Umbau im laufenden Betrieb

Systemmerkmale der Ausgangssituation

Die luftisolierten Leistungsschalterschaltanlagen waren Baujahr 1973 und 1983. Der Mittelspannungsring mit einer Systemleistung von 5,5 MVA wurde geschlossen betrieben. Zwei 20 kV-Stichleitungen speisten auf den Mittelspannungsring, wobei eine Stichleitung die Haupteinspeisung darstellte und die andere als Reserveeinspeisung definiert war; die Umschaltung zwischen beiden Einspeisung erfolgt über Spannungsausfallerkennung automatisch. Es galt drei Schaltanlagen mit insgesamt 31 Zellen austauschen. Die Schutztechnik bestand aus elektronischen Kabeldifferentialschutz- und UMZ-Relais, die je Schaltanlage in einem separaten Schutzgeräteschrank installiert waren und im Jahr 2003 komplett erneuert worden waren.

Die Visualisierung und zentrale Bedienung der Anlage erfolgte über ein Mosaikschaltbild. Als Kommunikationsmedium zwischen den Schutzgeräten, den Haupteinspeisungen und der Visualisierung wurde Profibus-DP, basierend auf SPS-Technik, eingesetzt.

Die 20 kV-Haupteinspeisung und die komplette Schutztechnik war bereits im Jahr 2003 erneuert worden und somit von den Umbaumaßnahmen nicht betroffen.

Sicherheit – Hintergrund der Maßnahme

Bei einer Anlagenerweiterung in 2005 konnte ein Ringkabelleistungsschalter des Versorgungsbereichs Rechenzentrum nicht mehr in Betrieb gesetzt werden. Hintergrund war ein mechanischer Schalterdefekt. Eine Anforderung eines Ersatzschalters bei der Herstellerfirma scheiterte, da keine Lagerbestände mehr vorhanden waren. Es folgte eine Empfehlung auf Bestände des örtlichen EVU zurückzugreifen. Schließlich konnte der Schaden durch einen Schaltermonteur des Herstellers behoben werden. Vor dem Hintergrund der negativen Erfahrungen mit diesem Schalterdefekt und im Hinblick auf die hohe Verfügbarkeitsanforderung des Rechenzentrums wurde beschlossen, alle alten Mittelspannungsschaltanlagen gegen einen einheitlichen Schaltanlagentyp auszutauschen. Ein weiterer Grund für den Austausch war, dass die alten Schaltanlagen aufgrund der unglücklichen Anordnung der Ringkabeleinspeisungen nicht abschnittsweise zu Wartungszwecken abgeschaltet werden konnten, da die Ringeinspeisungen nebeneinander angeordnet waren.

Umsetzung der Aufgabenstellung

Aufgrund der Umbaumaßnahme „Erneuerung des Mittelspannungsschutzes und zweite Einspeisung“ im Jahr 2003, war bezüglich der Unterlagen eine sehr gute Datenbasis vorhanden. Eine umfangreiche Bestandsaufnahme war nicht notwendig, die Planung konnte zügig beginnen. Der nachfolgende Planungsablauf und Umsetzungsprozess wurde mit dem Tool „Projekt“ zusammengestellt.

1. Schritt: Grundlagenermittlung

Mit den Betriebsverantwortlichen der verschiedenen Hauptabteilungen und dem Rechenzentrum wurden die Betriebsabläufe in den Gebäudeteilen zusammengefasst und mögliche Teil- und Vollabschalttermine erfasst und in einem Terminplan hinterlegt. Mögliche Risiken wurden für alle Beteiligten aufgezeigt.

2. Schritt: Anlagenplanung

Die neuen Schaltanlagen wurden konzipiert. Aufgrund der unterschiedlichen vorhandenen Einbausituationen und Platzverhältnisse wurde eine kompakt bauende gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage in Einzelfeldbauweise favorisiert und schließlich durch den Bauherrn bestätigt. Die Schaltanlagen erhielten links und rechts ein Ringkabelfeld sowie eine Sammelschienenlängstrennung in der Mitte. Aufgrund dieser Konstruktion war es möglich die Vorstellungen des Bauherrn bezüglich Teilabschaltungen von Sammelschienenabschnitten zu realisieren und gleichzeitig diese Bauart für einen Abschnittsweisen Aufbau der neuen Schaltanlagen zu nutzen.

Im Einzelnen waren drei unterschiedliche Einbausituationen zu berücksichtigen

Schaltanlage 1 (zweite Einspeisung)

kompletter Austausch der Schaltanlage einschließlich der Unterkonstruktion mit EVU-Einspeisung innerhalb von 54 h

Schaltanlage 2 (Rechenzentrum)

Aufbau der neuen Schaltanlage während die alte in Betrieb bleibt. Danach sukzessives Umschwenken der Ringkabelanschlüsse und Transformatorenabgänge. Keine Abschaltung, aber erschwerter Zugang durch Sicherheitsbereiche.

Schaltanlage 3 (Hauptgebäude)

Teilabbau einer Hälfte der alten Schaltanlage mit Unterkonstruktion und betriebsfertige Installation mindestens eines neuen Schaltanlagenteils innerhalb von 54 h. Danach sukzessives Umschwenken der Ringkabelanschlüsse und Transformatorenabgänge; Beide – alte und neue Schaltanlage sind mehrere Tage parallel in Betrieb. Aufgrund hoher Klimatisierungsleistungen im Sommer ist der geplante Austausch in den Wintermonaten durchzuführen, um in der Umbauphase auf Transformatorenredundanzen zurückgreifen zu können.

