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Jahresbericht 2007 - FGE - RWTH Aachen University

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STUDIENBEISPIELE Folgen

STUDIENBEISPIELE Folgen der Großstörung in der Region Münsterland für Planung und Betrieb von 110-kV-Überlandnetzen Consequences of Wide-area Outages in 110 kV Overhead Line Networks on Network Planning and Operation Dipl.-Ing. Thorsten Borchard; Dipl.-Ing. Simon Ohrem, IAEW Dr.-Ing. Christian Zimmer; Dipl.-Ing. Lutz Eckenroth, Consentec GmbH thorsten.borchard@iaew.rwth-aachen.de, simon.ohrem@iaew.rwth-aachen.de Infolge der überraschend vielen Großstörungen der elektrischen Energieversorgung in den vergangenen Jahren wird derzeit die Angemessenheit von Netzauslegung und vorbeugenden Maßnahmen kritisch hinterfragt. Nach der – zumindest für einzelne Kundengruppen – mehrtägigen Versorgungsunterbrechung im Versorgungsgebiet der RWE Westfalen- Weser-Ems AG (RWE) im Münsterland aufgrund widriger Witterungsverhältnisse im November 2005 gilt dies insbesondere für die nahezu ausschließlich in Freileitungstechnik errichteten 110-kV-Überlandnetze. Verschiedene Gutachten haben RWE mittlerweile eine den geltenden Standards entsprechende Auslegung ihrer Freileitungen bescheinigt. In der öffentlichen und vor allem politischen Diskussion ergibt sich nun jedoch die Frage nach den Standards selbst, d. h. ob Störfälle wie der im Münsterland überhaupt zu vermeiden sind und welche Maßnahmen dafür notwendig wären. Mögliche Ansatzpunkte für eine Veränderung der geübten Praxis bieten sich z. B. in der flächendeckenden Verkabelung von 110-kV-Netzen, erhöhten technischen Standards zur Anlagenauslegung, verschärften Instandhaltungsvorschriften oder erweiterten Netzsicherheitskriterien. Due to several wide-area power outages in electrical networks in the last few years the suitability of network planning criteria and emergency measures are presently under discussion. After the wide-area outage caused by bad weather conditions in the supply area of RWE Westfalen-Weser-Ems AG (RWE) in the Münsterland region in November 2005, this particularly applies to 110 kV overhead line networks. Meanwhile different appraisals certified RWE the standard appropriate design of their overhead lines. In the public and political discussion now ,however, the standards themselves are questioned. For instance, increasing the degree of meshing, installation of reserve cables or complete cabling of 110 kV could serve to avoid or mitigate wide-area outages. 1 Zielsetzung Das Ministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen hat über den Projektträger Energie, Technologie, Nachhaltigkeit (ETN) am Forschungszentrum Jülich das Konsortium bestehend aus dem Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft (IAEW) der RWTH Aachen, der CONSENTEC Consulting für Energiewirtschaft und - technik GmbH, Aachen, und dem Institut für Hochspannungstechnik der RWTH Aachen mit einer wissenschaftlichen Untersuchung beauftragt. Ziel der Untersuchung war es, Planungs- und Betriebsstandards von 110-kV-Überlandnetzen im Hinblick auf die Abmilderung der Folgen künftiger witterungsbedingter Großstörungen zu bewerten. Auch wenn die o. g. Ereignisse im Münsterland den Anlass für die Untersuchung bilden, wurde die Fragestellung soweit wie möglich verallgemeinernd behandelt, um vom Einzelfall losgelöste Erkenntnisse zu erhalten. Speziell für die netzplanerischen Maßnahmen diente das Münsterland jedoch als Fallbeispiel, so dass insbesondere die hierzu vorgelegten quantitativen Ergebnisse nicht verallgemeinert werden dürfen. Die Untersuchungen und deren Ergebnisse die vom IAEW und der CONSENTEC GmbH durchgeführt wurden, sind in den folgenden drei Abschnitten zusammengefasst. 2 Quervergleich von Auslegungsstandards und Auslegungspraxis Die Analysen haben ergeben, dass von den deutschen Netzbetreibern wie auch in den betrachteten Nachbarländern Österreich und Niederlande die 110-kV- Überlandnetze nach sehr ähnlichen Kriterien ausgelegt werden. An erster Stelle ist hier das (n-1)-Kriterium zu nennen, das als allgemein anerkanntes und bewährtes Kriterium verwendet wird. Das (n-1)-Kriterium schreibt vor, dass der Ausfall eines Betriebsmittels zu keiner Versorgungsunterbrechung führen darf [1]. Hierbei werden üblicherweise Einzelausfälle von Leitungen und Transformatoren berücksichtigt, nicht jedoch Sammelschienenausfälle und Common-Mode-Ausfälle von Mehrfachleitungen. 122 IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007

