Einfluss des Sammelschienendifferentialschutzes bei unterschiedlichen 110-kV-Netzkonzepten auf die Zuverlässigkeit

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1 Einfluss des Sammelschienendifferentialschutzes bei unterschiedlichen 110-kV-Netzkonzepten auf die Zuverlässigkeit Hans-Peter Vetö TU Wien, Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe Kurzfassung: Zunehmender Lastanstieg, steigende dezentrale Erzeugung, stellen zunehmend höhere Anforderungen an die Verteilnetze. Ein sicherer und zuverlässiger Netzbetrieb kann bei vermehrter Einbindung von regenerativen Energien (Wind, Photovoltaik, Kleinwasserkraft, ) nur durch den Netzausbau (Leiterseilverstärkungen, Neubau von Umspannwerken, ) sichergestellt werden. Der damit einhergehende Anstieg der Kurzschlussleistung an den 110-kV-Netzknoten wird zukünftig zu einem vermehrten Einsatz des Sammelschienendifferentialschutzes führen. Dabei stellt sich die Frage, in wie weit sich hierdurch Auswirkungen auf die Versorgungszuverlässigkeit ergeben? Keywords: Sammelschienendifferentialschutz, Zuverlässigkeit, Netzkonzepte 1 Einleitung An Hand eines 110-kV-Netzabschnittes, welcher 7 Umspannwerke umfasst, werden die Auswirkungen des Sammelschienendifferentialschutzes auf die Versorgungssicherheit gezeigt. Dabei werden die Ergebnisse mit und ohne Sammelschienendifferentialschutz für verschiedene Einbindungsvarianten und Schaltanlagenkonzepte gegenübergestellt. Sämtliche Schaltanlagen sowie unterschiedliche Schaltzustände werden im Detail berücksichtigt. Die Systemgrenze bildet die Mittelspannungsschaltanlage, welche als ideal, sowie nur vereinfacht berücksichtigt wird. Insgesamt wurden 10 unterschiedliche Netzkonzepte untersucht! 4 Konzepte davon werden nachfolgend betrachtet. Berücksichtigte Schaltanlagenkonzepte: - H4-2 Schaltung (2 Sammelschienenlängstrenner) - H5 Schaltung (Leistungsschalter zur Sammelschienenlängskupplung) - Einfachsammelschiene (Leistungsschalter zur Sammelschienenlängskupplung) - Doppelsammelschiene (gekuppelter Zweischienenbetrieb) Seite 1 von 20

2 Berücksichtigte Einbindungsvarianten: - Blockanspeisung (Keine 110-kV-Sammelschiene vorhanden) - Zweisystemige Einschleifung - Viersystemige Einschleifung - Doppelstich (beide Stiche zugeschalten) - Doppelstich (nur ein Stich zugeschalten) Für fünf Umspannwerke (beidseitig über eine 60 km lange Freileitung von zwei Umspannwerken gespeist) werden unterschiedlichste Kombinationen aus den obigen Schaltanlagenkonzepten und Netzeinbindungsvarianten betrachtet. Die äußeren beiden Umspannwerke (jene die den Netzabschnitt speisen) sind standardmäßig als Doppelsammelschiene ausgeführt. In sämtlichen Umspannwerken sind zwei 110/20-kV-Umspanner installiert, welche jeweils eine Last von 10MW im Mittelspannungsnetz speisen. 1.1 Netzeinbindung Bei der Netzeinbindung werden 4 Varianten berücksichtigt: Sämtliche UW s als Doppelstiche (Doppeldreibein) eingebunden (Abb.: 1) Das UW D ist viersystemig eingeschliffen, die restlichen UW s sind als Doppelstiche (Doppeldreibein) eingebunden (Abb.: 2) Die UW s C und E sind viersystemig eingeschliffen, die restlichen UW s sind als Doppelstiche (Doppeldreibein) eingebunden (Abb.: 3) Die UW s C und E sind viersystemig, die restlichen UW s zweisystemig eingeschliffen (Abb.: 4) 1.2 Schaltanlagenkonzepte Bei den Schaltanlagenkonzepten werden 4 Konzepte berücksichtigt: Blockanspeisung (B) o Keine Sammelschiene vorhanden (Abb.: 7) H-Schaltung (H4, H5) o Sammelschienenlängstrennung über 2 Trenner (H4-2 Schaltung) (Abb.: 5) o Sammelschienenlängskupplung (H5 Schaltung) (Abb.: 6) Einfachsammelschiene (ESS) - (Abb.: 8) o Sammelschienenlängskupplung Doppelsammelschiene (DSS) - (Abb.: 9) o Gekuppelter Zweischienenbetrieb Seite 2 von 20

