Schwyzer Energieversorger erhöht Sicherheit mit neuen DLÜ MESSTECHNIK

In einem knapp einjährigen Projekt hat die ebs Energie AG ihre Druckrohrleitungen mit neuen Rohrleitungsüberwachungssystemen ausgerüstet. Im Bild: die bergseitige Messanordnung beim Kraftwerk Bisisthal.

Foto: ebs Energie AG

SCHWYZER ENERGIEVERSORGER ERHÖHT DIE SICHERHEIT MIT NEUEN DRUCKLEITUNGSÜBERWACHUNGEN Im Rahmen eines umfassenden Retrofit-Projekts führt die ebs Energie AG, Energieversorgerin im Kanton Schwyz, eine vollständige Erneuerung der bestehenden Druckleitungs-Überwachungssysteme (DLÜ) durch. Innerhalb eines knappen Jahres werden vom Branchenspezialisten Rittmeyer AG aus Baar in Summe sechs neue DLÜ an sieben Druckleitungen installiert und in Betrieb genommen, wobei zwei Leitungen mit der gleichen Auswertung überwacht werden. Um den Produktionsbetrieb nicht zu stark zu beeinträchtigen, wurden die Installationstermine über das Jahr hinweg verteilt. Die letzte soll im August dieses Jahres stattfinden. Mit der Erneuerung seiner etwas in die Jahre gekommenen DLÜ bringt das Energieversorgungsunternehmen die Betriebssicherheit der Hochdruckkraftwerke auf ein neues Level.

Leckagen in Druckrohrleitungen bedeuten weit mehr als nur Produktivitätseinbußen eines Wasserkraftwerks. Sie können Gefahr für Leib und Leben sowie für die Umwelt mit sich bringen. Das ist naheliegend, zieht man die teils enormen Drücke in Betracht, die im Inneren von Druckrohrleitungen herrschen. Externe Faktoren, wie Wetterextreme, Erdbeben, oder Materialermüdung, können im „worst case“ einen großen Schaden verursachen. Um die Gefahr einer Leckage zu erkennen, bevor etwas passiert, setzen Betreiber von Hochdruckkraftwerken in der Regel auf Druckleitungs-Überwachungen (kurz DLÜ), die in den letzten Jahren und Jahrzehnten immer ausgereifter und zuverlässiger geworden sind. Auch die Kraftwerke der ebs Energie AG verfügten zum Großteil bereits über derartige Systeme, auch wenn die meisten davon zuletzt in die Jahre gekommen waren. „Der Grund, warum wir uns für einen Austausch bzw. eine Erneuerung der DLÜ entschieden haben, lag einfach daran, dass sie veraltet und zum Teil auch noch keine vorhanden waren. Bei den bestehen DLÜ hatten wir schon das Problem, dass dafür keine Ersatzteile mehr zu bekommen waren“, erläutert Jonas Bürgler, Geschäftsbereichsleiter Energie, die Ausgangssituation. Für den Schwyzer Energieversorger nimmt die Sicherheit des Kraftwerksbetriebs höchste Priorität ein, zumal einige der Druckrohrleitungen oberirdisch und durch bewohntes Gebiet verlaufen. Jonas Bürgler: „Im Jahr 2017 kam es bei einer Druckrohrleitung zu einer Leckage. Die alte Überwachung hat zum Glück korrekt funktioniert und die Schließung der Sicherheitsdrosselklappe ausgelöst. Der Vorfall hat uns die Bedeutung einer permanenten Überwachung vor Augen geführt und uns bestärkt, die Überwachungen zu erneuern.“ SCHWYZ VERTRAUT MUOTA-STROM Seit 1952 versorgt die ebs Energie AG – früher noch unter dem Namen „Elektrizitätswerk des Bezirks Schwyz AG“ – die Aktionärsgemeinden mit sauberem Strom aus acht Wasserkraftwerken. Sieben davon sind an der landschaftsprägenden Muota situiert, das achte nutzt die Kraft der Steineraa. In Summe erzeugt das Unternehmen mit seinen Anlagen heute im Regeljahr rund 225 GWh Ökostrom. Damit können circa 56.000 Schwyzer Haushalte über ein Stromnetz von circa 1.100 Kilometern Länge versorgt werden. Die drei leistungsstärksten Anlagen sind die Kraftwerke Muota, Bisisthal und Wernisberg – in aufsteigender Reihenfolge. Zusammen liefert das Trio rund 77 Prozent der Gesamtproduktion. Generell betrachtet, weisen alle Kraftwerke durchaus unterschiedliche Merkmale auf, sowohl was ihre Geschichte, aber

