Bahnstromversorgung

Schweizer Bundesbahn nimmt PSI-Netzleitsysteme in Betrieb

Die Schweizer Bundesbahn (SBB) hat weltweit das am stärksten befahrene Schienennetz. Mit einer Million Fahrgästen pro Tag ist eine zuverlässige Stromversorgung mit einer hochverfügbaren Netzleittechnik von hoher Bedeutung. Mit der Abnahme des letzten Teilsystems ist Anfang 2014 die Netzleittechnik der SBB, auf der Basis von PSIcontrol, vollständig in den produktiven Betrieb gegangen.

Im Sommer 2010 hatte PSI den Auftrag zur Erneuerung der Systeme der SBB für alle Spannungsebenen, Transportnetz und Oberleitungsnetz, erhalten. Den Zuschlag erhielt PSI im Wettbewerb gegen internationale große Konzerne, nach Auswertung eines umfassenden Kriterienkatalogs durch den Auftraggeber. Inzwischen sind in Europa vier Länder mit PSI-Netzleittechnik für die Bahnstromversorgung ausgerüstet: Deutschland, Schweden, Schweiz, Niederlande.

Intelligente Beherrschung von Störungen

Auslöser für die Technikerneuerung bei der SBB waren das absehbare Lebensende der damals existierenden Leittechnik und die vorausgegangene Strompanne 2005, die einen großflächigen Versorgungsausfall zur Folge hatte. Daraus ergaben sich allgemein die Forderungen nach der intelligenten Beherrschung von Störungen wie etwa die Reduktion der Alarmflut und der Störungssimulation unter Einsatz von Lastflussberechnungen sowie der Einrichtung einer leistungsfähigen Rückfallebene für die Netzleittechnik.

Basisanforderung an neue Netzleitsysteme der SBB

Erklärte Ziele des Betreibers waren der Ersatz und die Standardisierung der bestehenden Leitsysteme, die Optimierung der Entstörung und Fehlersuche, die Erhöhung der Systemsicherheit im Bahnstromleitsystem sowie Prozessangleichung und -optimierung von Fahrstrom und Energiemanagement. Die Basisanforderungen waren neben dem Ersatz der bestehenden Betriebsführungs- und Netzregelungsfunktionen, eine sehr hohe Systemverfügbarkeit für Arbeitsplätze, Rechenzentren, Datenhaltung und Security, auch die Verwendung der bestehenden Kommunikationsinfrastruktur der SBB-Telecom, sowie die Einbindung in bestehende Unternehmensprozesse wie z. B. Bürowelt, Alarmsysteme, Ticketing und Handel.

Eine besondere Herausforderung bestand in der Vorgabe, bei der Inbetriebnahme der neuen Technik das Risiko für die Bahnstromversorgung unter vollem Bahnbetrieb zu minimieren.

PSIcontrol: Erweiterte Netzreglerfunktionen für flexible Inselerkennung und Optimal Power Flow.

Erweiterung und Verbesserung der Systemleistung

Darüber hinaus mussten für die Erweiterung und Verbesserung der Systemleistung neben der Mehrsprachigkeit für die Bedienung, erweiterte Netzreglerfunktionen für flexible Inselerkennung und Optimal Power Flow, Netzsicherheitsrechnungen, mit Vorschaufunktion implementiert werden. Zudem wurden ein Trainings- und Schulungssimulator zur Aus- und Weiterbildung des Netzführungspersonals, Funktionen wie Post-Mortem-Analyse, Ausschaltplanung und eine gemeinsame Datenbasis für das Energiemanagementsystem (EMS) und das Fahrstromleitsystem (FSL) und eine standardisierte Ankopplung von Partnern gefordert.

Mit der neuen Technik der SBB ist ein sehr anspruchsvolles Leitsystem entstanden, das die gestellten Anforderungen voll erfüllt und damit viele im Wettbewerb nicht selbstverständliche, innovative Lösungen aufweist.

Die Netzleittechnik ist bei der SBB in zwei Teilbereichen organisiert: Das Transportnetz wird mit dem Energiemanagementsystem (EMS), inklusive Netzregelung, geführt. Das Fahrstromleitsystem (FSL) ist für die Überwachung und Steuerung der Oberleitungsnetze zuständig. Beide Teilsysteme haben auch gemeinsame Komponenten, insbesondere eine gemeinsame Quelldatenbank, die beide Systeme mit den netzbeschreibenden Daten versorgt. Die Systeme sind mehrsprachig ausgelegt, hier in Deutsch, Französisch und Italienisch. Die Darstellungs- und Bedienungssprache ist online arbeitsplatzspezifisch umschaltbar.

Übersicht über die Aufgabenstellung des Energiemanagement- (EMS) und des Fahrstromleitsystems (FSL) bei der SBB.
SBB-Kraftwerk Amsteg im Kanton Uri.
©SBB Kraftwerk Amsteg im Kanton Uri.

