Stabilisierung der Stromverteilung in Brasilien:

Wie Robustel & CPFL Energia den R1520 einsetzten, um den Schutz und die Steuerung ihres städtischen Verteilungsnetzes zu verbessern.

Fallstudie – Wissenswertes auf einen Blick

Standort

Brasilien

Industrie

Energie & Versorgungsunternehmen

Produkt(e)
  • R1520
  • RCMS
Endkunde

CPFL Energia – https://www.cpfl.com.br/

einer der größten privaten Stromkonzerne Brasiliens, der für die Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung in mehreren Bundesstaaten verantwortlich ist. Das Unternehmen versorgt Millionen von Privat-, Gewerbe- und Industriekunden in städtischen und ländlichen Gebieten. Zu seinen Netzen gehören Umspannwerke, Wiedereinschaltvorrichtungen und Automatisierungsanlagen, die unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig funktionieren müssen. Als reguliertes Versorgungsunternehmen steht CPFL unter ständigem Druck, die Kontinuität, Sicherheit und Effizienz seiner Dienstleistungen zu verbessern und gleichzeitig die Kosten zu kontrollieren.

Herausforderungen

CPFL benötigte sichere 4G/LTE-Konnektivität und VPN-Dienste für Wiedereinschaltvorrichtungen und Automatisierungsgeräte, die in städtischen Verteilerkästen installiert waren. Der bisherige Ansatz basierte auf separaten Routern und Zeitservern, was die Anzahl der Hardwarekomponenten, die Komplexität der Verkabelung und die Anzahl der Fehlerquellen an jedem Standort erhöhte. Gleichzeitig fehlte den Betriebsteams eine klare, zentralisierte Übersicht über die Feldkommunikation und den Zustand der Geräte in einem großen und wachsenden Verteilungsnetz.

Ergebnisse

Durch die Standardisierung auf R1520 und RCMS konsolidierte CPFL Routing, VPN und Zeitsynchronisation in einem einzigen Gerät pro Schrank, wodurch das physische Design vereinfacht und der Installationsaufwand reduziert wurde. Die Kommunikation für Schutz- und Steuerungssysteme wurde konsistenter und zuverlässiger, während RCMS eine zentrale Überwachung und Konfiguration einführte, was dazu beitrug, den Support-Aufwand zu senken und ein wiederholbares Muster für zukünftige Bereitstellungen zu schaffen.

Modernisierung von Schutz und Kontrolle in einem dichten städtischen Netz

CPFL Energia betreibt eines der größten Stromverteilungsnetze Brasiliens und versorgt Millionen von Privat-, Gewerbe- und Industriekunden. Seine Mittelspannungsanlagen in Städten, wie z. B. Wiedereinschaltvorrichtungen und automatische Schalter, müssen zuverlässig mit den Kontrollzentren kommunizieren, um Schutzmaßnahmen, Fehlerisolierung und schnelle Wiederherstellung zu unterstützen.

Im Zuge der Erweiterung und Modernisierung seiner Automatisierungssysteme benötigte das Versorgungsunternehmen eine wiederholbare Methode, um Feldgeräte über Mobilfunknetze anzubinden und gleichzeitig die Anzahl der Geräte, den Platzbedarf in Schaltschränken und die Komplexität des Betriebs unter Kontrolle zu halten. Das Kommunikationsdesign musste robust genug für kritische Infrastrukturen, einfach genug für den Einsatz in großem Maßstab und transparent genug sein, damit die Betriebsteams es langfristig unterstützen konnten.

Geschäftliche Herausforderungen

1. Kritische Schutzvorrichtungen online und synchron halten

Wiedereinschaltvorrichtungen und automatische Schalter befinden sich an wichtigen Punkten im Mittelspannungsnetz, wo jeder Ausfall der Schutz- oder Steuerungsvorrichtungen schnell zu sichtbaren Ausfällen für Haushalte, Unternehmen und öffentliche Dienste führen kann. Diese Geräte sind auf zuverlässige Kommunikationsverbindungen angewiesen, um Telemetriedaten zu senden, Befehle zu empfangen und an koordinierten Schutzmaßnahmen teilzunehmen. Wenn die Kommunikationsverbindung unterbrochen wird oder instabil wird, verlieren die Betreiber den Echtzeit-Überblick und müssen sich bei Störungen möglicherweise auf langsamere manuelle Prozesse verlassen.

