Ausgewählte Kapitel der elektrischen Energieversorgung
4. Betrieb elektrischer Energieversorgungssysteme
Betreiben, Instandhalten, Wirtschaftlichkeit
Fachhochschule Lausitz Senftenberg
Prof. Dr. –Ing. Kathrin Lehmann
Betrieb elektrischer EVS (1)
Betreiben und Instandhalten
Instandhaltung DIN 31051
Anlagentechnik
elektrisch, mechanisch, hydraulisch, Bau
Instandhaltung DIN 31051
Anlagentechnik
elektrisch, mechanisch, hydraulisch, Bau
Betreiben
elektrischer Anlagen > 1kV DIN VDE 0105-100
Betreiben
elektrischer Anlagen > 1kV DIN VDE 0105-100
Inspektion
• Kontrolle des Ist- Zustandes
• Ableitung von Maßnahmen
• Funktionsprüfung
Wartung
• Erhaltung des Soll-Zustandes (Pflege, Reinigung, Justierung)
• zyklische Maßnahmen
• Maßnahmen aus Inspektion
Instandsetzung
• Störungsbeseitigung
• Mängelbeseitigung
• Wiederherstellen des Soll-Zustandes
Planung Betrieb
• Schaltzustand
• Betriebsregime
• Havariekonzepte
• Schnittstellen
Sicherung Betrieb (normal/ Störung)
• Berechtigungen
• Sicherheitsmaßnahmen
• Systemführung
• Schalthandlungen
• Freigaben
• Einsatz/ personelle Besetzung
Dokumentation
• Anlagen
• Prüfprotokolle
• Betriebsunterlagen
Betrieb elektrischer EVS (2)
Life-Cycle-Cost-Betrachtungen
Anlagen/ System- Design
Anlagen/ System- Konstruktion
Anlagen/ System- Lieferung
Anlagen/ System- Inbetriebnahme
Anlagen/ System- Betrieb
Wartung/
Reparatur
Entsorgung/
Außerbetriebnahme
• höchste Kosten
• längste Zeit
• Leistungsanforderungen Ei nflu
ss
Das ist das Thema:
Betrieb und Instandhaltung in den EVS so kostengünstig und effizient wie möglich gestalten!
Betrieb elektrischer EVS (3)
Life-Cycle-Cost-Betrachtungen Definition „Life-Cycle-Cost“
Die Lebenszykluskosten entsprechen der Summe aus
nicht-wiederkehrenden (= Einmalaufwand) und wiederkehrenden (= Folgeaufwand) Kosten eines komplexen Systems während der gesamten Lebensdauer.
Sie umfassen die Gesamtheit aller Kosten, die während der Systemlebensphasen
Planung
Konstruktion
Herstellung
Beschaffung
Inbetriebnahme
Anlauf
Betrieb
Stillegung
sowohl in direkten als auch indirekten Prozessen entstehen oder vorhersagbar sind.
Betrieb elektrischer EVS (4)
Life-Cycle-Cost-Betrachtungen
Kostenentstehung und -beeinflussbarkeit
Lebenszykluskosten
Produktionsstart
Transparenz im Zusammenhang erzeugen:
frühzeitige Entscheidungen ÍÎ späteren Auswirkungen
Betrieb elektrischer EVS (5)
Bisher:
unsystematische Erfahrungsrückführung
Bisher:
kaum Berücksichtigung von Erfahrungen der
Produktion
Kumulation und Konzentration anlagenspezifischer Erfahrungen
F Methodik zur Quantifizierung von vorhandenem Anlagenwissen erarbeiten und Verfügbarkeit für vorgelagerte Prozesse des Anlagenmanagements sichern
Life-Cycle-Cost-Betrachtungen
Betrieb elektrischer EVS (6)
Life-Cycle-Cost-Betrachtungen
¾ Anlagenwissen aus Betrieb umfangreich vorhanden Ö aber dezentral verteilt und nicht quantifiziert Ö kumulieren und verfügbar machen Î METHODIK!
¾ Tendenzen aufzeigen über Alterung, Ausfallraten, Schwerpunktfehlstellen und Verfügbarkeit
¾ Transparenz von Anlagenzuständen und Instandhaltungskosten herstellen und sichern
¾ Betriebskosten erfassen, deren Transparenz herstellen und sichern Ö Zusammenhang zu Technologie, Belastung und Instandhaltungsstrategie herstellen
¾ gezielte Zusammenstellung der Erfahrungen, Kosten und Betriebserfahrungen Ö z.B. „Technisches Controlling“
¾ Technische und wirtschaftliche Optimierung von Instandhaltungsinhalten und –verfahren
¾ Technische und wirtschaftliche Optimierung von Betriebsführungsprozessen (Last- und Zeitgrade!, Kenntnis von Wirkungen)
¾ Optimierung von technologischen Prozessen
¾ Informationsfluss zwischen den Bereichen Ö gegenseitige Kenntnis von Wirkungen!