Nach Abschluss der Planung der Schaltanlagen musste die Visualisierung und ein Abschlusstest in den Planungsprozess mit einbezogen werden.

Zentrale Visualisierung

Nach Abschluss aller Umbauten an den Schaltanlagen ist das Mosaikschaltbild der neuen Versorgungssituation anzupassen und alle einzelnen Steuer- und Auslösesituationen sind zu testen. Abschaltungen waren nicht notwendig.

Abschlusstest

Nachdem alle Anlagenteile umgebaut sind und alle einzelnen Steuer- und Auslösefunktionen getestet wurden ist ein Abschlusstest notwendig, um die Sicherheit bezüglich der Gesamtfunktionalität sicherzustellen. Insbesondere wird die automatische Umschaltung zwischen den beiden Mittelspannungseinspeisungen als echter Test gefahren.

3. Schritt: Risikobetrachtungen und Abläufe

Der Schwierigkeitsgrad der einzelnen Umbausituationen wurde bewertet; als schwierigster Umbau wurde die Schaltanlage 1 angesehen, knapp gefolgt durch die Schaltanlage 3. Der vermeintlich leichteste Umbau, die Schaltanlage 2, beinhaltete das Rechenzentrum und war daher bezüglich eines möglichen Fehlers der Folgenschwerste. Die Bedürfnisse des Kunden bezüglich möglicher Abschalttermine und die Ergebnisse aus der strukturierten Risikoanalyse ergaben die Reihenfolge der Umbauarbeiten. Nachdem die Umbauarbeiten mit äußerster Präzision durch­zuführen waren, stand die Gewinnung von Handhabungssicherheit in dem laufenden Umbauprozess im Vordergrund. Deshalb wurde mit der Schaltanlage 2 begonnen, um der ausführenden Firma Erfahrungen im spezifischen Bauablauf sammeln zu lassen und somit für die weiteren kom­plexeren Umbauaktionen eine gewisse Handhabungssicherheit zu trainieren.

Die Schaltanlage 1 wurde als zweiter Umbauschritt eingeplant, in Abhängigkeit von zugesagten Abschaltterminen. Als dritter Umbauschritt erfolgte der Umbau der Schaltanlage 3, ebenfalls in Abhängigkeit von zugesagten Abschaltterminen. Der Umbau der zentralen Visualisierung folgte ablaufbedingt im Nachgang zu den Schaltanlagenumbauten. Für den Abschlusstest wurde ein maximaler Terminrahmen von drei Monaten nach vorläufigem Abschluss aller Umbauarbeiten vereinbart. Seitens unserer Planung wurde darauf geachtet, einen Zeitraum von mindestens zwei Wochen zwischen dem Abschluss eines Kernumbaus und der Durchführung der nächsten zentralen Umbauaktion einzuplanen, um eine saubere logistische Abarbeitung und eine entsprechende sorgfältige Vorbereitung der Schnittstellen zu gewährleisten Auf Grundlage der zusammengestellten Anforderungsprofile wurde ein Zeitplan entwickelt, in dem die Ablaufketten der eigentlichen Umbauarbeiten sowie der Zeitvorläufe für eine öffentliche Ausschreibung mit Auswertung und Vergabe enthalten waren. In diesem Zeitplan waren die Fristen für die Montageplanungen und mögliche Lieferzeiten der Anlagen eingearbeitet.

4. Schritt: Ausschreibung

Nach Abschluss der Ausführungsplanung wurde ein Leistungsverzeichnis erstellt, in dem neben der technischen Beschreibung die Terminsituation deutlich beschrieben wurde. Nachdem die geforderten Leistungen nur mit sehr erfahrenem Fachpersonal und Firmen mit entsprechender Infrastruktur zu erbringen waren, wurde eine besondere Anforderungsmatrix entwickelt, die hohe Maßstäbe für Qualität und Erfahrungen ansetzte, um die geforderten Standards erfüllen zu können.

5. Schritt: Umsetzung

Nach der Vergabe konnte die ausführende Firma zügig mit der Entwicklung der Montagepläne beginnen, da bereits alle Ausführungsunterlagen der Ausschreibung beilagen. In zwei Besprechungsrunden wurden die Ausführungstermine bestätigt. Für jede einzelne Umbaumaßnahme wurden Detailterminpläne erstellt, die stundenweise auf die einzelnen Montagetrupps heruntergebrochen wurden. Zu jedem Einzeltermin wiederum wurde eine spezielle Checkliste erstellt, die neben den Technischen Vorraussetzungen alle organisatorischen Maßnahmen, wie beispielsweise den Zutritt zu Sicherheitsbereichen, die Nutzung von Zwischenlagerplätzen oder Notfallmaßnahmen im Fehlerfall beinhalteten. Zur Vermeidung von Montagefehlern wurde bei der Einteilung der Montagegruppen darauf geachtet, dass in den Zeiträumen zwischen 0:00 Uhr und 6:00 Uhr keine planmäßigen Arbeiten stattfanden, da erfahrungsgemäß in diesen Zeiträumen die Fehlerraten steigen.

Fazit

Die Umbaumaßnahme wurde unter Einhaltung des engmaschigen Termin­plans im März 2008 vollständig abgeschlossen. Durch diesen Umbau verfügt der Kunde jetzt über eine moderne, wartungsarme Schaltanlagen, die eine Erhöhung der Betriebssicherheit durch die Art der Konzeption und durch eine einheitliche Bedienung gewährleistet. So konnten zusätzlich die Unterhaltskosten für die Schaltanlagen und deren Wartung gesenkt werden.