Neben der Konnektivität ist auch die Zeitsynchronisation von grundlegender Bedeutung. Ereignisprotokolle, Fehleraufzeichnungen und Schutzmaßnahmen müssen eine einheitliche Zeitreferenz haben, damit Techniker Vorfälle genau rekonstruieren und überprüfen können, ob die Schutzmaßnahmen wie vorgesehen funktionieren. Die Verwendung separater Zeitserver führte zu einer weiteren Abhängigkeit in der Kette. Jede Abweichung, Fehlkonfiguration oder Störung auf dieser Ebene konnte den Wert hochwertiger Felddaten beeinträchtigen und die Diagnose von Problemen sowie den Nachweis der Leistung gegenüber Aufsichtsbehörden oder internen Stakeholdern erschweren.

2. Verwaltung der Komplexität von Schränken und Support vor Ort in großem Maßstab

Die meisten städtischen Verteilerkästen enthalten bereits eine Mischung aus Schutzrelais, Steuerungshardware, Stromversorgungen und Verkabelung. Die frühere Architektur, die einen dedizierten Mobilfunk-VPN-Router mit einem eigenständigen Zeitserver kombinierte, erhöhte die Anzahl der Hardwarekomponenten, die Verkabelung und den Stromverbrauch in jedem Verteilerkasten. Mehr Geräte bedeuteten mehr Montagehardware, mehr Wärmequellen und mehr potenzielle Fehlerquellen auf engem Raum. Jede zusätzliche Box hatte auch ihre eigene Konfiguration und ihren eigenen Lebenszyklus, was sowohl für die Installations- als auch für die Wartungsteams zusätzliche Probleme mit sich brachte.

Aus betrieblicher Sicht führte diese Komplexität direkt zu höheren Servicekosten. Die Außendiensttechniker mussten mit mehreren Geräten an jedem Standort vertraut sein, und ein Fehler in der Kommunikations- oder Zeitmessausrüstung konnte Besuche vor Ort erforderlich machen, selbst wenn die zugrunde liegende Schutzausrüstung ordnungsgemäß funktionierte. In einem weitläufigen Netzwerk von Schaltschränken summieren sich diese inkrementellen Ineffizienzen – sie führen zu mehr Fahrten, verlängern die Fehleruntersuchungszeiten und erschweren geplante Upgrade-Programme.

3. Transparenz auf Flottenebene und ein wiederholbares Designmuster erzielen

Das Vertriebsnetz von CPFL erstreckt sich über viele Regionen und eine große Anzahl von Standorten, von denen jeder seine eigenen Umweltbedingungen und Zugangsbeschränkungen hat. Ohne einen zentralen Überblick über den Zustand und die Konfiguration der Kommunikationsgeräte mussten sich die Betriebsteams oft auf indirekte Signale verlassen – wie Alarme von SCADA oder Berichte von lokalen Mitarbeitern –, um Rückschlüsse auf mögliche Probleme zu ziehen. Dies erschwerte eine proaktive Wartung und verlangsamte die Reaktion bei auftretenden Problemen, insbesondere wenn die Kommunikationsfehler nur sporadisch auftraten.

Gleichzeitig benötigte das Versorgungsunternehmen ein Design, das über die ersten Projekte hinaus skalierbar war. Ad-hoc-Schrankkonstruktionen und einmalige Konfigurationen mögen für Pilotprojekte funktionieren, verursachen jedoch langfristig Probleme, wenn Dutzende oder Hunderte von Standorten über viele Jahre hinweg unterstützt werden müssen. CPFL suchte nach einem standardisierten Kommunikationsbaustein, der wiederholt eingesetzt werden konnte: eine Kombination aus Hardware und Management-Tools, die konsistent genug war, um das Vertrauen der Ingenieurteams zu gewinnen, transparent genug, um vom Betrieb verwaltet zu werden, und flexibel genug, um zukünftige Upgrades in seiner Roadmap zur Automatisierung der Verteilung zu unterstützen.

Lösungsübersicht

CPFL Energia entschied sich für eine Vereinfachung seines Schrankdesigns, indem es den Robustel R1520 als zentralen Kommunikationsknoten an jedem Standort einsetzte. Der Router bietet sichere 4G/LTE-Backhaul-, VPN-Terminierungs- und Zeitsynchronisationsfunktionen in einem einzigen Gerät und verbindet Feldautomatisierungseinrichtungen über öffentliche Mobilfunknetze mit Steuerungssystemen. Die flottenweite Überwachung und Konfiguration erfolgt über RCMS, wodurch Ingenieure eine zentrale Übersicht über die eingesetzten Router erhalten.

