380-kV-Diagonale Berlin - ein Erfahrungsbericht€¦ · 220-kV-Freileitung 110-kV-Netz Umspannwerk Reuter 1 380-kV-Kunststoffkabel UW Mitte – UW Friedrichshain - UW Marzahn 08

380-kV-Diagonale Berlin - ein Erfahrungsbericht -

Dipl. Ing. Claus Georg Henningsen Freier Berater / Senior Expert

08. Mai 2015 Forum Netzbau und Netzbetrieb

Dipl. Ing. Claus G. Henningsen 1

Agenda:

Historische Entwicklung der Kabeltechnik

Präqualifikationsverfahren

Erste Anwendungen

Darstellen des Qualitätsmanagementsystems

Prüfungen zur Inbetriebnahme

Gegenüberstellung gewählter Prüfparameter zum IEC Standard

Betriebsereignisse, Maßnahmen und Erkenntnisse



Historische Entwicklung der Kabeltechnik



Historische Entwicklung der Kunststoffkabeltechnik für Hochspannung

1980 1990 2000 1940 1950 1960 1970 Zeitachse

1960 20-kV-Kabel mit VPE-Isolierung

1966 138-kV-Kabel mit PE-Isolierung








Entwicklung Störungshäufigkeit 110-kV-Kabel (PE/VPE und Öl)

1984 t

S t

ö r

u n

g s

h ä

u f

i g

k e

i t

PE / VPE - Kabel

Öl - Kabel

VPE-Kabel

Ölkabel

2000 1992

Mittelwert über 5 Jahre



Planung 380-kV-Netzanbindung Berlin



380-kV-Diagonalverbindung durch die Lastschwerpunkte Berlins

380-kV-Ölkabel 380-kV-Freileitung

220-kV-Freileitung

110-kV-Netz

Umspannwerk

380-kV-Kunststoffkabel

UW Mitte –

UW Friedrichshain -

UW Marzahn



1994

Wuhlheide

Wustermark

Lubmin

Preilack

Thyrow

Friedrichshain

Mitte 2 Mitte 1

Reuter 1 Reuter 2

Malchow

Teufelsbruch

Reuter

Mitte

Friedrichshain

Malchow

Wuhlheide

Marzahn Neuenhagen

Berlin

Charlottenburg

94

1978 1998

2000

380-kV-Ölkabelanlage mit direkter Mantelkühlung



Schutzabdeckung 250 cm -

600 cm

Rohre für

Begleitkabel

150 cm

Straßenoberfläche

Kühlrohr (PE-HD)

Kühlwasser

Ölkabel

• Trassenlänge 7,4 km

• Ölkabel mit direkter

Wasserkühlung

• Inbetriebnahme 1994

Fotos: Ölkabel im PE-HD-Rohr und PE-HD-Rohrlegung

Berlins 380-kV-Anschluss an das Verbundnetz

380-kV-Diagonalverbindung durch die Lastschwerpunkte Berlins

380-kV-Ölkabel 380-kV-Freileitung

220-kV-Freileitung

110-kV-Netz

Umspannwerk

380-kV-Kunststoffkabel

UW Mitte –

UW Friedrichshain -

UW Marzahn



1994

Wuhlheide

Wustermark

Lubmin

Preilack

Thyrow

Friedrichshain

Mitte 2 Mitte 1

Reuter 1 Reuter 2

Malchow

Teufelsbruch

Reuter

Mitte

Friedrichshain

Malchow

Wuhlheide

Marzahn Neuenhagen

Berlin

Charlottenburg

94

1978 1998

2000

11 km Tunnelanlage unter Berlin



3,6 m

3 m

Tunnelquerschnitt

Wahl der Übertragungstechnik



VPE-Kabel

• geringeres Brandrisiko

• geringere dielekt. Verluste

• Präqualifikationsprüfung

• keine Betriebserfahrung

GIL

• SF6-Anteil am Isoliergas < 20 %

• geringere Verluste

• geringer Wartungsaufwand

• Präqualifikationsprüfung

• keine Betriebserfahrung

Ölkabel

• über 20 Jahre sehr gute

Betriebserfahrungen

• im Fehlerfall hohes

Brandrisiko

Aufbau der Präqualifikationsprüfung

SF6-End- verschluß Heiztrafos Muffenkammer Lüftungstürme

Kabelkanal Verrohrung

Muffen in Erdlegung

Seitenansicht (Schnitt A-A)