Foto: Rittmeyer

Foto: ebs Energie AG

Die gesamte Messanlage ist sehr kompakt, sie passt in einen Wandschrank. Einer ihrer großen Vorteile ist, dass sie vollständig unabhängig von der Leittechnik des Kraftwerks arbeitet.

auch die technische Ausführung angeht. Während das Kleinkraftwerk Ibach, mit einer Jahreserzeugung von rund 2 GWh übrigens das kleinste der acht Kraftwerke, als einziges mit einer Kaplanturbine ausgerüstet ist, kommen in den Zentralen Glattalp, Bisisthal, Hüribach und Steineraa Peltonturbinen zum Einsatz. Die drei Kraftwerke Ruosalp, Muota und Wernisberg setzen indes auf Francis-Turbinen. Mit Ausnahme des Niederdruck-Kraftwerks Ibach werden alle Maschinengespanne

Die Kraftwerke der ebs Energie AG:

KW Glattalp: Leistung: 9.3 MW RAV: 11 Mio. kWh

KW Ruosalp: Leistung 4.5 MW RAV: 19 Mio. kWh

KW Bisisthal: Leistung 2 x 7.7 MW RAV: 55 Mio. kWh

KW Muota: Leistung 8.5 MW RAV: 40 Mio. kWh

KW Hüribach: Leistung 5 MW RAV: 20 Mio. kWh

KW Wernisberg: Leistung 2 x 9.5 MW + 1 x 2 MW RAV: 78 Mio. kWh

KW Ibach: Leistung 0.36 MW

KW Steineraa: Leistung 2 MW RAV: 2 Mio. kWh

RAV: 5 Mio. kWh Foto: Glanzer

über Druckrohrleitungen unterschiedlicher Dimensionen angespeist. Und diese Druckleitungen rückten nun in den Mittelpunkt des knapp einjährigen Erneuerungsprojekts.

BEWÄHRTE LÖSUNGEN IM EINSATZ Im Hinblick auf eine möglichst zuverlässige und exakte Überwachung wandte sich die ebs Energie AG an die Firma Rittmeyer, die auf eine über 40-jährige Erfahrung im Bereich von Durchflussmessungen und Druckleitungsüberwachungen verweisen kann. Seit 1994 hat das Unternehmen mehr als 120 seiner im eigenen Haus entwickelten DLÜ-Systeme installiert. Sie haben sich mittlerweile weltweit bewährt. Das System, das dabei zum Einsatz kommt, ist relativ einfach erklärt: An den beiden Messstellen – eine am oberen und

Im Fall des KW Bisisthal wurde talseitig eine 2-PfadClamp-on-Messung installiert. Die Messvorrichtungen werden mittels Magneten an der Rohrleitung fixiert.

eine am unteren Ende der Leitung – wird der Durchfluss permanent durch einen Rittmeyer Instrumentation Controller überwacht. Die beiden Messungen werden gegeneinander abgeglichen, und im Fall einer Abweichung die entsprechenden Maßnahmen gesetzt – in der Regel ein Alarm bzw. das Schließen des Absperrorgans. Die Messungen an sich laufen nach dem Prinzip der Ultraschalllaufzeitmethode ab. Dabei bietet die Firma Rittmeyer nicht nur intrusive Messsensoren, also in die Rohrwand gebohrte Instrumente, sondern auch Clamp-on-Lösungen an. Diese weisen einen Magnetrahmen auf, mit dem sie an der Außenoberfläche des Druckrohrs befestigt werden können. Im Rahmen des umfangreichen Projektes der ebs Energie AG kamen beide Lösungen zum Einsatz.

Foto: Glanzer Mit 78 Mio. kWh erzeugt das Kraftwerk Wernisberg rund ein Drittel der gesamten Stromerzeugung der ebs Energie AG.

Foto: ebs Energie AG

Foto: Glanzer Foto: ebs Energie AG

An der Druckrohrleitung des KW Muota wurde bergseitig eine 2-Pfad-Clamp-on Lösung installiert. Foto: ebs Energie AG

Die Daten aus der Durchflussmessung werden in einem Instrumentation Controller, dem RISONIC modular, kontinuierlich verarbeitet.