3 Netz- und Schaltanlagenkonzepte: UW A FLTG1-A FLTG1-BC FLTG1-CD FLTG1-DE FLTG1-EF FLTG1-G UW G DSS FLTG2-A FLTG2-BC FLTG2-CD FLTG2-DE FLTG2-EF FLTG2-G DSS FLTG1-B FLTG1-C FLTG2-B FLTG2-C FLTG1-D FLTG2-D FLTG1-E FLTG2-E FLTG1-F FLTG2-F UW B UW C UW D UW E UW F B, H4, H5 B, H4, H5 H4, H5 B, H4, H5 B, H4, H5 0,1 km Legende: ESS Einfachsammelschiene DSS Doppelsammelschiene H H-Schaltung B Blockanspeisung UW 110-kV-Umspannwerk FLTG Freileitung Mastabzweig 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km Abb.: 1 Netzkonzept 1 UW A FLTG1-A FLTG1-BC FLTG1-D FLTG3-D FLTG3-EF FLTG3-G UW G DSS FLTG2-A FLTG2-BC FLTG2-D FLTG4-D FLTG4-EF FLTG4-G DSS FLTG1-B FLTG1-C FLTG2-B FLTG2-C FLTG3-E FLTG4-E FLTG3-F FLTG4-F UW B UW C UW D UW E UW F B, H4, H5 B, H4, H5 ESS, DSS B, H4, H5 B, H4, H5 0,1 km Legende: ESS Einfachsammelschiene DSS Doppelsammelschiene H H-Schaltung B Blockanspeisung UW 110-kV-Umspannwerk FLTG Freileitung Mastabzweig 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km Abb.: 2 Netzkonzept 2 Seite 3 von 20

4 UW A FLTG1-A FLTG1-BC FLTG1-C FLTG3-CD FLTG3-DE FLTG3-E FLTG5-EF FLTG5-G UW G DSS FLTG2-A FLTG2-BC FLTG3-C FLTG4-CD FLTG4-DE FLTG5-E FLTG6-EF FLTG6-G DSS FLTG1-B FLTG3-D FLTG2-B FLTG2-C FLTG4-C FLTG4-D FLTG4-E FLTG6-E FLTG5-F FLTG6-F UW B UW C UW D UW E UW F H4, H5 ESS, DSS H4, H5 ESS, DSS H4, H5 0,1 km Legende: ESS Einfachsammelschiene DSS Doppelsammelschiene H H-Schaltung UW 110-kV-Umspannwerk FLTG Freileitung Mastabzweig 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km Abb.: 3 Netzkonzept 8 UW A DSS FLTG1-A FLTG2-A FLTG4-CE FLTG7-G FLTG1-C FLTG4-E FLTG4-C FLTG7-E FLTG3-BC FLTG5-CD FLTG6-DE FLTG8-EF FLTG9-G UW G DSS FLTG2-B FLTG5-D FLTG3-B FLTG3-C FLTG5-C FLTG6-D FLTG6-E FLTG8-E FLTG8-F FLTG9-F UW B UW C UW D UW E UW F H4, H5 ESS, DSS H4, H5 ESS, DSS H4, H5 0,1 km Legende: ESS Einfachsammelschiene DSS Doppelsammelschiene H H-Schaltung UW 110-kV-Umspannwerk FLTG Freileitung Mastabzweig 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km 10 km Abb.: 4 Netzkonzept 9 Seite 4 von 20

