Retrofit für gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen (GIS) 8D1 und 8D2

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1 Retrofit für gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen (GIS) 8D1 und 8D2

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Beschreibung Retrofit Leistungsschalter 8DN Technische Daten Retrofit-Leistungsschalter 8DN Adapter Retrofit Leistungsschalter 8DN8 Altanlage Umbauschritte Wartungsgegenüberstellung Leistungsschalter alt Leistungsschalter neu Zeitplan für Retrofitlösung Lieferumfang Lebenserwartung der alten GIS-Anlage ohne neuen Leistungsschalter Typenprüfungen Optionen Seite 2 von 23

3 Abbildungsverzeichnis Abb. 1: Existierende Altanlage mit 8D2-Zweidruckschalter... 4 Abb. 2: Hauptabmessungen Retrofit-Leistungsschalter 8DN Abb. 3: 8D2-Schaltfeld mit altem Blaskolbenschalter... 7 Abb. 4: 8D2-Schaltfeld mit 8DN8-Leistungsschalter... 8 Abb. 5: 8DN8-Leistungsschalter mit zwei Adaptern und gasdichten Durchführungen hin zum Anlagenteil... 9 Abb. 6: Seitenansicht von 8DN8-Leistungschalter mit zwei Adaptern... 9 Abb. 7: Draufsicht auf 8DN8-Leistungschalter mit zwei Adaptern Abb. 8: Draufsicht Kontaktanordnung Abb. 9: Seitenansicht einer 8D-Anlage mit Zweidruckleistungsschalter Abb. 10: Elektrische Darstellung Abb. 11: SF6-Druck-Darstellung Abb. 12: Dritter Umbauschritt (a) Abb. 13: Dritter Umbauschritt (b) Abb. 14: Vierter Umbauschritt (a) Abb. 15: Vierter Umbauschritt (b) Abb. 16: Fünfter Umbauschritt (a) Abb. 17: Fünfter Umbauschritt (b) Abb. 18: Sechster Umbauschritt Feld nach dem Umbau Abb. 19: Normierte Wartungskosten Tabellenverzeichnis Tab. 1: Technische Daten Leistungsschalter 8DN Tab. 2: Technische Daten des Adapters... 7 Tab. 3: Vergleich SF6-Schalter alt neu... 8 Tab. 4: Gegenüberstellung der Wartungsintervalle der unterschiedlichen Leistungsschalter Seite 3 von 23

4 1 Einleitung Die ersten von Siemens gelieferten SF6-gasisolierten Schaltanlagen vom Typ 8D1 und 8D2 sind mittlerweile 40 Jahre und älter. Diese Anlagen haben sich im Betrieb hervorragend bewährt. Robust, zuverlässig und praktisch ohne Leckagen (SF6 und Öl) verrichten sie ihre Aufgabe. Jedoch werden heute schärfere und ökonomischere Maßstäbe bezüglich der Wartung und Instandhaltung von gasisolierten Schaltanlagen angesetzt. Speziell die zu Beginn der Markteinführung der GIS-Anlagen eingesetzten SF6-Zweidruckleistungsschalter sind sehr wartungsintensiv. Da zum einen die übrigen GIS-Komponenten sehr wartungsarm sind, und zum anderen für die restliche GIS- Anlage (ohne Original-Leistungsschalter) eine Lebenserwartung von über 50 Jahren prognostiziert werden kann vorausgesetzt, die Siemens-Wartungsempfehlungen werden so ausgeführt wie beschrieben kann Siemens eine Retrofitlösung mit einem modernen State of the Art -SF6- Leistungsschalter mit Federspeicherantrieb anbieten. Dieser basiert auf mehr als 40 Jahren gesammelter Erfahrung und intensiver Forschung. Abb. 1: Existierende Altanlage mit 8D2-Zweidruckschalter Seite 4 von 23

5 2 Beschreibung Retrofit Leistungsschalter 8DN8 Der Leistungsschalter, der für diese Retrofitlösung Verwendung findet, wird in den aktuellen 8DN8- GIS- und HIS-Anlagen bis 145 kv sowie bei 123-kV- und 145-kV-Freiluftleistungsschaltern eingesetzt. Dieser typgeprüfte Schalter hat sich über die Jahre bewährt und ist tausendfach im Einsatz. Die drei wichtigsten Vorteile dieses Selbstkompressionsschalters der neuesten Generation sind: Wesentlich geringere Wartungskosten (siehe Kapitel 6) Typprüfung nach neuester IEC-Norm (zum Zeitpunkt der Entwicklung) Sehr wartungsarmer Federspeicherantrieb auf dem neuesten Stand der Technik Abb. 2: Hauptabmessungen Retrofit-Leistungsschalter 8DN8 Seite 5 von 23