SF6-Schaltanlage

Aufschüttung

thermisch stabiles Bettungsmaterial

Freiluftendverschluß

A

A

60 m Legung in Kammer bzw. Kanal 60 m Legung in Rohren bzw. Erde

> 10 m

120 m



120 m

16 h / 32 h

90°C (+ 5 K, - 0 K)

400 kV *)

1 Jahr

Schaltstoßspannung (250/2500 µs)

Blitzstoßspannung (1,2 / 50 µs)

*) mit kontinuierlichen Teilentladungsmessungen an allen Garnituren

950 kV (5 pos, 5 neg)

1175 kV (10 pos,10 neg)

Versuchsaufbau bei CESI

Trassenlänge

Heiz-/Abkühlzyklus

max. Leitertemperatur

Prüfspannung bei 50 Hz

Prüfdauer

Parameter der Präqualifikationsprüfung für 380-kV-Kunststoffkabel



Ergebnisse der Präqualifikationsprüfung



1.Prüfreihe

Schichtenmantel Wellmantel

Hot-splice Muffe

vorgefertigte Muffen EPDM

Aufschiebemuffen Epoxydharz

Wickelmuffen

Wickelmuffen

Wickelmuffen P

- Fehler Verbindungsmuffe - Kabelfehler - Fehler SF6-Endverschluss P - präqualifiziert

Nur typgeprüfte Anlagekomponenten waren zur Präqualifikationsprüfung zugelassen

Ergebnisse der Präqualifikationsprüfung



1.Prüfreihe


Hot-splice Muffe

vorgefertigte Muffen EPDM

Aufschiebemuffen Epoxydharz

Wickelmuffen

Wickelmuffen

Wickelmuffen P

- Fehler Verbindungsmuffe - Kabelfehler - Fehler SF6-Endverschluss P - präqualifiziert

2. Prüfreihe


Aufschiebemuffen Epoxyd

Aufschiebemuffen EPDM

Aufschiebemuffen Silikon

Aufschiebemuffen Silikon



P

P P

P

P

Nur typgeprüfte Anlagekomponenten waren zur Präqualifikationsprüfung zugelassen

Prüfungen zur Qualitätssicherung

Entwicklungszeit für große Projekte Neue Techniken erfordern Entwicklungs- und Betriebserprobungszeiten über viele Jahre bis zum Erreichen der Betriebstauglichkeit. Diese Zeiten sind heute nicht mehr realisierbar. Daher Präqualifikationstests, um gesicherte Aussagen über die Lebensdauertauglichkeit zu erhalten.

Begleitung des Fertigungs-prozesses durch eigenes Personal und Sonder-prüfungen aus der laufenden Fertigung

Stückprüfungen an allen auszuliefernden Kabellängen und Garnituren

Belastungsprüfungen und

Spannungsprüfungen mit

Teilentladungsmessung

Typ- und

Langzeitprüfungen



Die neue IEC 62067 berücksichtigt nun im Teil 2 auch die Bewag / Cigre Prüfanforderungen



1. Typprüfung IEC 62067 Bewag / Cigre Anforder.

Mechanische Prüfung 25 (d + D) + 5 % 20 (d + D) + 5 %

Teilentladungsprüfung 1,5 U0 ≤ 5 pC 2,0 U0 ≤ 1 pC

2. Präqualifikationstest Vergleichbar Vergleichbar

3. Fertigungsbegleitende - alle 5 km Fertigungslänge

Prüfung 30 m Kabel für Prüfkreis

Heizzyklen 90°C 2 Zyklen

Spannungsprüfung 2,0 U0 24 h

Blitzstoßspannung heiß 1425 kV 10 pos./ 10 neg.