5 Schaltanlagenkonzepte für zweisystemige Netzeinbindung: SS1A SS1C SS1A SSLK SS1B Info: Bei den Varianten H4-2# und H5# wird ein Schaltfeld offen betrieben! T1 T2 T1 T2 T1 T SS1A SS1C SS1A SS1C SS1A SS1C SS LAST 1 LAST 2 LAST 1 LAST 2 LAST 1 LAST 2 Abb.: 5 H4-2 Konzept Abb.: 6 H5 Konzept Abb.: 7 Blockanspeisung Schaltanlagenkonzepte für viersystemige Netzeinbindung: LEGENDE: SS1A SS1B SSLK T1 T2 SS1 SS2 T T SSQK SS1 SS2 110-kV-Sammelschiene 20-kV-Sammelschiene 110-kV-Leistungsschalter (geschlossen) 110-kV-Trenner (geschlossen) 110-kV-Leistungsschalter (offen) 110-kV-Trenner (offen) SS1A SS1C SS1A SS1C Schaltfeld 20-kV-Lastabgang LAST_1 Abb.: 8 Einfachsammelschiene LAST_2 LAST 1 LAST 2 Abb.: 9 Doppelsammelschiene Sammelschienenlängstrenner SSLK Sammelschienenlängskupplung SSQK Sammelschienenquerkupplung Seite 5 von 20

6 2 Statistische Auswertung kV-Umspannwerke in Österreich Im Vorfeld wurde eine statistische Erhebung über die im österreichischen 110-kV-Verteilnetz vorkommenden Schaltanlagen/Umspannwerke nach der Schaltanlagentype (AIS, HIS, GIS) durchgeführt. AIS Air insulated switchgear Freiluftschaltanlage HIS Hybrid switchgear (highly integrated switchgear) Hybridschaltanlage GIS Gas insulated switchgear Gasisolierte Schaltanlage Schaltanlagentypen komplett Insgesamt wurden kV-Umspannwerke in dieser Auswertung berücksichtigt, lediglich ein Netzbetreiber hat hierfür seine Daten nicht zur Verfügung gestellt. Bei 23 Umspannwerken ist jedoch keine Schaltanlage mit Sammelschiene ausgeführt, lediglich ein Abgangsschaltfeld ist realisiert (Keine SA). 5,1% 0,7% 16,3% 77,9% AIS HIS GIS Keine SA Abb.: 10 Schaltanlagen je Typ - gesamt Schaltanlagentypen ohne städtischer Netzbetreiber kV-Umspannwerke wurden in dieser Auswertung berücksichtigt, die Schaltanlagentypen der städtischen Netzbetreiber gehen darin nicht ein. Bei 16 Umspannwerken ist lediglich ein Abgangsschaltfeld ausgeführt und keine Schaltanlage mit Sammelschiene realisiert. 8,9% 0,8% 4,3% 85,9% AIS HIS GIS Keine SA Abb.: 11 Schaltanlagen je Typ ohne Stadt Seite 6 von 20

7 2.2 Sammelschienendifferentialschutz im 110-kV-Netz Ergänzend zur Erhebung der Schaltanlagentype (AIS, HIS, GIS) wurde eine Auswertung über den dabei je Schaltanlagentype zum Einsatz kommenden Sammelschienendifferentialschutz getroffen SS-Schutz bei sämtlichen Schaltanlagen Von den insgesamt ausgewerteten kV-Umspannwerken sind ca. 78% (laut Abb.: 10) Freiluftschaltanlagen, bei welchen zu 25,6% (Abb.: 12) ein Sammelschienendifferentialschutz zum Einsatz kommt. Bei den gasisolierten Schaltanlagen, welche nur ca. 16% (laut Abb.: 10) der gesamten Schaltanlagen sind, ist ein Sammelschienendifferentialschutz jedoch bei ca. 62% (Abb.: 13) der Anlagen installiert. 25,6% 38,4% 61,6% 74,4% SS-Diff.Schutz SS-Diff.Schutz Abb.: 12 AIS-Schaltanlagen (gesamt) Abb.: 13 GIS-Schaltanlagen (gesamt) SS-Schutz ohne städtischer Schaltanlagen Von den kV-Umspannwerken sind ca. 86% (laut Abb.: 11) Freiluftschaltanlagen, bei welchen zu 19,6% (Abb.: 14) ein Sammelschienendifferentialschutz zum Einsatz kommt. Bei den gasisolierten Schaltanlagen, welche nur ca. 9% (laut Abb.: 11) der gesamten Schaltanlagen sind, ist ein Sammelschienendifferentialschutz bei ca. 18% (Abb.: 15) der Anlagen installiert. 19,6% 18,2% 80,4% 81,8% SS-Diff.Schutz SS-Diff.Schutz Abb.: 14 AIS-Schaltanlagen (ohne Stadt) Abb.: 15 GIS-Schaltanlagen (ohne Stadt) Seite 7 von 20