6 3 Technische Daten Retrofit-Leistungsschalter 8DN8 Norm: IEC, letzte Ausgabe (zum Zeitpunkt der Entwicklung) Bemessungs-Spannung: kv Bemessungs-Frequenz: 50/60 Hz Bemessungs-Kurzzeit-Stehwechselspannung: kv Bemessungs-Stehblitzstoßspannung: kv Bemessungs-Betriebsstrom: 3150 A Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom: 40 ka Bemessungs-Kurzzeitstrom: 40 ka Bemessungs-Kurzschlussdauer: </= 3 s Bemessungs-Stoßstrom: 100 ka Polfaktor: 1,5 SF6-Fülldruck bei 20 C: 0,56 MPa SF6-Verlust: 0,52 MPa SF6-Sperre: 0,50 MPa SF6-Gasmenge: 35 kg Ausschaltzeit: 60 ms Ausschalteigenzeit: 32 +/ 3 ms Lichtbogenzeit (50 Hz): 24 ms Einschalt-Eigenzeit: 55 +/ 6 ms Bemessungs-Schaltfolge: CO 15s CO oder O 0,3s CO 3min CO Motor Federspeicherantrieb: 220 V DC/3,0 A/10 A 230 V AC/8,0 A/20 A Wiedereinschaltung: 3-pol. EIN-Spule 225 W bei 220 V DC AUS-Spule 225 W bei 220 V DC Hilfsschalter 8 NO/8 NC/1 WI; 250 V/2,5 A Leistungsschalter-Gewicht ohne SF6-Gas: 900 kg Tab. 1: Technische Daten Leistungsschalter 8DN8 Ersetzt: Leistungsschalter für 8D1 und 8D2 bis 145 kv, Zweidruckschalter und Blaskolbenschalter Seite 6 von 23

7 4 Adapter Retrofit Leistungsschalter 8DN8 Altanlage Der notwendige Adapter, der zweifach zum Anschluss des neuen Leistungsschalters an die vorhandene Anlage benötigt wird, ist mit 650-kV-Bemessungs-Stehblitzstoßspannung typgeprüft und verbindet den dreiphasig gekapselten Leistungsschalter mit der einphasig gekapselten Schaltanlage. Er bildet einen gemeinsamen Gasraum mit gemeinsamer Gasüberwachung mit dem Leistungsschalter. Die Verbindung zur existierenden GIS-Altanlage erfolgt über gasdichte Durchführungen. Bemessungs-Stehblitzstoßspannung: Gewicht eines Adapters: SF6-Fülldruck bei 20 C: SF6-Gasmenge/Adapter: Tab. 2: Technische Daten des Adapters 650 kv ca. 200 kg 0,56 MPa 18,5 kg Abb. 3: 8D2-Schaltfeld mit altem Blaskolbenschalter Seite 7 von 23

8 Retrofit-8DN8- Selbstkompressionsleistungsschalter 123 kv 35 kg 2 x 18,75 kg 8D1/2- Zweidruckschalter 123 kv Leistungsschalter Adapter Gesamtmenge SF6- Gas 72,5 kg 105 kg 87 kg Tab. 3: Vergleich SF6-Schalter alt neu 8D2- Blaskolbenschalter 123/145 kv Abb. 4: 8D2-Schaltfeld mit 8DN8-Leistungsschalter Seite 8 von 23

9 Abb. 5: 8DN8-Leistungsschalter mit zwei Adaptern und gasdichten Durchführungen hin zum Anlagenteil Abb. 6: Seitenansicht von 8DN8-Leistungschalter mit zwei Adaptern Seite 9 von 23

10 Abbildung 3 zeigt die Ursprungsanlage 8D2 mit Blaskolbenleistungsschalter. In Abbildung 4 ist der Leistungsschalter ersetzt durch einen 8DN8-Leistungsschalter. Die Verbindung zwischen dem dreiphasig gekapselten 8DN8-Leistungsschalter und den verbliebenen einphasig gekapselten 8D2- Anlagenteilen wird über zwei Adapter realisiert, was in Abbildung 5 perspektivisch dargestellt ist. Abbildung 6 zeigt die Seitenansicht von links nach rechts: Oberer und unterer Adapter Übergang von einphasiger Kapselung auf dreiphasige Kapselung Dreiphasig gekapselter 8DN8-Leistungsschalter Abb. 7: Draufsicht auf 8DN8-Leistungschalter mit zwei Adaptern Abbildung 7 zeigt den dreipolig gekapselten 8DN8-Leistungsschalter mit angedeuteter Kontaktanordnung in der Draufsicht, verbunden mit den einpolig gekapselten Adaptern. Seite 10 von 23