¾ Schaffung technischer Voraussetzungen in den komplexen Systemen für Gesamtbetrachtungen
¾ Ganzheitliche Sicht auf Anlagenbetreuung (ASSET-MANAGEMENT)
Betrieb elektrischer EVS (7)
Strategien „Betrieb“ und „IH“
Betriebsführung
• verfügbares betriebliches Potenzial optimal für Erfolg einsetzen
• Zieldefinition
• Ermittlung des verfügbaren Potenzials
9 Qualifikation des Betriebs- und IH-Personals 9 Motivation der Mitarbeiter
9 Effizienz der Organisation
9 Methoden Planung und Steuerung
9 Betriebsführungs- und Informationssysteme
9 technisches Basis-Know-How zu Verfahren und Anlagen 9 verfügbare Mittel für IH und Anlagentechnik
• Optimierung der betrieblichen Abläufe
• Realisierung betrieblicher Maßnahmen
• Zielerreichung
Ö verbessertes Betriebsergebnis oder
Ö bleibende/ nachhaltig wirkende Kostenreduzierung IH
Betrieb elektrischer EVS (8)
Strategien „Betrieb“ und „IH“
Overhead 32%
33%
Betrieb Instandhaltung 35%
Störungs- strategie
IH
Zeitab- hängige
IH Zustands- abhängige
IH Risiko-
basierte IH hoch
hoch niedrig
niedrig IH-Kosten
Anlagen- verfügbarkeit
traditionell modern
Zuverlässig- keitsorien-
tierte IH
Instandhaltungsstrategie beeinflusst durch:
• Interne Einflüsse
(Anlagenstruktur, Ablauforganisation, Unter- nehmensziele, Versorgungsstruktur,
Qualitätsvorgaben, Zielwerte, Kostenbudget, Mitarbeiterqualifikation)
• Externe Einflüsse
(Gesetzgebung, Rechtssprechung, Regeln der Technik, technische Entwicklung, Kunden)
Betrieb elektrischer EVS (9)
Inhalte „Betrieb“ und „IH“
Ordnen Sie die folgenden Tätigkeiten den Bereichen „Betrieb“ und „IH“ zu!
Kontrolle Fehlersuche Festlegung Betriebsregime
Lagerung Brandschutz Wiederholungsprüfung
Ausschaltplanung Schnittstellenregelungen Wartungsplan
Befähigungsnachweise Rufbereitschaft Anlagendokumentation Prüfprotokolle Ersatz- und Verschleißteile Schaltberechtigung
Prüfung Kommunikation Freihalten von Straßen und Wegen Erste
Hilfe Havariekonzept Ausfallbeseitigung
Inspektion Bedienen Einstellen
Sicherheitsmaßnahmen Ursachenermittlung Schalthandlungen
Schlüsselberechtigung Ertüchtigung Wechseln
Grasmahd Diagnose Schaltanweisungsberechtigung
Störungsbeseitigung Betriebsbücher
Betrieb elektrischer EVS (10)
Strategien „Betrieb“ und „IH“
Mögliche Entscheidungsfelder für IH-Strategie
• für Baugruppe/ Anlage gibt es gesetzliche Vorgaben zu Intervallkontrollen Ö
• Baugruppe/ Anlage verursacht bei Ausfall hohe Folgekosten Ö
• Baugruppe/ Anlage verursacht bei Ausfall geringe Folgekosten Ö
• hoher Abnutzungsfaktor der Baugruppe/ Anlage (Verschleiß) Ö
• vorhandene Redundanzen von Baugruppen Ö
• Ausfall von Baugruppen/ Anlage hat keinen Einfluss auf Gesamtverfügbarkeit Ö
• Ersatzteile kurzfristig beschaffbar + geringe Ausfallkosten in diesem Zeitraum Ö
•
•
•
•
„Mischung“ von IH-Strategien ist denkbar/ sinnvoll
Anlagenbetreiber hat mit Zielvorgaben Einfluss auf IH-Strategie
Betrieb elektrischer EVS (11)
Verständnis „Betrieb“ und „IH“ in EVU In den EVU`s gibt es drei Hauptaktivitätsfelder:
Anlagenbesitz, Anlagenverwaltung und Dienstleistungen
Anlagenbesitzer
z hat die Lizenz/das Eigentum (§5-Genehm. - Auftrag) zur öffentlichen Versorgung z finanziert die Anlagen
z stellt grundsätzliche Ziele auf