8 3 Ergebnisse der Zuverlässigkeitsberechnung 3.1 Netzkonzept 1 P [MW/a] 12-22,9% -26,3% -2,0% SS-Diff. Schutz -3,8% P [MW/a] ,73 11,58 52,01 50,95 53,03 51,00-3,8% -4% ,04 8,54 44,00 42,31 43,97 42,21 H4-2 H5 H4-2# H5# B_H4-2 B_H5 40 Abb.: 16 Vergleich Defizitleistung Netzkonzept 1 W [MWh/a] 21,0-2,1% -2,4% SS-Diff. Schutz W [MWh/a] 28,0-1,2% -0,6% 20,5 20,0 20,94 20,49 20,91 20,40 27,32 27,15 27,49 27,15-1,1% -1,1% 26,64 26,36 26,63 26,34 H4-2 H5 H4-2# H5# B_H4-2 B_H5 27,0 26,0 Abb.: 17 Vergleich Defizitenergie Netzkonzept 1 Seite 8 von 20

9 3.2 Netzkonzept 2 6,0 P [MW/a] Ø20-27% SS-Diff. Schutz P [MW/a] 25 5,5 Ø5-6% 24 5,0 23 4,5 5,88 5,83 5,71 5, ,0 4,54 4,25 4,52 4,24 23,01 21,68 23,11 21,73 22,84 21,66 22,94 21,71 22,61 21,29 22,61 21, ,5 20 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS H4-2#_DSS H5#_DSS H4-2#_ESS H5#_ESS B_DSS B_ESS Abb.: 18 Vergleich Defizitleistung Netzkonzept 2 W [MWh/a] 8,20 Ø2,4-3,2% SS-Diff. Schutz W [MWh/a] 11,3 8,15 8,10 Ø1,7-2% 11,2 11,1 8,05 11,0 8,00 7,95 7,90 7,85 8,16 7,94 8,15 7,89 8,13 7,93 8,12 7,89 10,96 10,74 10,98 10,75 10,93 10,74 10,95 10,74 11,11 10,89 11,08 10,89 10,9 10,8 10,7 10,6 7,80 10,5 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS H4-2#_DSS H5#_DSS H4-2#_ESS H5#_ESS B_DSS B_ESS Abb.: 19 Vergleich Defizitenergie Netzkonzept 2 Seite 9 von 20

10 3.3 Netzkonzept 8 P [MW/a] 4,3-21,8% -26% 4,1 3,9 SS-Diff. Schutz -18,6% -22,9% 3,7 3,5 3,3 3,1 4,06 4,04 3,86 3,84 2,9 2,7 3,17 2,99 3,14 2,96 2,5 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS Abb.: 20 Vergleich Defizitleistung Netzkonzept 8 4,3 W [MWh/a] SS-Diff. Schutz -3,5% -4,2% 4,2-2,9% -3,5% 4,1 4,21 4,21 4,18 4,18 4,0 4,06 4,03 4,06 4,03 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS Abb.: 21 Vergleich Defizitenergie Netzkonzept 8 Seite 10 von 20

11 3.4 Netzkonzept 9 P [MW/a] 2,2-7,8% -14% SS-Diff. Schutz 2,1-6,4% -12,8% 2,0 1,9 1,8 2,14 1,98 2,12 2,08 1,94 2,06 1,7 1,83 1,80 1,6 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS Abb.: 22 Vergleich Defizitleistung Netzkonzept 9 0,46 W [MWh/a] -6,1% SS-Diff. Schutz -11% -4,9% -9,8% 0,44 0,42 0,451 0,448 0,448 0,445 0,40 0,399 0,424 0,402 0,426 0,38 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS Abb.: 23 Vergleich Defizitenergie Netzkonzept 9 Seite 11 von 20

