Moderne Dreibein-Schutzprüfung

Wie die Illwerke VKW-Gruppe ihren Schutz validiert

Die Prüfung eines verteilten Distanzschutzes mit Signalvergleich war bisher recht aufwändig, da zeitgleich an den Enden auszuführende Prüfpläne exakt aufeinander abzustimmen sind. Die Prüfung eines Dreibeins ist noch komplizierter und aufwändiger als ein Schutz einer einfachen Freileitung mit nur zwei Enden. Seit Mehr-Enden-Schutzsysteme systembasiert geprüft werden können, sind auch diese Prüfungen relativ einfach durchführbar. Prüfung können von einem einzigen Laptop aus vorbereitet und gesteuert werden. Dass das auch in Anlagen ohne Internet-Zugang bestens funktioniert, hat die zuletzt bei der Illwerke VKW Gruppe durchgeführte Prüfung gezeigt, wo die Steuerung der Prüfgeräte mit einer Teams-Session begleitet wurde, über welche der RelaySimTest-Master per Handy-Hotspots übertragen wurde, so dass an den anderen Enden jeder Prüfschritt genau mitverfolgt werden konnte.

Um das Dreibein physisch zu realisieren wurde für die Zeit der Wartung ein kleiner temporärer Zusatzmast neben dem Hauptmast der Freileitung aufgestellt. Dieser ist im Bild rechts neben dem Hauptmast sichtbar.

Motivation für die Prüfung

Die Illwerke VKW-Gruppe betreibt Wasserkraftwerke im Montafon in den Vorarlberger Alpen mit denen Spitzenstrombedarf abgedeckt wird. Dieser Spitzenstrom wird in das europäisch-internationale Stromnetz eingespeist. Angebunden sind diese Kraftwerke über mehrere Hochspannungsleitungen. Entlang einer dieser Leitungen, einer 220 kV-Freileitung, ist ein Kraftwerk eingeschleift, in welchem eines der Felder, der Abgang zum Umspannwerk (UW) A, erneuert werden musste. Da der Abgang zum UW A nun für die Dauer der Wartungsarbeiten fehlte, wurde die erwähnte Freileitung im Kraftwerk mittels eines provisorischen Leitungsmastes zu einem Dreibein verschaltet.

Schutzkonfiguration

Jene drei der vormalig vier Relais, die bisher die jeweiligen Leitungsabschnitte mit einem Distanzschutz mit Signalvergleich geschützt haben, wurden dafür für ein Schutzschema mit Distanzschutz mit Signalvergleich über ein Dreibein konfiguriert. Dafür ist eine Umparametrierung der drei Relais und eine verteilte Schutzprüfung vor der Inbetriebnahme erforderlich.

Kommunikation, Logik und Reichweiten

Für eine umfassende Kommunikation an alle Stellen konnten zwei der bereits bestehenden Telekomwege verwendet werden und eine zusätzliche Kommunikationsstrecke musste neu aufgebaut werden. Die Logik für den Signalvergleich wurde in den Schutzgeräten entsprechend angepasst, sowie auch die Reichweiten der Distanzschutzzonen. Die Zone 1 des Relais im Kraftwerk wurde für beide Richtungen so adaptiert, dass es zu keinem Übergreifen über eines der beiden anderen Enden kam; die Reichweiten der Übergreifzonen wurden leicht erhöht, damit es durch die neue Zwischeneinspeisung zu keinem Untergreifen kommt.

Vorbereitung der Prüfung

Für die Prüfung wurden drei Teams mit CMC-Prüfgeräten in die jeweiligen Stationen geschickt. Gesteuert wurde die Prüfung zentral über einen Laptop im Kraftwerk mit RelaySimTest, wo das Dreibein inklusive der parallelen Leitung auf denselben Masten modelliert war. Die Prüfgeräte wurden mit den Aus- und Anregekommandos der Schutzgeräte verdrahtet, sowie mit deren Binärkontakten für die Signale des Signalvergleichs. Die Prüfgeräte wurden jeweils über eine CMGPS 588-Uhr zeitsynchronisiert. Für die Steuerung der Prüfgeräte in den drei Anlagen wurde eine Internetverbindung über Mobiltelefone aufgebaut.

