Warnmeldesystem für 10-kV-Hauptverteilerstationen Fehlersuche bei Energieversorgung verbessert

Dortmunder Netz (Donetz) ist eine 100-prozentige Tochter der Dortmunder Energie- und Wasserversorgung. Donetz verantwortet die Strom-, Gas- und Wassernetze in Dortmund, die Gas- und Wassernetze in Herdecke sowie Teile des Wassernetzes in Holzwickede. Im Bereich des Stromnetzes unterhält Donetz neben den 22 Umspannanlagen mit insgesamt 33 Transformatoren ebenfalls 38 Hauptverteilerstationen mit einer Spannung von 10 kV.

Im Rahmen ihres Aufgabenspek­trums hat Donetz im Jahr 2015 die Hauptverteilerstation im Dortmunder Stadtteil Husen erneuert. Zwei Einspeisungen der Umspannanlage Methler beliefern die Hauptverteilerstation mit einer Spannung von 10 kV. Die beiden Sammelschienenabschnitte, die jeweils acht Felder umfassen, sorgen dann für die Energieverteilung.

Während des Neubaus hat das dreiköpfige Projektteam – bestehend aus Tobias Sommer (Anlagen und Kabeltechnik), Klaus Bölkow (Instandsetzung Schaltanlagen, Schutz- und Stationsleittechnik) und Marc Buchholz (Service Fernwirktechnik und technische Netze) – die Entwicklung eines neuen Warnmeldesystems gemeinsam mit Phoenix Contact begleitet.

Vertraute Bedienphilosophie

„Ende 2013 hatten wir im Kundenmagazin Update von Phoenix Contact einen Applikationsbeitrag gelesen, in dem die gemeinsame Erarbeitung eines Warnmeldesystems durch das Unternehmen und einen Energieversorger beschrieben wurde“, erinnert sich Tobias Sommer. Über das Warnmeldesystem werden den Instandhaltungs-Mitarbeitern die in der Anlage aufgetretenen Fehlerzustände visualisiert. So haben sie die Möglichkeit, die Störungen schnell zu beseitigen und einen effizienten Netzbetrieb sicherzustellen. „In der Vergangenheit wurden zuerst Fallklappenrelais und später ein nicht mehr auf dem Markt erhältliches Meldesystem eingesetzt, um die Warn- und Störmeldungen anzuzeigen“, berichtet Klaus Bölkow. „Bei der Entwicklung des Meldesystems der dritten Generation sollte die den Mitarbeitern vertraute Bedienphilosophie der bisherigen Lösungen beibehalten werden, sodass kein Einarbeitungsaufwand entsteht“.

Damit das gemeinsam erarbeitete System zukunftssicher ist, muss es sich vor allem einfach in sämtlichen Hauptverteilerstationen und Umspannanlagen nachrüsten lassen. Aufgrund des dort begrenzten Platzangebots setzt das unter anderem eine kompakte Bauform der Lösung voraus. „In unseren Anlagen werden die Meldungen über eine batteriegepufferte DC-220-V-Spannung aufgenommen“, erläutert Tobias Sommer. „Da wir auf eine zusätzliche Koppelebene verzichten wollten, die entsprechenden Platz im Schaltschrank beansprucht, müssen die DC-220-V-Signale direkt erfasst werden“.

Integration in Fernwirktechnik

Nachdem Phoenix Contact auf der Hannover Messe 2015 die Ein- und Ausgabemodule des Echtzeit-I/O-Systems Axioline F für DC 220 V vorgestellt hatte, konnte das Projektteam mit der Detailplanung beginnen. Neben der Hardware-Ausprägung in drei verschiedenen Varianten – 48 Signale für Hauptverteilerstationen, 128 Signale für Umspannanlagen mit einem Transformator und 184 Signale für Umspannanlagen mit drei Transformatoren – waren insbesondere eine einheitliche Bedienoberfläche sowie die kommunikative Anbindung an die Fernwirktechnik zu realisieren.