11 Abb. 8: Draufsicht Kontaktanordnung In Abbildung 8 ist die Kontaktanordnung des Adapters dargestellt. Seite 11 von 23

12 5 Umbauschritte Abb. 9: Seitenansicht einer 8D-Anlage mit Zweidruckleistungsschalter Abbildung 9 zeigt einen typischen Aufbau eines 8D-Feldes mit Zweidruckleistungsschalter. Abb. 10: Elektrische Darstellung Legende: Rot = Spannung; Grün = keine Spannung Seite 12 von 23

13 Abb. 11: SF6-Druck-Darstellung Legende: Blau = Atmosphärendruck Luft; Gelb: SF6-Nenndruck Die Abbildungen 10 und 11 zeigen den zweiten Schritt des Umbaus. 1) Leistungsschalter -Q0 ausschalten 2) Trennschalter -Q1, -Q2 und -Q8 ausschalten 3) Erdungsschalter -Q51 und -Q52 einschalten und sichern 4) Kabel vom anderen Ende abschalten und erden 5) Ausschalten der Hilfs- und Auslösekreise 6) Gasarbeiten gemäß Schema durchführen 7) Demontage des alten Leistungsschalters -Q0 mit Zubehör 8) Überprüfung der existierenden 8D2-Durchführungen und Kontakte 9) Montage des neuen Leistungsschalters mit vormontierten Adaptern 10) Montage des neuen Leistungsschaltermoduls 11) Evakuieren des neuen Leistungsschaltermoduls 12) Modifizierung des VOS (Vorortsteuerschrank) oder Ersatz des VOS 13) Füllen mit SF6 auf Nenndruck 14) Inbetriebsetzung des Leistungsschalters 15) Einschalten der Hilfs- und Auslösekreise 16) Erdungsschalter -Q51, -Q52 und -Q8 ausschalten, ebenso den Erdungsschalter auf der anderen Seite des Kabels ausschalten 17) Trennschalter Q1, -Q2 und -Q8 einschalten 18) Leistungsschalter Q0 einschalten 19) Feld ist eingeschaltet In den Abbildungen 12 bis 18 sind die einzelnen Umbauschritte grafisch dargestellt. Seite 13 von 23

14 Abb. 12: Dritter Umbauschritt (a) Abb. 13: Dritter Umbauschritt (b) Seite 14 von 23

15 1,5 to SF6-Gas Scheme -Q52 -T5 -Q8 -Q0 -Q51 -Q9 -Q2 -Q1 -Z1 BB II BB I Abb. 14: Vierter Umbauschritt (a) Abb. 15: Vierter Umbauschritt (b) Seite 15 von 23

16 1,5 to Electrical Scheme -Q52 -T5 -Q8 -Q0 -Q51 -Q9 -Q2 -Q1 -Z1 BB II BB I Abb. 16: Fünfter Umbauschritt (a) Seite 16 von 23

17 Abb. 17: Fünfter Umbauschritt (b) Seite 17 von 23

18 1,5 to Q52 -T5 -Q Q0 -Q51 -Q9 -Q2 -Q1 -Z BB II BB I Abb. 18: Sechster Umbauschritt Feld nach dem Umbau Seite 18 von 23

19 6 Wartungsgegenüberstellung Leistungsschalter alt Leistungsschalter neu Kleine Revision (bzw. erweiterte Sichtkontrolle) 8D1/2- Zweidruckleistungsschalter 1000 x CO im Nennstrombereich oder nach 5 Jahren Außerbetriebsetzung notwendig Blasventiltausch 8D2- Blaskolbenleistungsschalter 3000 x CO im Nennstrombereich oder nach 10 Jahren Außerbetriebssetzung notwendig 8DN8- Selbstkompressionsleistungsschalter 3000 x CO im Nennstrombereich oder nach 17 Jahren Außerbetriebsetzung nicht notwendig Große Revision (bzw. Revision) 5000 x CO im Nennstrombereich oder nach 10 Jahren Außerbetriebsetzung notwendig 6000 x CO im Nennstrombereich oder nach 20 Jahren Außerbetriebsetzung notwendig 6000 x CO im Nennstrombereich oder nach 25 Jahren Außerbetriebsetzung notwendig Blasventiltausch Tab. 4: Gegenüberstellung der Wartungsintervalle der unterschiedlichen Leistungsschalter In Tabelle 4 ist eine Gegenüberstellung der Wartungsintervalle der einzelnen Leistungsschaltervarianten über einen Zeitraum von 25 Jahren dargestellt. Eindeutig ist zu erkennen, dass der Wartungsaufwand sowie die kurzen Wartungsabstände für den Zweidruckleistungsschalter im Vergleich, speziell zum neuen 8DN8-Leistungsschalter, nicht mehr ökonomisch und zeitgemäß sind. Bild 19 zeigt unter der Annahme einer 25-jährigen Laufzeit, was selbstverständlich nicht das Lebensende des neuen 8DN8-Leistungsschalters darstellt, die normierten Wartungskosten (Stand heute) zwischen den unterschiedlichen Leistungsschaltervarianten. Im Vergleich zum neuen 8DN8-Leistungsschalter ist der Wartungsaufwand beim 8D1-Zweidruckleistungsschalter circa. 15-mal so hoch; beim 8D2- Blaskolbenschalter immer noch circa dreimal so hoch. Seite 19 von 23