12 3.5 Übersicht Netzkonzepte P [MW/a] Gesamte Defizitleistung im Netz SS-Diff. Schutz H4-2 H5 H4-2# H5# B_H4-2 B_H5 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS H4-2#_DSS H5#_DSS H4-2#_ESS H5#_ESS B_DSS B_ESS H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS Netzkonzept 1 Netzkonzept 2 Netzkonzept 8 Netzkonzept 9 Abb.: 24 Übersicht - Defizitleistung 30 W [MWh/a] Gesamte Defizitenergie im Netz SS-Diff. Schutz ,5 0 H4-2 H5 H4-2# H5# B_H4-2 B_H5 H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS H4-2#_DSS H5#_DSS H4-2#_ESS H5#_ESS B_DSS B_ESS H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS H4-2_DSS H5_DSS H4-2_ESS H5_ESS Netzkonzept 1 Netzkonzept 2 Netzkonzept 8 Netzkonzept 9 Abb.: 25 Übersicht - Defizitenergie Seite 12 von 20

13 3.6 Vergleich Netzkonzepte 8 und 9 (SS-Diff. Schutz) 0,8 P [MW/a] Defizitleistung je Station H4-2_ESS H4-2_DSS H5_ESS H5_DSS 0,7 0,6 0,3 0,29 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 Station A Station B Station C Station D Station E Station F Station G Abb.: 26 Vergleich Netzkonzepte Defizitleistung je Station 1,4 W [MWh/a] Defizitenergie je Station H4-2_ESS H4-2_DSS H5_ESS H5_DSS 1,3 1,2 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 V8 V9 Station A Station B Station C Station D Station E Station F Station G Abb.: 27 Vergleich Netzkonzepte Defizitenergie je Station Seite 13 von 20

14 4 Zusammenfassung 4.1 Zuverlässigkeit der Netzkonzepte Netzkonzept 1 Wie aus der Abb.: 16 ersichtlich, ergibt sich bei den Schaltanlagenkonzepten H4-2 und H5 ein deutlicher Rückgang der Defizitleistung durch den Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes. Können auf Grund des Leitungsschutzes nicht beide Stiche zugeschalten werden, so bewirken die Konzepte H4-2# und H5# einen starken Anstieg der Defizitleistung, die Anwendung eines Sammelschienendifferentialschutzes bringt dabei nur eine geringe Verbesserung. Selbiges gilt für die Konzepte B_H4-2 und B_H5. Bei der Defizitenergie stellt sich lediglich nur eine unwesentliche Verbesserung laut Abb.: 17 ein. Das Schaltanlagenkonzept selbst spielt nur eine untergeordnete Rolle! Netzkonzept 2 Laut Abb.: 18 ergibt sich eine wesentliche Reduktion der Defizitleistung bei den Schaltanlagenkonzepten H4-2_DSS, H5_DSS, H4-2_ESS und H5_ESS durch den Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes. Im Vergleich zum Netzkonzept 1 ergeben sich ähnliche prozentuelle Werte, jedoch weist das Netzkonzept 2 nur mehr ca. 50% der Defizitleistung auf! Durch die 4-systemige Einbindung des UW D ergibt sich eine deutlich höhere Versorgungssicherheit im Netzabschnitt. Wird bei den Konzepten H4-2# und H5# auf Grund des Leitungsschutzes nur ein Stich zugeschalten, bzw. eine Blockanspeisung (B_DSS, B_ESS) realisiert, so ergibt sich ein starker Anstieg der Defizitleistung. Die Anwendung eines Sammelschienendifferentialschutzes bringt dabei nur eine geringe Verbesserung und würde ohnedies in der Praxis für die UW s B, C, E und F nur bedingt in Frage kommen. Bei der Defizitenergie stellt sich lediglich nur eine unwesentliche Verbesserung laut Abb.: 19 ein. Allerdings reduziert sich die Defizitenergie im Vergleich zum Netzkonzept 1 um mehr als 60%! Grund hierfür ist der Common-Mode-Ausfall! Das Schaltanlagenkonzept selbst spielt nur eine untergeordnete Rolle! Netzkonzept 8 Laut Abb.: 20 ergibt sich bei sämtlichen Schaltanlagenkonzepten durch den Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes eine wesentliche Reduktion der Defizitleistung. Im Vergleich zum Netzkonzept 2 ergibt sich ein ähnlicher prozentueller Rückgang, jedoch weist das Netzkonzept 8 eine um ca. 30% geringere Defizitleistung auf! Durch die 4-systemige Einbindung der UW s C und E ergibt sich eine deutlich höhere Versorgungssicherheit im Netzabschnitt. Die Unterschiede der einzelnen Schaltanlagenkonzepte sind dabei gering. Bei der Defizitenergie stellt sich lediglich nur ein geringer prozentueller Rückgang laut Abb.: 21 ein. Der Vergleich zum Netzkonzept 2 zeigt allerdings, dass sich die Defizitenergie um ca. 50% reduziert. Seite 14 von 20