Einige Netzbetreiber verwenden über das (n-1)- Kriterium hinausgehende Kriterien: • Die (n-1)-Sicherheit wird teilweise auch bei Außerbetriebnahme eines Betriebsmittels zu Wartungszwecken gefordert. Hierbei wird allerdings ein reduziertes Lastszenario und nicht – wie beim (n-1)- Kriterium – der Höchstlastfall betrachtet. • Die probabilistische Zuverlässigkeitsanalyse wird verstärkt als Ergänzung zum deterministischen (n- 1)-Kriterium eingesetzt. Sie ermöglicht eine Prognose der Zuverlässigkeit von Netzvarianten auf Grundlage statistischer Beschreibungen des Ausfallverhaltens von Betriebsmitteln. Dabei können insbesondere auch über das (n-1)-Kriterium hinausgehende, seltenere Fehlerarten (Sammelschienenausfälle, Common-Mode-Fehler) berücksichtigt werden. So können gleichermaßen (n-1)-sichere Netzvarianten anhand ihres Zuverlässigkeitsniveaus unterschieden werden. Aus den deutschlandweit weitgehend einheitlichen Planungskriterien haben sich in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts im Grundsatz einander ähnliche Überlandnetze entwickelt: • Die Netze sind praktisch vollständig in Freileitungstechnik ausgeführt, da sich damit die o. g. Kriterien am wirtschaftlichsten erfüllen lassen. Kabel kommen in der 110-kV-Ebene nur in städtischen Gebieten zum Einsatz. • Die Netzstruktur besteht aus Maschen bildenden Stammstrecken zwischen den Einspeisestationen aus der Höchstspannungsebene mit Abzweigungen zum Anschluss der Hoch-/ Mittelspannungsstationen an jeweils eine Stammstrecke. Bezüglich der konkreten Ausgestaltung (z. B. Länge der Stammstrecke, Anzahl der 110-kV-Stationen je Stammstrecke, Länge der Abzweige) bestehen keine allgemeingültigen Vorgaben. Generell ist festzustellen, dass sich die Planungskriterien zur Netzauslegung auf die Robustheit der Netze gegenüber empirisch erfassbaren Ereignissen konzentrieren, die so häufig sind, dass sie sich durch statistische Kenngrößen beschreiben lassen (Bild 1). Auf die Robustheit gegenüber singulären Großstörungen haben diese Kriterien jedoch nur einen vergleichsweise geringen Einfluss: Art und Anzahl der Ausfälle z. B. bei der Großstörung im Münsterland gingen weit über alle Planungskriterien hinaus. Daher müssen solche Szenarien separat analysiert werden. Dabei sind einerseits betriebliche Maßnahmen zu betrachten, mit denen die Dauer der Versorgungsunterbrechung verringert werden kann, und andererseits Änderungen der Netzstruktur STUDIENBEISPIELE mit dem Ziel, die Auswirkungen auch seltener, extremer Wetterlagen zu begrenzen, und schließlich die Wahl von Betriebsmitteln, insbesondere von Leitungen, speziell gegen derartige Wetterlagen unempfindlicherer Dimensionierung und Typisierung. Ereignis Häufigkeit Umfang des Ereignisses Analysetechnik Einfachfehler (Leitung, Transformator) Transformator) Mehrfachfehler, Common- Mode Deterministische Überprüfung Probabilistische Zuverlässigkeitsberechnung Häufige Einzelereignisse � Gegenstand von Planungskriterien Großstörungen Singuläre Großereignisse � Gegenstand des Krisenmanagements Bild 1: Planungskriterien für 110-kV-Überlandnetze decken witterungsbedingte oder sonstige Großstörungen nicht ab 3 Betriebliche Maßnahmen und Kommunikation Unsere stichprobenartige Befragung deutscher und ausländischer Verteilungsnetzbetreiber hat ergeben, dass umfangreiche organisatorische Vorkehrungen für den Großstörungsfall getroffen werden. So existieren Organisationsstrukturen, die weitgehend dem VDN- Leitfaden zur Beherrschung von Großstörungen [2] entsprechen, Krisenräume und Krisenstäbe sind vorbereitet, regelmäßige Übungen des Ernstfalls finden statt. Die für den Großstörungsfall vorgesehenen betrieblichen Maßnahmen umfassen neben der Nutzung netzseitiger Reserven das Vorhalten von Provisorien (Leiterseile, Masten, Notstromaggregate etc.) und die wechselseitige Aushilfe der Netzbetreiber mit Personal und Material. Für die Kommunikation zwischen Leitstelle und Entstörpersonal setzen die Netzbetreiber unterschiedliche, teilweise redundante Techniken (Betriebstelefon und Betriebsfunk, öffentliches Telefon, Mobilfunk) ein. Die Erfahrung bei der Großstörung im Münsterland hat gezeigt, dass die hierfür vorbereiteten organisatorischen Strukturen gut gegriffen haben [3]. So wurde beispielsweise die Unterstützung durch benachbarte IAEW – FGE – JAHRESBERICHT 2007 123

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