandsdaten aus dem Umspannwerk erfolgt über den digitalen Service EcoStruxure Asset Advisor, eine skalierbare, cloudbasierte Fernüberwachung von Schneider Electric, die mit einem Serviceangebot zur Fehlersuche und -behebung gekoppelt wurde. Ein proaktives Alarmsystem informiert ED Netze über Auffälligkeiten und Probleme. Auch Unterstützung aus der Ferne bei der Fehlerbehebung ist in diesem Fall möglich. Auf Grundlage einer erweiterten Analytik führen Produktexperten von Schneider zudem eine individuelle Risikobewertung durch und fertigen prädiktive Analysen sowie halbjährliche Berichte an, die gemeinsam besprochen werden. Die Experten stehen mit ihrem Wissen auch für konkrete Produktfragen zur Verfügung. Damit ist die Grundlage für eine zustandsorientierte Wartung gelegt.
Planbar und sicher
Kurz: Wenn die Sensorik eines Schaltfeldes anormale Werte misst, wird dies bei der Analyse der Daten erkannt. Schneider Electric meldet sich dann proaktiv mit Details zu den gefundenen Auffälligkeiten. Anhand von Risikobewertungen und erweiterten Berichten auf Grundlage der Fernüberwachung sind die Verantwortlichen bei ED Netze somit jederzeit genau über den Zustand der Anlage im Bilde. Gemeinsam mit den technischen Experten von Schneider Electric können potenzielle Probleme bewertet, Service- und Wartungseinsätze sinnvoll geplant werden. Personal muss nicht mehr permanent präsent sein, ungeplante Ausfälle mit all ihren negativen Folgen werden zumindest deutlich unwahrscheinlicher. „Detaillierte Informationen über die Fehlerquellen erhöhen zudem die Sicherheit für das Betriebspersonal. Letztlich trägt prädiktive Diagnostik zur Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Anlage bei und steigert durch geringere Downtime die operative Leistung, wodurch die Gesamtbetriebskosten sinken“, ergänzt Udo Hoffmann. (pq)