Anlagenbesitzer Anlagenverwalter
Anlagenverwalter
z Kenntnis des Anlagenbestandes ztrifft Invest-Entscheidungen zstellt O&M-Anforderungen auf z Verwaltung mit niedrigsten Kosten,
um Zielvorgaben zu erfüllen
zminimiert Risiko für den/die Anlagen- eigentümer
Anlagenverwalter
Dienstleister Dienstleister
Dienstleister
Dienstleister
z Inspektion, Wartung und
Ersatz des Anlagenbestandes z Anlagenplanung und Umbau
z Störungsbearbeitung, -beseitigung, Wiederversorgung
ASSET- Management
Betrieb und Instandhaltung
Betrieb elektrischer EVS (12)
IH-Leistungen in EVU Anforderungen an Instandhaltungsleistungen:
Müssen den Leistungsanforderungen hinsichtlich Menge und Qualität entsprechen
Den Personaleinsatz so optimieren, daß effizienter Einsatz gewährleistet ist (Ort, Zeit)
Die Informationen zur Anlage/ Netz in qualifizierter und auswertbarer Form bereitstellen
Die Netz-/ Anlagenqualität gewährleisten und dokumentieren
Anlagen standardisiert bewerten
Die Dienstleistungen zu „Marktpreisen“ erbringen
Komplexe Detailinformation über
Netz-/Anlagenzustand und Personalressourcen notwendig
¾ Verarbeitung der Informationen
¾ Bewertung der Informationen
¾ Ableitung von Handlungsbedarf
¾ gezielter Einsatz der Ressourcen
Effizienzsteigerung von Instandhaltungsleistungen
Betrieb elektrischer EVS (13)
IH-Leistungen in EVU
Bewertungsmodule
Parametereinstellung (mathematische Funktionen
bzw. „Expertenwissen“)
Benchmark mit vergleichbaren
Anlagen/ Netzen
Instandhaltungskosten Kennziffern
Qualitäten Verfügbarkeit
Ereignisse/
Störungen*
Befundungsdaten
* technisch beeinflussbar,
keine Beschädigungen/Fremdeinwirkungen
Betrieb elektrischer EVS (14)
IH-Leistungen in EVU
Instandhaltungskosten Kennziffern
•Definition
• transparente Erfassung
Befundungsdaten
• Datenauswahl
• Datenerfassung
• Datenkomprimierung
• Maßnahmen Ereignisse/
Störungen*
• Erfassung
• Bewertung
•Maßnahmen Qualitäten
Verfügbarkeit
Müssen definiert sein
9 in Anlagen/ Netzen entsprechende Technik integrieren
9 Datenübertragung sichern
9 Datenverarbeitung – Bewertungssoftware 9 Systematik zur Ableitung von Handlungsbedarf 9 Risikobewertungen
9
Betrieb elektrischer EVS (15)
IH-Leistungen in EVU
Definierte Normal- (Soll)-Funktionalität
Zerstörung = Schaden Nichterfüllung
der
Funktionalität
= Ausfall Beeinträchtigung
der Funktionalität = Störung Abweichungen von
Normal-Funktionalität = Fehler
Defekte der Betriebsmittel/
Systeme
Intens ität Zeitv
erlauf
Instandhaltung
Instandhaltung
• Strategie
• Methoden
• Mittel
• Auswertungen
Betrieb elektrischer EVS (16)
IH-Leistungen in EVU
¾ Kostendruck unter Wettbewerb fordert von Instandhaltung:
Ö Minimierung der Kosten
Ö Erfüllung der Anforderungen des Betreibers an Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Sicherheit Ö Selbstverständnis der Instandhaltung als „Dienstleister“
¾ Organisation und Durchführung der Instandhaltung muss diese Anforderungen erfüllen:
Ö Auswahl der entsprechenden Strategie
Ö kostenminimierende Methoden der Instandhaltung (z.B. AuS, Diagnose, Ertüchtigung u.a.) Ö Optimierung von erforderlichem Personaleinsatz (d.h. Anzahl, Qualifizierung, Fahrten,
Kombination von Tätigkeiten u.ä.)