15 4.1.4 Netzkonzept 9 Gemäß Abb.: 22 ergibt sich lediglich eine geringe Reduktion der Defizitleistung durch den Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes. Im Vergleich zum Netzkonzept 8 fällt der prozentuelle Rückgang geringer aus, jedoch weist das Netzkonzept 9 eine um ca. 50% geringere Defizitleistung auf! Durch die Einschleifung sämtlicher UW s ergibt sich eine deutlich höhere Versorgungssicherheit im Netzabschnitt. Die Unterschiede der einzelnen Schaltanlagenkonzepte sind dabei gering. Die Defizitenergie weist im Vergleich zu den übrigen Netzkonzepten den größten prozentuellen Rückgang auf, im Vergleich zum Netzkonzept 8 stellt sich ein enormer Rückgang der Defizitenergie um ca. 90% laut Abb.: 25 ein. Wie beim Netzkonzept 2, bewirkt auch hier der Common-Mode-Ausfall den starken Rückgang der Defizitenergie. 5 Resümee 5.1 Netzeinbindung Lediglich bei der Defizitleistung bewirkt der Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes einen merklichen Rückgang. Bei der Defizitenergie ergeben sich außer beim Netzkonzept 9 nur geringe Verbesserungen. Der Grund hierfür liegt in der kurzen Umschaltzeit zur Wiederversorgung (10 min.). Das Netzkonzept 9 weist im Vergleich die geringste Defizitleistung und mit Abstand die geringste Defizitenergie auf. Durch die Einschleifung der Stationen wirkt sich der Common- Mode-Ausfall wesentlich weniger stark aus, als bei Doppelsticheinbindungen. Blockanspeisungen, sowie H-Schaltungen welche auf Grund des Leitungsschutzes (einfacher Distanzschutz) bei Doppelsticheinbindung nicht vermascht betrieben werden können bewirken wesentlich höhere Defizitleistungen. Eine Änderung der Netzeinbindung, Umstellung von Doppelsticheinbindung auf Einschleifung, oder das Nachrüsten eines entsprechenden Leitungsschutzes sind einfache Maßnahmen und die Versorgungssicherheit zu steigern. 5.2 Schaltanlagenkonzepte Der Unterschied der einzelnen Schaltanlagenkonzepte im Hinblick auf deren Auswirkung auf die Versorgungsicherheit ist nicht wirklich markant. Das H5 Konzept beim Netzkonzept 1 sowie das Konzept H5_ESS bei den verbleibenden Netzkonzepten stellen sich als die besten punkto Defizitleistung heraus. Die Doppelsammelschiene liefert schlechtere Zuverlässigkeitskennwerte als die Einfachsammelschiene mit Längskupplung. Der Grund hierfür liegt in der Annahme, dass die Ausfallhäufigkeit der Sammelschiene in Abhängigkeit der Schaltfeldanzahl berücksichtigt wurde. Für die Defizitenergie gilt gleiches, außer für das Netzkonzept 9, bei welchem das Schaltanlagenkonzept H5_DSS, jedoch nur bei Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes, das beste Ergebnis liefert. Der Grund hierfür liegt im Ausfallmodell Handabschaltung (Wartung) + unabhängiger Einfachausfall, welches die höhere Flexibilität der Doppelsammelschiene bei Wartungsabschaltungen widerspiegelt. Eine Verbesserung der Defizitenergie stellt sich jedoch nicht in jenen Stationen ein in welchen die Doppelsammelschiene zum Einsatz kommt, sondern in den umliegenden Stationen! Details dazu siehe Abb.: 27. Seite 15 von 20

