Energieautomation für die Holborn Europa Raffinerie GmbH

Übersicht

Umschalt- und Motorenautomatik sowie leittechnische Einrichtungen für das HS-/MS-Versorgungsnetz

Versorgungssicherheit ist in petrochemischen Anlagen ein omnipräsentes Thema. Die Qualität der Endprodukte hängt davon direkt ab. Die Modernisierung derartiger Anlagen erfordert daher ausgeklügelte Automatisierungskonzepte - ein Auftrag für Spezialisten.

Die Holborn Europa Raffinerie in Hamburg gehört zu den größten petrochemischen Anlagen in Norddeutschland.

Damit die Endprodukte Gas, Treibstoff und Heizöl auch immer in bestmöglicher Qualität produziert werden können, bedarf es eines Anlagenkonzeptes, das in puncto Versorgungssicherheit keine Lücken offen lässt. Schon deshalb, da ein plötzlicher Ausfall des Anspeisenetzes zu akuter Explosionsgefahr führen kann - verursacht durch den Wegfall von Kühlkreisläufen, die nicht mehr mit  elektrischer Energie versorgt werden.

Weiters bedeutet ein längerer Ausfall erhebliche Aufwendungen für einen Wiederanlauf der verschiedenen petrochemischen Prozesse verbunden mit  einem entsprechenden Produktionsausfall.

Der 1999 gestartete Umbau der Anlage machte auch eine schrittweise Implementierung des Automatisierungskonzeptes notwendig - und das bei möglichst geringer Beeinträchtigung des laufenden Betriebes. Vorgaben, mit denen die Automationsspezialisten Sprecher Automation aus Linz sowie mehrere Alstom-Niederlassungen aus Deutschland letztendlich bestens zurechtkamen.

Im Juli 2003 wurde der letzte Anlagenteil in Betrieb genommen.

Die traditionelle Leittechnik hat mit dem neuen Leittechniksystem ESC (Electrical Switchgear Control) / IMOS übrigens ausgedient. Neben Informationserfassung, Protokollierung und Befehlsausgabe werden zeitkritische Prozesse wie etwa das Erkennen von Spannungseinbrüchen innerhalb von wenigen Millisekunden in die Anwendung eingebracht.

 

Details

Alter Automatikschrank mit Hardwarelogik (Transistorkarten) und neue Schalthausautomatik mit Bedien- und Beobachtungsfuntion

Umschalt- und Motorenautomatik sowie leittechnische Einrichtungen für das HS-/MS-Versorgungsnetz

Energieversorgung

Um ein Worst-Case-Szenario - nämlich einen kompletten Versorgungsausfall - möglichst auszuschalten, wurden die Systeme grundsätzlich mehrfach abgesichert ausgelegt. Grundvoraussetzung für das neue Energieversorgungskonzept waren zwei voneinander unabhängige Haupteinspeisungen (110 kV-Netz), die so dimensioniert sind, dass die gesamte Versorgungsleistung über eine Anspeisung dem Werk zur Verfügung gestellt werden kann.

Darüber hinaus gibt es mehrere Notversorgungen (6 kV) von besonders kritischen Anlagenteilen. Die Zuführung erfolgt in Mittelspannungsschaltanlagen, die am Betriebsgelände verteilt sind.

 

Autarke Konzepte

Die einzelnen Schalthäuser mit ihren MS- und NS-Anlagen bilden jeweils eine autarke Einheit. Für die Kommunikation zwischen den Schalthäusern musste die bestehende Technik übernommen werden, da alte und neue Automatiken miteinander kommunizieren müssen. Die Informationen von bestehenden Mittelspannungszellen wurden direkt in das Stationszentralleitgerät geführt.

Für jede Schaltzelle gibt es eine eigene Ein-/Ausgangskarte, um im Störfall die Auswirkungen auf eine Schaltzelle zu beschränken. Die Überwachung erfolgt per Bildschirmwarte.