Ö Minimierung der IH-Zeiten/ Stillstandszeiten
Ö Schaffung von Bewertungskriterien als Grundlage für Methoden-Anpassung Ö Minimierung ungeplanter Ausfälle
¾ Instandhaltung muss Kostentransparenz sichern und Effekte auf Betriebsführungskosten nachweisen
Ö Kostenerfassung mit Ursache <-> Wirkung
Ö Zusammenhang Verfügbarkeit/ Auslastung/ Beanspruchung (= Betriebsforderungen) Î IH-Notwendigkeit/ Kosten
Betrieb elektrischer EVS (17)
IH-Leistungen in EVU - AuS AuS = Arbeiten unter Spannung
ZIEL:
• Verringerung von Abschaltungen
• Erhöhung der Verfügbarkeit elektrischer Anlagen
• Zeitwahl für IH unabhängig von Betrieb der Anlagen
• Kostenminimierung für IH
EINSATZ:
• in Vergangenheit vorrangig in NS-Netzen und –Anlagen
• unter Wettbewerbsbedingungen zunehmend in MS- und HS-Netzen und Anlagen
• vor allem Reinigungsarbeiten (Schaltanlagen/ Isolatoren/ Kabelendverschlüsse trocken und feucht)
• zunehmend auch Wechsel von Komponenten (Isolatorentausch, Auffüllen bei Massekabeln u.ä.)
• zunehmend auch Montagen (Seilreperaturen, Vogelschutzeinrichtungen, Masterhöhungen, Zähler u.w.)
ANFORDERUNGEN:
• Spezialausbildung für Elektrofachkräfte („Befähigungsnachweis AuS“, spezielles Ausbildungspro- gramm mit Wiederholungsschulungen!) – Praxisanwendung!
• Spezialausrüstung –geprüfte und überwachte Werkzeuge/ Hilfsmittel/ persönliche Schutzausrüstung
• Normungen, Arbeitsanweisungen technologische Verfahren, die Gefährdungen mit hoher Wahrschein- lichkeit ausschließen
• unbedingte Einhaltung aller Sicherheitsregeln
Betrieb elektrischer EVS (18)
IH-Leistungen in EVU - AuS
Montage NS-Muffe
AM zur Trockenreinigung MS
Trockenreinigung MS-Anlage
Feuchtreinigung Kabelend- verschlüsse
Nachfüllen Kabelend- verschluss Massekabel Geformte Bürsten 20kV
Betrieb elektrischer EVS (19)
IH-Leistungen in EVU - AuS
Betrieb elektrischer EVS (20)
IH-Leistungen in EVU - AuS
AuS an MS-Leitungen
Seilreparatur mit Bypass
Abspritzen von 220-kV-Isolatoren mit aufbereitetem Wasser
AuS an MS-Leitung mit isolierender Hubarbeitsbühne
Befahren von Leiterseilen mit Bündelleiterwagen
Betrieb elektrischer EVS (21)
IH-Leistungen in EVU – Technische Diagnostik
Technische Diagnostik als Mittel zur Optimierung der IH-Strategie
Ö Kenntnis Anlagenzustand, Ableitung gezielter Maßnahmen nach Zeit und Umfang
Begriffsbestimmung:
- alle Maßnahmen, die das Ziel haben, den Alterungszustand der eingesetzten Betriebsmittel zu ermitteln - Erhalt von Aussagen zur Restlebensdauer
- Einschätzung der weiteren Betriebstüchtigkeit und Zuverlässigkeit der Anlagen - Ableitung Handlungsbedarf
Ziel der Technischen Diagnostik:
- optimale Ausnutzung der Lebensdauer von Betriebsmitteln
- Optimierung der Auslastung, Vermeidung von Überlastzuständen - Ermittlung Zeitpunkt und Umfang für zustandsorientierte IH
- Erhöhung der Verfügbarkeit der Betriebsmittel und des Gesamtsystems
- Reduzierung von Risiken durch Ausfälle von Betriebsmitteln und Folgeschäden
- Entscheidungshilfe für „Ertüchtigung durch IH-Maßnahmen“ oder „Erneuerung der Anlage oder von Komponenten“
Betrieb elektrischer EVS (22)
IH-Leistungen in EVU – Technische Diagnostik
Zustanderfassung erfolgt durch Ermittlung der Alterungsprozesse hervorgerufen durch
• mechanische, elektrische oder thermische Beanspruchungen
• Umwelteinflüsse
• on-line oder off-line- Erfassungsmöglichkeiten (abhängig von Wert des Betriebsmittels) Zustandsbewertung erfolgt durch Erfassung
• mechanischer, elektrischer, dielektrischer oder chemischer Parameter
• Vergleich mit Normgrößen/ Erfahrungswerten
Zustands- erfassung
Betriebsmittel- Erfahrungen Hersteller/ Betrieb
Wichtigkeit des Betriebsmittels/ Anlage
Risiko- analyse
Technische Bewertung
Gesamt- bewertung
Erneuerung Instand- setzung Weiter- betrieb
Zustands- analyse
Betrieb elektrischer EVS (23)
Diagnose- system
Betriebsmittel/
System
• Wo ist Diagnose notwendig?
