Leckageüberwachung im Pumpspeicherkraftwerk

Der Überwachung von Leckagen kommt gerade bei Pumpspeicherkraftwerken mit entsprechend hoher Fallhöhe herausragende sicherheitstechnische Bedeutung zu. Darüber hinaus sollen die Turbinenwirkungsgrade optimiert werden. Für beide Anwendungen ist eine hoch genaue Durchflussmessung unerlässlich. Das Ultraschallmesssystem deltawave ist dafür bestens und auch für hohe Druckstufen größer 100bar geeignet.

Das Wasserkraftwerk Gigel Gibe II in Äthiopien ist von herausragender nationaler Bedeutung. Die Kraftwerksleistung von 420 MW bedeutet eine signifikante Steigerung der nationalen Leistung und wird vor allem die Versorgungssicherheit der Millionenmetropole Addis Abbeba erheblich verbessern.

Generalunternhemer ist der italienische Wasserkraftspezialist Salini. Ein nahmhafter deutscher Anlagenbauer lieferte 4 105MW Turbinen sowie die Leittechnik.

Gigel Gibe II Penstocks

Bei einer Fallhöhe von knapp 500 Metern kommt dabei der Leckageüberwachung zwischen den beiden Einlaufleitungen (Penstocks) sowie den Turbinenmessungen eine sicherheitstechnisch herausragende Bedeutung zu. Leckagen können bei diesen Durchfluss- und Druckverhältnissen in kurzer Zeit große Schäden am Kraftwerk und der Umwelt verursachen. Im Falle von Leckagen wird daher das Kraftwerk innerhalt von Sekunden notabgeschaltet.

Die Leckageüberwachung kann dabei nur bei höchster Güte der einzelnen Durchflussmessungen gelingen. systec Controls lieferte für die insgesamt 6 Messstellen (2 Penstock, 4 Turbinen) das Ultraschalldurchflussmesssystem deltawave, das im gefüllten Querschnitt Messgenauigkeiten besser 0.5% erreicht. Die Einzelmessungen werden per Ethernetsignale über Glasfaserkabel zum systec Leckagemaster übertragen, der die Durchflusswerte der beiden Messkreise (jeweils 1 Penstock + 2 Turbinen) bilanziert und bei Leckagen per Alarmausgang die Notschaltung auslöst.

Turbinenmessung

Die beiden Penstockmessungen wurden mit 8, die 4 Turbinenmessungen mit jeweils 4 akustischen Pfaden ausgestattet. Alle Messungen sind konform zur internationalen Norm IEC41. Die Montage der Ultraschallsensorik erfolgt dabei über auf den Leitungen angeschweißten Kugelhahnstutzen: Vorteil: Alle Ultraschallsensoren können im laufenden Betrieb montiert und gewechselt werden. Teure Stillstandszeiten werden so vermieden.

deltawave Auswerteeinheit

Die Ultraschallsensoren werden von der deltawave Auswerteeinheit angesteuert und die Durchflusswerte errechnet. Mit bis zu 128 Messungen pro Sekunde reagiert deltawave dabei sehr schnell auf Änderungen. Die Messwertübertragung kann dabei klassich analog (4..20mA) oder digital per RS232, USB oder – wie in diesem Fall – per Ethernetschnittstelle erfolgen.
Ein deltawave kann dabei bis zu 16 akustische Pfade in bis zu 4 unabhängigen Messstellen betreiben. Durch diese Mehrkanaltechnologie werden bislang nicht für möglich gehaltene günstige Preise pro Messstelle realisiert.

Jeweils eine Einlauf- und zwei Turbinenmessungen bilden einen Messkreis (Bilanz), der auf Leckagen hin überwacht wird. Im Leckagefall wird die Einlaufleitung per Rohrbruchklappe geschlossen. Die Bilanzierung der beiden Messkreise übernimmt dabei der deltawave Leckagemaster,. Der Leckagemaster kommuniziert – in diesem Fall – mit den angeschlossenen Durchflussmessungen per Ethernetschnittstelle. Um der Dynamik des Kraftwerksprozesses (Anfahren, Leistungsregelung der Turbinen) gerecht zu werden und um ungewollte Abschaltungen zu verhindern, können am Leckagemaster verschiedenen Alarmschwellen (Differenz in den Durchflusswerten) gesetzt werden, bei deren Überschreitung per Digitalausgang die Rohrbruchklappe aktiviert wird.

Neben der Leckageüberwachung werden die Durchflussmessungen wegen Ihrer hohen Messgenauigkeit auch zur Wirkungsgradoptimierungen der Turbinen eingesetzt. Zudem sind nach IEC41 mit deltawave auch Turbinenabnahmemessungen möglich. deltawave trägt also neben der Kraftwerkssicherheit auch zur Effizienssteigerung bei.

Durch die Kombination von präzisen Einlaufmessungen mit den einfacher ausgestatteten Turbinenmessungen, ist es gelungen, dem Kunden eine sehr preiswerte und dennoch absolut präzise Messtechniklösung zu bieten. Die vier Turbinenmessungen werden mit lediglich zwei Messumformern ausgewertet. Trotz den ungünstigen Einlaufverhältnissen ist nach Abgleich der Turbinenmessungen auf die beiden Einlaufmessungen die Systemgenauigkeit bei ca. 0,3%.
Die Konformität der Messungen zu internationalen Normen stellt darüber hinaus die Transparenz der Messergebnisse sicher.
Der deltawave Leckagemaster bilanziert die Messkreise und löst bei erkannten Leckagen die Notabschaltung aus. Dabei können unterschiedliche Alarmschwellen definiert werden, mit denen die Dynamik des Kraftwerksprozesses berücksichtigt wird.

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