16 5.3 Wirtschaftlichkeit Die Frage ab wann sich der Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes zur Steigerung der Versorgungssicherheit als wirtschaftlich erweist, hängt maßgeblich von der Definition der Ausfallkosten ab. Mögliche Definitionen: K = k P P + k W W, oder K = k P (t A ) P K Ausfallkosten [ /a] k P Leistungsabhängiger Kostenfaktor [ /MW] P Defizitleistung [MW/a] k W Energieabhängiger Kostenfaktor [ /MWh] W Defizitenergie [MWh/a] t A Mittlere Ausfalldauer [min. bzw. h] k P (t A ) Leistungsabhängiger Kostenfaktor (abhängig von der Ausfalldauer) [ /MW] Solange der Verteilnetzbetreiber für Versorgungsunterbrechungen keine Entschädigungszahlungen an die Kunden leisten muss, ist der Einsatz eines Sammelschienendifferentialschutzes rein aus Gründen der Versorgungssicherheit nur bedingt erforderlich. Kann der Kunde hingegen einen Anspruch geltend machen, so hängt die Entscheidung für oder wider einen Sammelschienendifferentialschutz davon ab, wie stark der rein leistungsabhängige Kostenanteil in die Gesamtkosten eingeht. Weiters müssen dem die notwendigen Investitionskosten gegenübergestellt werden. Um im Netz eine hohe Versorgungssicherheit zu erzielen und die Ausfallkosten dabei gering zu halten muss das Hauptaugenmerkt auf die Netztopologie und die Einbindung der Umspannwerke gelegt werden! Kommt der Sammelschienendifferentialschutz auf Grund der hohen Kurzschlussleistung und zur Sicherstellung einer raschen Abschaltung im Fehlerfall ohnedies zum Einsatz um mögliche Schäden an den Betriebsmitteln und rotierenden Maschinen zu vermeiden, so ergibt sich dadurch eine Steigerung der Versorgungssicherheit in zweierlei Hinsicht. Prävention gegen Schäden Vermeidung von hohen Reparaturkosten Höhere Selektivität höhere Versorgungssicherheit Seite 16 von 20

17 6 Anhang 6.1 Einstellungen Netzzustandsanalyse: Reine Strukturanalyse, kein AC Lastfluss Dauer für automatische Umschaltmaßnahmen: 10 min. (für Wiederversorgung) Kein Lastabwurf bei Unterspannung Keine Teilversorgung der Lasten möglich Keine unterschiedlichen Lastprioritäten für Wiederversorgung Sammelschienenschutz: Kein Schutz bzw. Differentialschutz Lastganglinien wurden nicht berücksichtigt Sämtliche Betriebsmittel der 20-kV-Schaltanlage sind zuverlässigkeitsmäßig ideal Verteilter Slack: 50% an Station A, 50% an Station B Netznennspannung: UN = 110kV Nachfolgende Ausfallmodelle wurden berücksichtigt: o Unabhängiger Einfachausfall, kurz o Unabhängiger Einfachausfall, lang o Handabschaltung, verzögert Wartung o Handabschaltung, unverzüglich nur bei Freileitungen berücksichtigt! o Common-Mode-Ausfall o Einpoliger Erdschluss o Ungeplantes Schalteröffnen o Unabhängige Mehrfachausfälle o Unabhängiger Einfachausfall + Handabschaltung o Unabhängiger Einfachausfall + einpoliger Erdschluss o Unabhängiger Einfachausfall + Schutzversager o Unabhängiger Einfachausfall + Schutzüberfunktion 6.2 Angenommene Parameter Freileitung Seilquerschnitt: Al/St 240/40mm² R 1 = 0,1133 Ω/km X 1 = 0,3716 Ω/km Werte haben bei der reinen Strukturanalyse keine Relevanz! C 1 = 9,47 nf/km Irmax = 665A Umspanner UN1 = 110kV UN2 = 20kV Sr = 40MVA Lasten PLAST1 = PLAST2 = 10MW cos(φ) = 0,9 Seite 17 von 20