• Warum ist sie notwendig?
• Definition erforderlicher Informationen
• Welche Grenzkriterien gibt es?
Diagnose- problem
• Möglichkeiten der Informationsgewinnung?
• Zusammenhänge zur technischen Struktur des Objektes?
Diagnose- verfahren
Diagnose- werkzeug
• Mögliche Techniken zur Informationsgewinnung?
• Modellierungsmöglichkeiten?
• Bewertungskriterien und -algorithmen?
• Handlungsbedarf?
IH-Leistungen in EVU – Technische Diagnostik
Betrieb elektrischer EVS (24)
IH-Leistungen in EVU – Technische Diagnostik
Durchschlags- Diagnostik
Spektrometrie Analytik
Teilentladungs- Diagnostik Dielektrische
Diagnostik Mechanische
Diagnostik Thermische
Diagnostik
Methoden der
Technischen Diagnostik an Betriebsmitteln der Energietechnik
Werkzeuge
Hardware: IR-Kamera, Thermovisionskameras, Gaschromatografen, Temperaturfühler, Spannungspüfanlagen
Software: Auswerteeinrichtungen
Betrieb elektrischer EVS (25)
IH-Leistungen in EVU – Technische Diagnostik
9 verursachen über die gesamte Betriebszeit Kosten
Energietechnische Systeme mit ihren Betriebsmitteln
9 müssen zuverlässig funktionieren
Diagnosesysteme
¾ Unterstützen Erkennung von Schwachstellen
¾ Ermöglichen gezielte Instandhaltungsplanung und -durchführung
¾ ermitteln Lebensdauervorrat und damit Planbarkeit von Investitionen
Sie sind Mittel zur
Sicherung der Zuverlässigkeit
Optimierung der Kosten
Betrieb elektrischer EVS (26)
Betriebsführung in EVU
UW HS-Netz
20.700
MS-Netz 38.200
Zählerwesen 73.700
NS-Netz 94.400
Systemunterstützung
(Detailliertheitsgrad, Zugriffszeit,
notwendiger Datenumfang)
Fernwirktechnik Einsatzleitsysteme Datenerfassung Gezielte Leistungen
Ö Instandhaltung
Netzführung = Betrieb
(Organisationsgrad, Zentralisation, Online- Unterstützung der Netzbetriebsführung)
Schaltleitung Fernsteuerung/
Fernüberwachung
Netzleitstellen MS-Netznachführung
Fachbereich, externer Dienstleister
Servicecenter
Netzleitsystem
Einsatzleitsystem
Anzahl der Netzaktivitäten – Beispiel envia (<< Anzahl der Einsätze)
Betrieb elektrischer EVS (27)
Betriebsführung in EVU
Netzleitstellen/ Schaltleitung
Einsatzleitsysteme - gezielter Einsatz sowohl Betriebs- als auch IH-Personal
Betrieb elektrischer EVS (28)
Betriebsführung in EVU 5 Sicherheitsregeln bei Arbeiten an elektrischen Anlagen
1. Freischalten - allseitiges und allpoliges Abschalten des Anlagenteils, an dem gearbeitet werden soll
2. Gegen Wiedereinschalten sichern
- alle freigeschalteten Betriebsmittel 3. Spannungsfreiheit feststellen
- allpolig prüfen durch Elektrofachkraft
- zweipolige Spannungsprüfer verwenden, da einpolige erst ab ca. 90V anzeigen
4. Erden und Kurzschließen
- alle Teile, an denen gearbeitet werden soll
- Erdung und Kurzschließung muss von Arbeitsstelle aus sichtbar sein 5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken
- Gummitücher, Isolierstoffplatten, Hauben o.ä. nicht verschiebbar - wenn möglich nebenliegende Anlagenteile ebenfalls freischalten
Abschluss der Arbeiten – aufheben der Sicherheitsmaßnehmen in umgekehrter Reihenfolge
