Steuerungs-Retrofit für das historische Wasserschlössle
Das 1921/22 errichtete Wasserschlössle in Dettingen unter Teck ist ein besonderes Zeugnis regionaler Industrie- und Energiegeschichte. Das Wasser der Lauter wird der Wasserkraftanlage über eine Druckrohrleitung aus Richtung Owen zugeführt.
Zwei Francis-Spiralturbinen treiben historische 6-kV-Synchrongeneratoren von Siemens-Schuckert an. Die Fallhöhe beträgt rund 14 Meter.
Bilgram Wasserkraft modernisierte die Turbinenhydraulik sowie die Steuerungs-, Erregungs-, Schutz- und Fernwirktechnik einschließlich der Steuerungstechnik der Wasserfassung. Das Steuerungs-Retrofit verbindet die historischen Maschinen mit einer modernen, automatisierten Betriebsführung.
Ausgangslage: Wasserkraftanlage mit manueller Bedienung
Vor der Modernisierung wurden die beiden Generatoren noch von Hand über eine Hell-Dunkel-Schaltung mit dem 6-kV-Netz synchronisiert. Auch die Generatorerregung musste manuell über ein Handrad an der historischen Schaltwarte nachgeführt werden.
Eine automatische, pegelgeführte Parallelschaltung der beiden Francis-Turbinen war nicht vorhanden.
Ziel der Modernisierung war ein automatischer und weitgehend wärterloser Kraftwerksbetrieb. Beide Maschinensätze sollten künftig einzeln oder gemeinsam betrieben werden. Synchronisierung, Erregung und Leistungsanpassung sollten automatisch erfolgen. Zusätzliche Sensoren, Betriebsdatenaufzeichnung, Fernzugriff und automatische Störmeldungen erhöhen heute die Betriebssicherheit und reduzieren den Betreuungsaufwand.
Modernisierung für einen automatischen Kraftwerksbetrieb
Neue Turbinenhydraulik mit Proportionalventilen und sicherem Notschluss
Für die Verstellung der Turbinenleiträder lieferte Bilgram Wasserkraft ein neues Hydraulikaggregat. Proportionalventile ermöglichen eine feine und präzise Regelung der Francis-Turbinen zum Synchronisierungspunkt mit dem Stromnetz.
Ein ausreichend dimensioniertes, redundantes Blasenspeichervolumen stellt den sicheren Notschluss auch bei einem Ausfall der regulären Stromversorgung sicher.
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Statische Erregung für historische Synchrongeneratoren
Die beiden 6-kV-Synchrongeneratoren stammen aus der Errichtungszeit der Wasserkraftanlage. Im Zuge der Modernisierung wurden sie auf eine statische Erregung umgerüstet.
Um das historische Erscheinungsbild zu bewahren, wurden lediglich die Schleifringe der bisherigen Erregermaschinen entfernt. Die Generatorerregung erfolgt heute elektronisch über neue Leistungsteile und wird automatisch an den jeweiligen Betriebspunkt angepasst.
Automatische Synchronisierung und Generatorschutz
Zwei Generatorschutz- und Synchronisiermodule des Typs DEIF GPU-3 Hydro übernehmen die automatische Zuschaltung der 6-kV-Generatorleistungsschalter. Darüber hinaus erfüllen sie wichtige Generator- und Netzschutzfunktionen. Dazu gehören unter anderem die Überwachung von Überlast, Unsymmetrie, Blindstrom und unzulässigen Netzverhältnissen.
SPS-Steuerung, Sensorik und Fernüberwachung
Die neue Automatisierung verbindet beide Turbinen, die statische Erregung, den Generatorschutz und die hydraulischen Nebenantriebe zu einem Gesamtsystem. Zusätzliche Temperatur-, Schwingungs- und Taupunktsensoren überwachen die historischen Turbinen und Generatoren. Ungewöhnliche Betriebszustände können dadurch frühzeitig erkannt und gemeldet werden.
Eine webbasierte Anlagenvisualisierung ermöglicht die Überwachung vor Ort sowie den sicheren Fernzugriff. Betriebs- und Sensordaten werden kontinuierlich aufgezeichnet.
Bei einer Störung versendet die Steuerung automatisch Meldungen per E-Mail und SMS.
Automatisierung der Wasserfassung
Neben der Kraftwerkssteuerung im Tal wurde auch die Steuerungstechnik der räumlich entfernten Wasserfassung modernisiert. Sie übernimmt die Automatisierung des Rechenreinigers und der beiden Wehranlagen und ist in einem klimatisierten Außenschaltschrank mit integriertem Bedienpanel untergebracht.
Krafthaus und Wasserfassung verfügen jeweils über eine eigene Steuerung mit eigenem Webserver. Damit besitzt jede Station eine eigenständige webbasierte Anlagenvisualisierung.
Die Kommunikation zwischen Wasserfassung und Krafthaus erfolgt über eine IP-basierte Datenverbindung im GSM-/LTE-Netz. Relevante Prozess- und Betriebsdaten werden zwischen den beiden Steuerungen ausgetauscht und stehen dadurch stationsübergreifend zur Verfügung.
Zwei Webserver – die Gesamtanlage gleichzeitig im Blick
Die beiden webbasierten Visualisierungen von Krafthaus und Wasserfassung können gleichzeitig aufgerufen werden. Der Betreiber kann damit die räumlich getrennten Anlagenteile parallel überwachen und erhält einen direkten Überblick über den Betriebszustand der gesamten Wasserkraftanlage.
An der Wasserfassung stehen neben den lokalen Informationen von Rechenreiniger und Wehranlagen auch wichtige Betriebsdaten des Krafthauses zur Verfügung. Umgekehrt können im Krafthaus die für den Kraftwerksbetrieb relevanten Informationen der Wasserfassung eingesehen werden.
Das Bedienpanel an der Wasserfassung kann sowohl auf den lokalen Webserver als auch auf den Webserver der Kraftwerkssteuerung im Tal zugreifen. Dadurch kann direkt vor Ort zwischen den beiden Anlagenvisualisierungen gewechselt werden.
Übersicht zum Download (PDF)
Die Abbildung zeigt den gleichzeitigen Zugriff auf beide Webserver: links die Visualisierung des Krafthauses im Tal, rechts die Visualisierung der Wasserfassung. Die identische Uhrzeit und das identische Datum in beiden Ansichten zeigen, dass beide Anlagenvisualisierungen parallel aufgerufen wurden.
Zwei eigenständige Steuerungen – gemeinsam die gesamte Wasserkraftanlage im Blick.
Die Wasserfassung kann einschließlich ihrer Anlagenteile sowohl direkt vor Ort als auch vom Krafthaus im Tal über eine gesicherte HTTPS-Datenverbindung überwacht und ferngesteuert werden.
Projektergebnis: Historisches Wasserkraftwerk automatisiert
Nach Abschluss der Modernisierung können die beiden Francis-Turbinen einzeln oder im automatischen, pegelgeführten Parallelbetrieb eingesetzt werden.
Die wichtigsten Projektergebnisse:
- automatische Synchronisierung der 6-kV-Generatoren,
- automatische statische Erregungsregelung,
- pegelgeführter Einzel- und Parallelbetrieb,
- sicherer hydraulischer Notschluss,
- kontinuierliche Zustands- und Datenaufzeichnung,
- Fernzugriff und Ferndiagnose,
- Integration der Wasserfassung,
- automatische Störmeldungen per E-Mail und SMS,
- weniger manuelle Kontrollgänge sowie
- Erhalt der historischen Turbinen und Generatoren.
Über detaillierte technische Informationen des Projektes können Sie sich hier informieren.