Kommunikation während der Prüfung

Über die erwähnte Handy-Hotspot-Internetverbindung wurde zuerst eine gemeinsame Online-Konferenz über Microsoft Teams gestartet, jeweils mit Webkamera, Mikrophon und Lautsprecher in jeder Station, so dass die Prüfingenieure jederzeit miteinander kommunizieren konnten. Über diese Online-Konferenz wurde dann der Bildschirm mit der laufenden RelaySimTest-Anwendung geteilt, so dass in allen Anlagen stets Fortschritt und Ergebnisse der Prüfung sichtbar waren.

Ansteuerung der CMCs in den drei Anlagen

Über die aufgebaute Internetverbindung wurden die Prüfgeräte in den beiden entfernten UWs über eine Cloud-Verbindung mittels OMICRON Device Remote Agent angesteuert, nachdem die Prüfgeräte dort jeweils für den Prüfingenieur mit dem RelaySimTest-Master freigegeben wurde. So konnten diese zwei entfernten CMCs genauso genutzt werden wie das mit den Laptop direkt verbundene CMC im Kraftwerk und in der nachfolgenden Prüfung konnte das korrekte Verhalten des gesamten Schutzsystems validiert werden.

Welche Prüffälle wurden durchgeführt?

Zuerst wurde die Stabilität des Schutzsystems geprüft. Dazu wurde zuerst ein stabiler Lastfluss und dann ein außenliegender Fehler simuliert. In letzterem Fall dürfen die Relais nicht auslösen, sofern der Fehler vom zuständigen außenliegenden Schutz geklärt wird. Nach Validierung der Stabilität des Schutzsystems wurden verschiedene innenliegende Fehler simuliert. Begonnen wurde mit Fehlern mit Auslösung in Schnellzeit für verschiedene Fehlerorte. Weiterhin wurde der Schutz für Fälle mit schwacher Einspeisung an den einzelnen Enden geprüft, wobei eine Auslösung über die Echo-Funktion des Signalvergleichs zu erfolgen hatte. Als nächstes wurden Prüfungen für den Fall von gestörten Signalverbindungen durchgeführt, wobei das Schutzsystem mit verzögerter Auslösung in Zone 2 reagieren musste. Schließlich wurde die Reserveauslösung in den Zonen 2 und 3 bei außenliegenden Fehlern und Versagen des zuständigen außen liegenden Schutzes geprüft.

So sah das geprüfte Schutzsystem der Dreibein-Topologie in RelaySimTest aus.

Internet per Handy-Hotspot

In den drei Anlagen wurde eine Internetverbindung aufgebaut als Grundlage für die gesamte weitere Kommunikation.

Online-Konferenz

Dann wurde eine Online-Konferenz gestartet, so dass jederzeit bequem miteinander kommuniziert und alle wichtigen Inhalte miteinander geteilt werden konnten, inklusive der einzelnen Prüfschritte.

Verdrahten

Schließlich wurden die CMCs genau wie bei einer einseitigen Prüfung verdrahtet und einige Schüsse ausgegeben, um sicherzustellen, dass die Verdrahtung vor Ort korrekt ist.

OMICRON Device Remote Agent

Über den Device Remote Agent wurden dann zentral alle CMCs bequem von einem Laptop aus angesteuert, auf dem die Master-Instanz von RelaySimTest lief.

Die Prüfung des Dreibeins war fast so bequem durchzuführen als wären die drei CMCs nebeneinander gestanden. Über die Online-Konferenz war eine Abstimmung leicht möglich. Auch die Parametrier-Software und die Anzeigen der Relais-Meldungen wurden geteilt. Nach erfolgreicher Prüfung wurde das Schutzsystem in Betrieb genommen.

Sobald die Revision des Feldes im Kraftwerk beendet sein wird, werden die Schutzgeräte wieder auf die ursprüngliche Betriebsart für den einfachen Zweienden-Schutz umgestellt, was wieder durch eine kurze Wiederholungsprüfung mit jeweils einem entfernten Ende geprüft werden wird.