In der Praxis wird der R1520 im Schutz- oder Wiedereinschaltschrank montiert und über Ethernet mit lokalen Geräten verbunden. Er baut verschlüsselte Tunnel zum Kernnetzwerk des Versorgungsunternehmens auf und bietet so einen sicheren Pfad für SCADA-Daten und Fernsteuerung. Mithilfe seiner Positions- und Zeitfunktionen in Verbindung mit SNTP kann er den angeschlossenen Geräten eine konsistente Zeitquelle liefern und so die Abstimmung von Ereignisprotokollen und Schutzmaßnahmen unterstützen. Über RCMS können Ingenieure sehen, welche Router online sind, Konfigurationen überprüfen und Firmware- oder Einstellungsänderungen vornehmen, ohne vor Ort sein zu müssen.

Warum CPFL Energia sich für den R1520 entschieden hat:

  • Integrierte Funktionen: Der R1520 kann sowohl als Mobilfunk-VPN-Router als auch als Zeitsynchronisationsquelle fungieren, wodurch kein separates NTP-Gerät mehr erforderlich ist und die Anzahl der Geräte in jedem Schrank reduziert wird.
  • Industriedesign für Versorgungsumgebungen: Durch sein robustes Gehäuse, den erweiterten Temperaturbereich und die flexible Stromversorgung eignet es sich für die Installation in Verteilerkästen, die Hitze, Vibrationen und elektrischen Störungen ausgesetzt sind.
  • Sichere Mobilfunkverbindung: Dank integrierter VPN-Unterstützung und Firewall konnte CPFL wichtige Kommunikationsdaten über öffentliche 4G/LTE-Netze übertragen und gleichzeitig einen privaten, kontrollierten Pfad zurück zu den zentralen Systemen aufrechterhalten.
  • Zentralisiertes Flottenmanagement mit RCMS: RCMS bot die für den Betrieb einer großen installierten Basis von Routern erforderlichen Transparenz- und Fernverwaltungsfunktionen, darunter Statusansichten, Konfiguration und Firmware-Verwaltung von einer einzigen Plattform aus.
  • Skalierbarkeit für laufende Projekte: Die Kombination aus R1520 und RCMS bot CPFL einen wiederholbaren Baustein, der an neuen und bestehenden Standorten eingesetzt werden konnte und langfristige Pläne zur Modernisierung des Stromnetzes unterstützte.

Wichtigste Ergebnisse

Aus Sicht von CPFL Energia bedeutete Erfolg mehr als nur die Installation neuer Hardware. Es erforderte ein Kommunikationsmuster, das zuverlässig im Betrieb, in großem Maßstab verwaltbar und hinsichtlich Kosten und Komplexität gerechtfertigt war.

  • Ein wiederholbares Muster für zukünftige Implementierungen: Das Versorgungsunternehmen verfügt nun über ein bewährtes Design, das es auf weitere Umspannwerke und Automatisierungsprojekte anwenden kann, wodurch sich der technische Aufwand für jede neue Einführung reduziert.
  • Vereinfachte Schrankarchitektur: Ein Gerät bietet nun Routing-, VPN- und Zeitsynchronisationsfunktionen, wodurch die Verkabelung, Stromversorgung und Montagehardware in jedem Wiedereinschaltgerät oder Automatisierungsschrank reduziert werden.
  • Zuverlässigere Kommunikation für Schutz und Steuerung: Sichere 4G/LTE-Verbindungen und eine konsistente Zeitsynchronisation unterstützen den zuverlässigen Betrieb von Schutzsystemen und eine schnellere Analyse von Fehlerereignissen.
  • Verbesserte betriebliche Transparenz: Die zentrale Überwachung durch RCMS hilft Teams dabei, zu erkennen, welche Standorte online sind, welche möglicherweise Aufmerksamkeit erfordern und welche Konfigurationen verwendet werden, ohne auf Vorfallberichte warten zu müssen.
  • Geringere Lebenszykluskosten pro Standort: Weniger Geräte und eine bessere Fernverwaltung reduzieren sowohl die Vorlaufkosten für die Bereitstellung als auch den laufenden Aufwand für die Wartung der Kommunikationsausrüstung vor Ort.

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