DLÜ AUF NEUE BEINE GESTELLT „Die Druckrohrleitungen der beiden Kraftwerke Ruosalp und Hüribach wurden grundsätzlich gleichermaßen ausgerüstet: Beide waren bislang talseitig mit einer ‚nassen‘ 1-Pfad-Messung und bergseitig mit einer Druckdifferenzmessung ausgestattet. Das talseitige Messsystem wurde retrofit durch ein aktuelles der Firma Rittmeyer ersetzt, bergseitig wurde eine 2-Pfad-Clamp-on-Messung installiert“, erzählt Roger Dober, der gemeinsam mit Lukas Steiner von Seiten des Betreibers das Projekt betreute. Auch beim Kraftwerk Glattalp, bei dem zuvor oben wie unten eine „nasse“ 1-Pfad-Messung eingebaut war, wurden beide Messeinrichtungen 1:1 durch neue Systeme ersetzt. Der Fall des KW Bisisthal lag ein wenig anders. Hier war bislang keine DLÜ installiert, lediglich ein Staupendel und ein Druckschalter dienten der Sicherheit. „Mittels einer

Das KW Muota verfügte zuvor bergseitig noch über keine DLÜ. Wird nun ein Rohrbruch oder eine Leckage detektiert, wird das Verschlussorgan umgehend geschlossen.

bergseitigen Druckdifferenzmessung und mittels Berechnung über die Düsenöffnung haben wir uns hier bislang beholfen. Die Messungen bergseits waren aber nie stabil genug, da kein ausreichender Venturi-Effekt zustande gekommen ist. Mittlerweile ist der Umbau erfolgt: Sowohl bergseitig als auch talseitig wurde eine 2-Pfad-Clamp-on-Messung installiert“, sagt Lukas Steiner. Auch beim KW Muota war bisher noch keine DLÜ vor

Im flachen Talboden durchzieht die Muota das Land wie ein silbernes Band.

Foto:Wikepedia / Roland Zumbuehl

Foto: ebs Energie AG

handen, es war aber eine „nasse“ – also intrusive – 1-Pfad-Messung vorinstalliert. Diese wurde nun ausgetauscht, und bergseitig wurde eine 2-Pfad-Clamp-on-Lösung realisiert. Im leistungsstärksten KW Wernisberg war bergseitig bereits eine intrusive 2-Ebenen-4- Pfad-Messung verbaut. Im Tal wurde jede Maschine einzeln via Druckdifferenzmessung überwacht. Nun wurde die bergseitige Messung retrofit 1:1 durch eine moderne Version

Schwyzer Lebensader Muota:

Die Muota gilt nach wie vor als Lebensnerv der Region Schwyz. Sie prägt das Land, durch das sie fließt, seit Jahrhunderten. Der Name Muota bedeutet ursprünglich „wilde Ach “ . Heute kann man ihre Wildheit vor allem im Frühling während des Schneeschmelze erleben. Mit rund 30 Kilometern Länge zählt sie zu den bedeutendsten Flüssen im Kanton Schwyz. Sie entspringt im Kanton Uri und durchfließt den Alplersee. Nach einem beträchtlichen Höhenunterschied im Gebiet Ruosalp tritt sie im Bisisthal in den Kanton Schwyz ein. Im flachen Talboden zieht sich die Muota wie ein silbernes Band dahin. Nach der letzten Gefällstufe beim Selgis und der Schwemmebene von Ibach, mündet sie bei Brunnen in den Vierwaldstättersee.

ersetzt und talseitig wurde eine „nasse“ 2-Pfad-Messung implementiert.