Energiemanagementsystem

Das Energiemanagementsystem (EMS) muss die hohen Anforderungen des SBB-Betriebs erfüllen, insbesondere bezüglich des sehr dynamischen Lastverhaltens. Die Beherrschung von in Fehlerfällen entstehenden Inselnetzen ist selbstverständlich. Weitere Aufgaben sind die Ermittlung des Leistungsaustausches mit der Fahrstromebene und Partnern und die Optimierung der Erzeugung (Verlustminimierung). Die umfassenden integrierten Netzberechnungen, einschließlich Vorausschau, unterstützen das Netzführungspersonal bei der Erkennung und Beseitigung von Engpässen und bei der Abschaltplanung.

Fahrstromleitsystem

Der Schwerpunkt des Fahrstromleitsystems (FSL) liegt auf der Unterstützung der zahlreichen Schaltungen auf der Fahrstromebene. Dazu gehören bahnspezifische Schaltprogramme für Leitungen, Routen und Betriebspunkte. Vorgesehene Schaltungen können in einer Vorschau mit ihren Auswirkungen präsentiert werden.

Gemeinsames Trainings- und Schulungssystem

Ein gemeinsames Trainings- und Schulungssystem erlaubt die Ausbildung und das Training neuen bzw. vorhandenen Leitstellenpersonals unter realistischen Bedingungen. Dabei werden nicht nur normale Netzverhältnisse, sondern auch das Schutzverhalten sowie Fehler in Primär- und Sekundäreinrichtungen nachgebildet, so dass für die Schüler ein sehr realistisches Verhalten trainiert werden kann.

Umfassende Schaltauftragsverwaltung

Eine umfassende Schaltauftragsverwaltung, integriert in die Unternehmens- DV, gehört ebenfalls zum System. Die Prozesserfassung erfolgt flächendeckend mit Komponenten der Fernwirkgateway- Technik der PSI.

Beide Systeme, sowohl das EMS als auch das FSL, sind jeweils an zwei zentralen Standorten aufgebaut. Zusätzlich gibt es weitere dezentrale Arbeitsplätze in unterschiedlicher Ausführung, z. B. Leitplätze und Büro-Arbeitsplätze. Eine Aufteilung der Konfiguration in unterschiedliche, voneinander getrennte Zonen gewährleistet, in Verbindung mit weiteren Maßnahmen, ein hohes Sicherheitsniveau.

Das Bahnstromnetz ist enorm dynamisch,
die Regelung sehr anspruchsvoll.

Planungs- und Abwicklungsprozess

Die hohe Komplexität der angebotenen und schließlich implementierten Technik spiegelt sich auch in der gesamten Projektabwicklung wider. Am gesamten Prozess waren auf der Auftraggeberseite verschiedene Gruppen beteiligt, wie die Systemtechnik, Anwendung Netzführung, benachbarte Abteilungen, mit entsprechendem Koordinationsaufwand.

Sie alle waren in einen permanenten Planungs- und Abwicklungsprozess integriert, was angesichts gewünschter hoher Qualitätsstandards und enger Termine oft extreme Anstrengungen erforderte. Bei allen Vorgängen war immer die zentrale Forderung „keine wesentliche Beeinträchtigung, keine Unterbrechung des Bahnbetriebes“ zu beachten.

Qualitätssicherung

Es wurden hohe Anforderungen bezüglich Qualität gestellt, was wiederum Auswirkungen auf die Abwicklung im Detail hat, u. a. beim Test- und Prüfaufwand. Die Anwender – Mitarbeiter der Netzführung – waren permanent in den Qualitätssicherungsprozess integriert, u. a. durch Entscheidungen über Freigaben und Risikobetrachtungen anhand detaillierter Checklisten.

Parallel zu der reinen Einführung neuer Leittechniksysteme wurden von der SBB auch umfassende organisatorische Änderungen eingeführt. Der allgemeine Entstörungsprozess für alle technischen Einrichtungen wurde umgestellt von „personenbezogen“ auf „prozessorientiert“. Das hatte auch Auswirkungen auf den betreffenden Prozess für die Netzleittechnik. Hier wurde ein neues Release Management und Deployment aufgebaut, das mit der Systeminbetriebnahme übernommen wurde.

Fazit des Betreibers

Die Herausforderungen an die Implementierung der neuen SBB-Netzleittechnik waren groß. Dank aufwändiger Abstimmungen zwischen Betreiber, Lieferant und Benutzern und anderen Beteiligten konnte das System ohne Einfluss auf den Bahnbetrieb innerhalb der gemeinsamen Planung eingeführt werden. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass sowohl die Organisation als auch die Prozesse bereit sein müssen für Änderungen und Erweiterungen, die die Produktion, hier den Betrieb, beeinflussen können. Dieses Projekt stellt einen wichtigen Meilenstein nicht nur bei der Weiterentwicklung der Bahnstromsysteme und der EMS-Funktionen der PSI dar. Vielmehr konnte PSI wichtige Erfahrungen in einem sehr anspruchsvollen und auch anstrengenden Projekt sammeln, die dabei helfen, weitere große, komplexe Projekte in der geforderten Qualität und mit vertretbarem Aufwand abzuwickeln.

Dieses Projekt stellt einen wichtigen Meilenstein nicht nur bei der Weiterentwicklung der Bahnstromsysteme und der EMS-Funktionen der PSI dar.