Teilentladungsprüfung 2,0 U0 ≤ 1 pC

4. Stückprüfung

Spannungsprüfung 2,0 U0 60 min 2,0 U0 10 h

Teilentladungsprüfung 1,5 U0 ≤ 10 pC 2,0 U0 ≤ 1 pC

- Hot Set Test

5. Inbetriebnahmeprüfung

Heizzyklen 20 Zyklen 8h / 16h

Spannungsprüfung mit TE Prüfung an allen Garnituren 400 kV, keine TE

Projekt 380-kV-Diagonale Berlin



11,5 km x 3 Leiter x 2 Syst. = 69 km Kabel

15 x 3 x 2 = 90 Teillängen

13 x 3 x 2 = 78 Muffen

4 x 3 x 2 = 24 Endverschlüsse

Programm der Inbetriebnahme



• Spannungsprüfung 230 kV (1,0x U0) für 1 h Teilentladungsmessung an allen Garnituren

• Lastzyklen mit Betriebsstrom 4 Wochen

• Spannungsprüfung 400 kV (1,7x U0) 15 min Teilentladungsmessung an allen Garnituren 345 kV (1,5x U0) 45 min

Teilentladungsmessung gleichzeitig an allen Garnituren einer Phase

Bereitstellung der Prüfspannung mittels einer Resonanzprüfanlage

Spannungsprüfung mit Teilentladungsmessaufbau



EV

Muffe

TE-Messbox

Muffe

TE-Messbox

Muffe

TE-Messbox

TE-Messbox TE-Messbox

LWL

LWL LWL LWL

LWL

Umspannwerk Umspannwerk

LWL

PC “Messplatz” EV

Anschluss Resonanz- prüfanlage

Muffe

TE-Messbox

Die kontinuierliche Spannungserhöhung während der Inbetriebnahmeprüfung in Kombination mit der TE-Messung ermöglicht es, Fehlerstellen, die bei der Vor-Ort-Montage entstanden sind, zerstörungsfrei aufzudecken und zu lokalisieren.

Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“



1994 1978 1998

TB RE MI FRH

MZA

IPH

1998 2000

Reuter Mitte Friedrichshain Marzahn Wustermark

Neuenhagen

Ölkabel 7,6 km

Freileitung 1,1 km (Berliner Gebiet)

Freileitung 2,6 km

Ölkabel 8,1 km

VPE-Kabel 6,5 km

VPE-Kabel 5,4 km


(1)

(1) Tunnel Teufelsseekanal: 0,32 km

(2) Tunnel Havelquerung: 0,52 km

(3) Tunnel Schloßpark: 1,10 km

(4) Tunnel Spree: 0,27 km

380-kV-Freileitung 21,4 System-km

380-kV-Ölkabel 31,4 System-km

380-kV-VPE-Kabel 23,8 System-km

Legung im Tunnel 27,4 System-km

(2) (3)

6,3 km Tunnel 5,2 km Tunnel

(4)

Übersicht

Teufelsbruch

Periodische Betriebsprüfungen



Alle 2 Jahre wird jede Anlage zu Wartungszwecken freigeschaltet und umfangreich überprüft. • Korrosionsschutzprüfung des Kabelmantel max. 10 kV DC • Überprüfung des Erdungssystems Kabel / Tunnel • Prüfung der Mantelspannungsbegrenzer auf ihre Funktionsfähigkeit • Prüfen des Überwachungssystems zur Funktionsfähigkeit der

Mantelspannungsbegrenzer • Prüfen des Brandschutzanstrichs auf den Kabelmänteln • Überprüfen der Kabelmanteltemperaturfühler und der Meldesysteme • Nachweis der Funktion des Cross-Bonding-Systems durch

Mantelstrommessung am in Betrieb befindlichen System



Tunnelbahn für automatische oder bemannte Kontrollfahrten

Tunnelbahn ist ausgerüstet mit einer Kamera und einer Feuerlöscheinrichtung

Prüfanforderungen vor Ablauf der Garantie



Prüfanforderungen nach 5 Jahren Betrieb:

• Wechselspannungsprüfung 290 kV 15 min 242 kV 45 min • Teilentladungsmessung an allen Garnituren keine nachweisbaren Teilentladungen ≤ 2 pC

Prüfungen wurden erfolgreich bestanden

Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 1. Fehler Verbindungsmuffe 2006