UNABHÄNGIGKEIT VON DER LEITTECHNIK Für die Ultraschallmessung selbst werden bei allen Messstellen Instrumentation Controller eingesetzt. Diese erfassen die Daten und berechnen den exakten Durchfluss. Bei dem verwendeten Instrumentation Controller handelt sich um das seit vielen Jahren bewährte RISONIC modular, das von Rittmeyer speziell für Druckrohrleitungen und flüssigkeitsgefüllte Rohre entwickelt wurde. Über die RIFLEX M1 mit Touch Panel wird die DLÜ parametriert und visualisiert. Die Parametrierung des RISONIC Modular erfolgt direkt auf dem Controller über den integrierten Web-Server. Mithilfe des Webservers kann die Visualisierung direkt auf der Prozessstation laufen. Ein Vorteil: Schließlich sind dadurch keine weiteren Komponenten erforderlich. Da die Auswertung der Messung völlig unabhängig von der bauseitigen Leittechnik erfolgt, bedeutet dies eine Erhöhung der Sicherheit. Grundsätzlich bietet das DLÜ-System von Rittmeyer in der standardmäßigen Ausführung drei Ebenen einer kontinuierlichen Überwachung: Bruch-, Leck- und Feinleckerkennung. Die Bruchdetektion findet am bergseitigen Ende der Leitung statt. Eine abrupt auftretende Durchflussrate, die den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, löst sofort die Notmaßnahmen aus – sprich Alarm und/oder Schließung des Absperrorgans. Bei der Leckerkennung werden Unterschiede zwischen den Durchflussraten am oberen und am unteren Ende wahrgenommen. Sobald ein Differenzwert über dem vorgegebenen Sollwert erreicht wird, wird die entsprechende Maßnahme gesetzt. Unter Feinleckerkennung versteht man die Detektion von kleinen Unterschieden zwischen den Durchflussraten an den bergseitigen und talseitigen Messstellen

Setzen der intrusiven Messsonde:

Loch bohren ...

Sonde einschrauben ...

... und wasserdicht verschließen.

Fotos: ebs Energie AG

über einen längeren Zeitraum. Auf diese Weise können Feinleckagen zuverlässig ausgemacht werden. Durch die Früherkennung von Leckagen können im vorhinein größere Schäden vermieden werden.

ALLE LEITUNGEN SIND DICHT Der Auftakt für die Erneuerung der DLÜ an den Kraftwerken der ebs Energie AG erfolgte beim Kraftwerk Bisisthal im September 2019. „Wir haben uns bewusst dafür entschieden, die Installationstermine über das ganze Jahr zu verteilen, um den Kraftwerksbetrieb möglichst wenig zu beeinträchtigen. Wobei natürlich bei den Clamp-On Messungen auch die Montage den Betrieb nicht beeinflusst. Sie kann problemlos während des laufenden Betriebs montiert werden. Der letzte Termin ist für August dieses Jahres geplant“, umreißt Jonas Bürgler den Zeitplan für die Arbeiten. Im laufenden Betrieb ist nicht mehr mit Beeinträchtigungen zu rechnen, die permanente Überwachung hat keinerlei Einfluss auf den laufenden Kraftwerksbetrieb. Die bislang erfolgten Messungen mit den erneuerten Messvorrichtungen liefen laut Angaben von Roger Dober und Lukas Steiner sehr gut und lieferten zudem beruhigende Ergebnisse: Sämtliche Leitungen erwiesen sich als dicht, es konnten keinerlei Wasserverluste festgestellt werden. „Im Hinblick auf den Praxiseinsatz ist für uns wichtig, dass die bergund talseitigen Messungen auch bei Lastwechsel verlässlich solide Daten liefern. Natürlich werden wir in Zukunft auf die Messwerte auch zu Analysezwecken zurückgreifen“, erklärt Roger Dober und sein Kollege Lukas Steiner ergänzt: „Ein gewichtiges Argument, warum wir auf die Lösungen von der Firma Rittmeyer gekommen sind, waren die Clamp-on-Messvorrichtungen. Sie waren eine ideale und zugleich bequeme Möglichkeit für uns, an den gewählten Positionen zuverlässige Durchfluss-Messergebnisse zu erhalten.“ Eine hohe Qualität der ermittelten Daten ist nicht hoch genug einzuschätzen. Schließlich erspart sich ein Betreiber dadurch auch unnötige Betriebsausfälle durch etwaige Fehlauslösungen. Der größte Vorteil liegt allerdings darin, dass auf diese Weise die letzten verbliebenen Restrisken beim Betrieb von Hochdruckleitungen auf ein absolutes Minimum reduziert werden können – und damit alle Beteiligten etwas ruhiger schlafen können.

Foto: ebs Energie AG Beim leistungsstärksten Kraftwerk der ebs, dem KW Wernisberg, wurde von der Fa. Rittmeyer talseitig nun eine neue „nasse “ 2-Pfad-Messung installiert.