18 6.3 Zuverlässigkeitskennwerte Den Schaltgeräten wurden Zuverlässigkeitskennwerte der VDN Störungsstatistik zugewiesen [VDN]. Häufigkeiten und Dauern für Wartungsabschaltungen wurden angenommen Freileitung H EA_kurz_FLTG_110kV = 0, /(km a) T EA_kurz_FLTG_110kV = 0,919 h H EA_lang_FLTG_110kV = 0, /(km a) Wert laut Auswertung TU Wien T EA_lang_FLTG_110kV = 27,46 h H HA_ver_FLTG_110kV = 0,1 1/(km a) T HA_ver_FLTG_110kV = 10 h H HA_unv_FLTG_110kV = 0, /(km a) T HA_unv_FLTG_110kV = 4 h H 1p.ES_FLTG_110kV = 0, /(km a) T 1p.ES_FLTG_110kV = 12 h H CM_kurz_FLTG_110kV = 0, /(km a) T CM_kurz_FLTG_110kV = 3,334 h Umspanner H EA_kurz_UM_110/20kV = 0, /a T EA_kurz_UM_110/20kV = 0,05 h H EA_lang_UM_110/20kV = 0, /a T EA_lang_UM_110/20kV = 8,87 h H HA_ver_UM_110/20kV = 0,5 1/a T HA_ver_UM_110/20kV = 32 h H HA_unv_UM_110/20kV = nicht berücksichtigt T HA_unv_UM_110/20kV = H 1p.ES_UM_110/20kV = 0, /a T 1p.ES_UM_110/20kV = 36 h Sammelschiene H EA_kurz_SS_110kV = 0, /(a & Feld) T EA_kurz_SS_110kV = 0,45 h H EA_lang_SS_110kV = 0, /(a & Feld) (220-kV-Wert) T EA_lang_SS_110kV = 8,06 Seite 18 von 20

19 H HA_ver_SS_110kV = 0,2 1/a T HA_ver_SS_110kV = 3 h H HA_unv_SS_110kV = 3h je Schaltfeld!! nicht berücksichtigt T HA_unv_SS_110kV = H 1p.ES_SS_110kV = 0, /a T 1p.ES_SS_110kV = 8 h Sammelschienentrenner H EA_kurz_TR SS_110kV = 0, /a T EA_kurz_TR SS_110kV = 0,16 h H EA_lang_TR SS_110kV = 0, /a T EA_lang_TR SS_110kV = 3,7 h H HA_ver_TR SS_110kV = T HA_ver_TR SS_110kV = H HA_unv_TR SS_110kV = Wartung des Sammelschienentrenners erfolgt gemeinsam mit der Sammelschiene nicht berücksichtigt T HA_unv_TR SS_110kV = H 1p.ES_TR SS_110kV = 0, /a T 1p.ES_TR SS_110kV = 6 h Abgangstrenner H EA_kurz_TR AA_110kV = 0, /a T EA_kurz_TR AA_110kV = 0,09 h H EA_lang_TR AA_110kV = 0, /a T EA_lang_TR AA_110kV = 6,63 h H HA_ver_TR AA_110kV = 0,266 1/a T HA_ver_TR AA_110kV = 20 h H HA_unv_TR AA_110kV = Wartung erfolgt gemeinsam mit dem Leistungsschalter nicht berücksichtigt T HA_unv_TR AA_110kV = H 1p.ES_TR AA_110kV = 0, /a T 1p.ES_TR AA_110kV = 6 h Leistungsschalter H EA_kurz_LS_110kV = 0, /a T EA_kurz_LS_110kV = 1,18 h H EA_lang_LS_110kV = 0, /a T EA_lang_LS_110kV = 32,1 h Seite 19 von 20

20 H HA_ver_LS_110kV = T HA_ver_LS_110kV = H HA_unv_LS_110kV = Wartung erfolgt gemeinsam mit dem Abgangstrenner nicht berücksichtigt T HA_unv_LS_110kV = H 1p.ES_LS_110kV = 0, /a T 1p.ES_LS_110kV = 8 h H USÖ_LS_110kV = 0,0033 1/a T USÖ_LS_110kV = 0,167 h p SV_LS_110kV = 0, p SÜ_LS_110kV = 0,004 entspricht automatischer Umschaltzeit Addierte VDN Werte SVS + LVS Aufgerundeter VDN Wert SUE Abkürzungen: p SV_LS_110kV Bedingte Wahrscheinlichkeit für Schutzversager p SÜ_LS_110kV Bedingte Wahrscheinlichkeit für Schutzüberfunktion SVS Bedingte Wahrscheinlichkeit für Schutzversager LVS Bedingte Wahrscheinlichkeit für Leistungsschalterversager SUE Bedingte Wahrscheinlichkeit für Schutzüberfunktion Literatur [VDN] VDN Störungsstatistik Berichtsjahre Seite 20 von 20