1994 1978 1998

TB RE MI FRH

MZA

IPH

1998 2000


Neuenhagen

Ölkabel 7,6 km


Freileitung 2,6 km

Ölkabel 8,1 km

VPE-Kabel 6,5 km

VPE-Kabel 5,4 km


(1)









(2) (3)


(4)

Übersicht

Teufelsbruch



Jahr: 2006

Spannungsebene: 380 kV

Fehlertyp: Leiter gegen Erde

Fehlerort: Crossbonding-Muffe Nr. 2 von Phase 2

Ausfallzeit: 25 Tage





2006 nach 7 Jahren Betrieb Fehler in einer Verbindungsmuffe • Durchschlag im Bereich der Absetzkante einer Verbindungsmuffe • Vermutliche Ursache: Montagefehler beim Abnehmen des Schneidgerätes • Singulärer Fehler : Seitdem ist an keiner dieser vergleichbaren Muffen erneut ein Fehler aufgetreten

Projekt „380-kV-Diagonale Berlin“ 2. Fehler Endverschluss 2009



1994 1978 1998

TB RE MI FRH

MZA

IPH

1998 2000


Neuenhagen

Ölkabel 7,6 km


Freileitung 2,6 km

Ölkabel 8,1 km

VPE-Kabel 6,5 km

VPE-Kabel 5,4 km


(1)









(2) (3)


(4)

Übersicht

Teufelsbruch



Unterbrechungsdauer 10 Monate


Jahr: 2009



Fehlerort: Kabelendverschluss Phase 2 in SF6-Schaltanlage,

Brand, Kontamination der gesamten Schaltanlagenhalle

Ausfallzeit: ca. 10 Monate (Reinigung der Anlage: 4 Monate)




2009 nach 9 Jahren Betrieb Fehler in einem SF6 – Endverschluss

• Durchschlag im Bereich des Überganges, Absetzkante - halbleitende

Bänder - Papierwickel • Ursache: Schrumpfung der halbleitenden Bänder • Systematischer Fehler: Schrumpfungsprozess war auch an gleichen Endverschlüssen feststellbar

Entscheidung:

Austausch aller 12 Wickelendverschlüsse gegen trockene Silikonendverschlüsse

Austausch aller 12 Wickelendverschlüsse gegen trockene Silikonendverschlüsse



Maßnahme:

Herausschneiden der alten Endverschlüsse

Fehlende Kabellänge durch verlängern der SF6 Anlage ausgleichen

Gesamtumbauzeit 10 Monate

Während dieser Zeit Einschränkung der Verfügbarkeit



Jahr: 2008



Fehlerort: Kabelendverschluss auf Kabelendmast

Ausfallzeit: Ca. 18 Monate (Reinigung der im Umkreis von bis

zu 300 m kontaminierten Gebäude / Grundstücke,

Mastumbau und Mast-Teileinhausung, Austausch

aller Endverschlüsse)

Projekt „220-kV Teilverkabelung“ Fehler Kabelendverschluss 2008



Vor dem Fehler im Endverschluss: Kabelendverschlüsse auf Masttraverse

… nach Umbau: Kabelendverschlüsse integriert in Einhausung

Projekt „220-kV Teilverkabelung“ Fehler Kabelendverschluss 2008



Fazit

Seit nunmehr gut 20 Jahren wird intensiv an der Einsatzfähigkeit dieser neuen Kabeltechnik gearbeitet.

Bisher hat es nur wenige Anwendungen in Deutschland gegeben, auf deren Betriebserfahrungen man zurückgreifen kann.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Entwicklung dieser neuen Technologie nicht durch bestandene Typprüfungen abgeschlossen sind, sondern das Langzeiteffekte und Alterungsmechanismen besonders zu berücksichtigen sind und in entsprechenden Prüfungen nachgewiesen sein müssen.


Dipl. Ing. Claus G. Henningsen

Für Fragen stehe ich gerne zur Verfügung!

Herzlichen Dank für Ihr Interesse

Claus Georg Henningsen

Berater / Senior Expert

Kaiserstr. 23

14109 Berlin

Büro: 030 84508646

Mobil: 01723236100

Mail: [email protected]

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