„Die beiden bis dato genutzten Systeme verfügten weder über eine Datenübertragung noch eine Protokollierung“, so Marc Buchholz. „Im Gegensatz dazu sollte die neue Warnmeldelösung ein integraler Bestandteil unserer Fernwirktechnik sein“.

In den Hauptverteilerstationen verwendet Donetz das Kommunikationsprotokoll IEC 60870-5-104 als Standard. „Im Zuge der Neugestaltung des Warnmeldesystems haben wir viele weitere Themen überdacht“, fährt Marc Buchholz fort. „Beispielsweise soll die Zeitsynchronisation der Schutzgeräte über das Warnmeldesystem erfolgen, was den zusätzlichen Aufwand der Konfiguration des Stationsbusses einspart“. Außerdem waren dem Dortmunder Projektteam die Protokollierung aller Ereignisse sowie die Fernauslesung des Protokolls als neue Funktionen wichtig. „Auf diese Weise sind wir bei einer Störung zukünftig in der Lage, den genauen Ablauf von aufeinander folgenden Ereignissen zu analysieren“, so Marc Buchholz weiter. „Das steigert sowohl die Effizienz im Betrieb als auch in der Instandhaltung“.

Schnelle Optimierung

Nachdem Phoenix Contact das von Donetz erstellte Lastenheft umgesetzt hatte, begann im Herbst 2015 die intensive Testphase der neuen Warnmeldelösung. „In dieser Zeit haben wir das System umfassend geprüft und kleinere Optimierungspotentiale festgestellt, die von Phoenix Contact aufgenommen und in kurzer Zeit realisiert worden sind“, berichtet Klaus Bölkow. Weil in die Lösung zahlreiche neue Funktionen – wie die Sperrung und Simulation von Meldungen – integriert wurden, mussten die Donetz-Mitarbeiter die Handhabbarkeit und den Nutzen der Funktionen für ihre Tätigkeiten bewerten.

Das Warnmeldesystem wurde dann im November 2015 in Husen in die neu errichtete Hauptverteilerstation eingebaut und konnte im Dezember 2015 in Betrieb gehen.

I/O-System für die Kommunikation gemäß IEC 61850

Die Produktfamilie Axioline F von Phoenix Contact bietet sich als besonders robustes I/O-System zur Nutzung im Energieumfeld an. Dem Energiemarkt stehen mit dem Buskoppler sowie verschiedenen I/O-Module alle Lösungen für den branchenüblichen Übertragungsstandard IEC 61850 zur Verfügung. Vervollständigt wird die Axioline F-Serie durch die modularen Kleinsteuerungen.

Der Buskoppler leitet die Daten sowohl über das MMS- als auch über das schnelle GOOSE-Protokoll weiter und unterstützt zudem den Fernwirkstandard IEC 60870-5-101/104. Aufgrund der normgerechten Umsetzung der Kommunikation gemäß IEC 61850 und IEC 60870-5-104, die durch das weltweit anerkannte Institut KEMA zertifiziert ist, wird die Interoperabilität des Systems sichergestellt. Die I/O-Module bieten für jeden Einsatz die passenden digitalen Eingänge und Relaisausgänge. Hinzu kommt, dass die Module die spezifischen Anforderungen des industriellen Energieumfelds erfüllen. Darunter fallen beispielweise die erhöhte Nennspannung von DC 220 V sowie die Stoßspannungsfestigkeit von 5 kV. Wie sämtliche Geräte des Axioline-Systems zeichnen sich die I/O-Module durch eine besonders hohe Störfestigkeit bis 8 kV, die Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen – wie Schocks – bis 30 g sowie die schnelle Signalerfassung (<1 ms) aus. Dabei verzichtet das I/O-System auf den Einsatz von Trennscheiben, sodass die Module beliebig mit den übrigen Komponenten des Axioline F-Portfolios kombiniert werden können.