Sämtliche anlagenrelevanten Daten, wie Stellungsmeldungen der Trenn-, Erdungs- und Leistungsschalter, Anlagewerte wie Betriebsströme, Spannungen, Schein-, Wirk- und Blindleistungen, werden angezeigt. Die Daten werden außerdem über Multimode-Lichtwellenleiter einem Koppelsystem und von dort mittels Fernwirkprotokoll einer übergeordneten Leitwarte zugeführt.

Die neu entwickelten Kilohertz-Empfänger (2x3 Stück)

Bitte nicht stören

Eine wichtige Hürde für Sprecher Automation und Alstom war die Anforderung des Kunden, dass die Produktion durch den Umbau nicht maßgeblich beeinträchtigt werden dürfe. Trotz des etappenweisen Umbaus der Schalthäuser musste außerdem die Funktionalität einer übergreifenden Automatik gewährleistet bleiben und nach und nach an die neuen Gegebenheiten angepasst werden.

Diese Forderung machte eine Spezialentwicklung notwendig, da  Basisinformationen zwischen den Schalthäusern mittels 2,4-kHz-Signal ausgetauscht werden. Da Tests in der “scharfen Anlage” nicht möglich waren, mussten alle Funktionen im Labor getestet werden. Um reale Bedingungen zu schaffen, wurden alle Automatisierungskomponenten eines Schalthauses aufgebaut, mit Signalgebern verdrahtet und die Einspeisenetzverhältnisse exakt nachgebildet.

 

Genau gecheckt

Die wesentlichen Elemente der Mittelspannungsschaltanlage bilden zwei voneinander unabhängige Sammelschienensysteme, welche jeweils von unterschiedlichen Einspeisungen versorgt werden. Über diese Sammelschienen sind die Mittelspannungszellen miteinander verbunden. Sie versorgen Motoren oder Anlagenteile mit elektrischer Energie. Dabei können die beiden Sammelschienenabschnitte mittels Längskupplung verbunden werden. Im Normalbetrieb sind beide Einspeisungen aktiv, der Kuppelschalter ausgeschaltet.

Die Umschaltautomatik checkt Netzeinbrüche von > 250ms und ergreift sofort Sicherheitsmaßnahmen. Sprich: Bei einem Spannungseinbruch auf einer Sammelschiene wird automatisch auf die zweite Schiene umgeschaltet. Davor müssen jedoch die vom Ausfall betroffenen Motoren vom Netz getrennt und nach der Umschaltung wieder gestaffelt ans Netz geschaltet werden. Sind beide Einspeisungen ausgefallen, schaltet die Automatik auf ein Noteinspeisenetz. Flexibilität ist auch in diesem Fall garantiert. Die erneute Zuschaltung der Antriebe erfolgt nach einer vom Betrieb festgelegten Priorität und kann - falls nötig - ohne Parametrieraufwand geändert werden.

Die Staffelung der Zuschaltungen ist aufgrund des benötigten erhöhten Anlaufstroms notwendig. Beim gleichzeitigen Zuschalten aller Motoren würden die Schutzeinrichtungen ansprechen und auslösen. Fällt gar eine der beiden Haupteinspeisungen aus, findet in allen Schalthäusern eine Umschaltung auf die “gesunde” Einspeisung statt.

Besonders wichtig ist dabei, dass die Schaltung zwischen den Mittelspannungsanlagen koordiniert werden muss, da der Anlaufstrom in einem derartigen Fall besonders hoch ist. Wird zum Beispiel der größte Antrieb (mit 5,6 MW) wieder ans Netz geschaltet, dürfen in den übrigen Schalthäusern keine Schalthandlungen durchgeführt werden.

Alle erforderlichen Informationen darüber werden dann über den bereits erwähnten eigenständigen Kommunikationsweg (2,4-kHz- Signale) ausgetauscht.

Anlagenübersicht 110/6 kV
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