20 Wartungskosten über 25 Jahre 16,00 14,00 Normierte Kosten 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 5 Jahre 10 Jahre 15 Jahre 20 Jahre 25 Jahre Jahre Abb. 19: Normierte Wartungskosten - Blaue Kurve: Zweidruckleistungsschalter 8D1/8D2 - Rote Kurve: Blaskolbenleistungsschalter 8D2 - Gelbe Kurve: Selbstkompressionsleistungsschalter 8DN8 Seite 20 von 23

21 7 Zeitplan für Retrofitlösung Die gesamte Zeitdauer, von Auftragserhalt bis zur vorläufigen Projektübergabe, dauert circa neun Monate bezogen auf ein Feld. Das eigentliche Retrofit, wie Demontage des alten Leistungsschalters, Montage des neuen Leistungsschalters, Inbetriebsetzung und Hochspannungsprüfung für ein Feld, ist nach circa vier Wochen ausgeführt. 8 Lieferumfang Der Lieferumfang besteht aus: Leistungsschalter, dreiphasig gekapselt inkl. Unterkonstruktion SF6-Gas (zwei Flaschen à 40 kg zur Sicherheit, um reibungslosen Umbau zu gewährleisten; SF6-Gas aus dem alten 8D1/2-Schalter wird wiederverwendet) Zwei Adaptern von dreiphasig gekapseltem Leistungsschalter auf einphasig gekapselte Anlage Kleinteilen wie Dichtungsmaterial, Filtermaterial etc. Steuerschrankanpassungskomponenten oder komplettem Steuerschrank 9 Lebenserwartung der alten GIS-Anlage ohne neuen Leistungsschalter Für die restliche GIS kann eine Lebenserwartung von mehr als 50 Jahren prognostiziert werden vorausgesetzt, die Siemens-Wartungsempfehlungen werden so ausgeführt, wie sie in den betreffenden Betriebsanleitungen beschrieben sind. Untersuchungen an gasdichten Stützern einer über 40 Jahre alten 8D2-GIS ergaben keine Beanstandungen. Die Stützer waren nach wie vor teilentladungsfrei. Selbstverständlich kann auch an den alten Trenn- und Erdungsschaltern ein Retrofit, falls gewünscht, durchgeführt werden. Diese Geräte können dann mit den neuesten Motorantrieben ausgerüstet werden. 10 Typenprüfungen Für den Retrofit-8DN8-Leistungsschalter liegen Typenprüfungen vor. Seite 21 von 23

22 11 Optionen Vor-Ort-Steuerschrank inklusive Steuerkabel Durchführung von Wartungsmaßnahmen an den Feldern im Zusammenhang mit dem Umbau Retrofit der Trenner-/Erderantriebe auf neueste Antriebsgeneration Aufarbeitung ausgebauter 8D1-/8D2-Leistungsschalter Dezentrale SF6-Gas-Überwachung Ersatz der alten Gießharz-Spannungswandler durch SF6-isolierte Wandler UHF-Sonden Seite 22 von 23

23 Herausgeber und Copyright 2011: Siemens AG Energy Sector Freyeslebenstraße Erlangen, Deutschland Siemens AG Energy Sector Power Distribution Division Transmission and Distribution Services Humboldtstraße Nürnberg, Deutschland Wünschen Sie mehr Informationen, wenden Sie sich bitte an unser Customer Support Center. Tel.: / Fax: / (Gebühren in Abhängigkeit vom Provider) support.energy@siemens.com Power Distribution Division Transmission and Distribution Services Gedruckt in Deutschland Order No. SE-AS_1010d_W3233-8D1D2-Retrofit Gedruckt auf elementar chlorfrei gebleichtem Papier. Alle Rechte vorbehalten. In diesem Dokument genannte Handelsmarken und Warenzeichen sind Eigentum der Siemens AG bzw. ihrer Beteiligungsgesellschaften oder der jeweiligen Inhaber. Änderungen vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten allgemeine Beschreibungen der technischen Möglichkeiten, welche im Einzelfall nicht immer vorliegen. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind daher im Einzelfall bei Vertragsschluss festzulegen. Seite 23 von 23