Aug 6, 2019
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Prüfung

Schutzprüfung auf den Malediven | SIPROTEC DigitalTwin

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erzlich Willkommen liebe Freunde der Schutz- und Leittechnik, für uns wird ein Traum Realität. Ab sofort ist es möglich, unsere schutz- und leittechnischen Inbetriebsetzungs- und Wiederholungsprüfungen an jedem Strand der Erde durchführen können. Die Schutz- und Leitgeräte des 380-kV-Umspannwerkes in Preilack (wo liegt eigentlich Preilack?) können ab sofort ganz bequem von den Malediven oder wahlweise von kubanischen Sandstränden in Varadero aus geprüft werden. Voraussetzung ist eigentlich nur man hat angemessenes Wifi und SIPROTEC DigitalTwin.

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Mit der vollmundigen Schlagzeile:

"Virtuelles Testen von SIPROTEC 5-Schutzgeräten in der Cloud"

und dem neuen SIPROTEC DigitalTwin im Gepäck erweckt Siemens die Hoffnung auf den finalen Durchbruch. Auf der offiziellen Produktpage von Siemens heißt es (Zitat):

"Mit dem neuen, innovativen Cloud-basierten „SIPROTEC DigitalTwin“ können Sie die Leistung, Sicherheit und Verfügbarkeit Ihrer SIPROTEC 5-Geräte als Teil des Energieautomatisierungssystems umfassend testen – rund um die Uhr, von überall aus und ohne Hardware. 3 Schritte zum Erfolg:

1 - Hochladen Ihrer Engineeringdaten und Ihrer Testfälle.

2 - Simulieren und Testen Ihres Automatisierungssystems in der Cloud.

3 - Testberichte ihres Systems"

Was ist davon zu halten?

Gleich vorweg: Inbetriebsetzungs- und Wiederholungsprüfungen müssen ganz klar weiterhin vor Ort erfolgen. Mit SIPROTEC's DigitalTwin werden natürlich immer nur die virtuellen Stellvertreter der realen physischen Schutzgeräte getestet. Das kann in der Phase der Projektierung oder zu Schulungszwecken sehr hilfreich sein, eine schutztechnische Prüfung des "RealityTwin" ist damit aber nicht zu ersetzen. Böse Zungen könnten jetzt meinen:

Zu den bisher zu prüfenden "echten" Schutzgeräten kommt jetzt auch noch Prüfaufwand für digitale Zwillinge dazu. Das wird wohl einen riesigen Kampf um die neuen "back office jobs" geben.

Das ganze Gegenteil ist der Fall: Mit DigitalTwin ergeben sich in der Tat einige richtig sinnvolle Neuerungen für den Ingenieur. Wir konnten DigitalTwin bereits testen und stellen hier unsere ersten Erfahrungen mit den neuen Familienmitgliedern vor.

Was geht nun mit DigitalTwin von Siemens?

DigitalTwin stellt ein digitales Abbild eines echten SIPROTEC Gerätes browserbasiert in der Wolke zur Verfügung. Dieser Zwilling verfügt über denselben Funktionsumfang und spiegelt laut Hersteller die annähernd exakte Performance des Original-Gerätes wieder. Es ist nun möglich, gewisse Prüfungen an einzelnen oder auch an vernetzten Twins vorzunehmen. Dabei spielen dann Ort und Uhrzeit keine Rolle mehr, man muss ja nicht mehr in die Anlage raus. Folgende Szenarien werden in der Zukunft abgedeckt:

🌐Visualisierung: Bedienung und Performance-Simulation eines Gerätes

🌐Schulungen: Bedienpersonal kann die Gerätehandhabung ohne echtes Relais erlernen

🌐Prüfungen: Virtuelle Vorprüfung / Schutzprüfung zum Test von Kommunikation, Logik und Schutzfunktionen zum Beispiel mittels Prozessdatensimulation / Signalgenerator

🌐Fehleranalyse: Simulation des Schutzverhaltens durch abspielen echter COMTRADE-Events aus der Anlage ohne reale Relais und ohne zusätzliche Prüfeinrichtung (Feature derzeit noch in der Entwicklung)

🌐DIGSI 5: Online Testen mit dem Bedienprogramm (VPN)

Ein erster Einblick

Im folgenden zeigen wir Euch einen ersten Einblick in die Welt von DigitalTwin. Zunächst rufen wir die Startseite auf.

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Abbildung 1: Startseite von DigitalTwin

Ein kurzer Klick auf den Login-Button und wir können uns anmelden.

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Abbildung 2: Anmeldung

Es gibt nun mehrere Varianten zur Zwei-Faktor-Authentifizierung zur Auswahl, wir haben uns für die von Google entschieden und müssen mittels Smartphone bestätigen.

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Abbildung 3: Authentifizierung

Und schon sind wir drin. Obwohl unser Gerät, ein 7UT82 Trafodiff, bereits gelistet ist, zeigen wir Euch kurz den Import eines Gerätes.

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Abbildung 4: Das Dashboard von DigitalTwin

Zunächst erzeugt ihr vorab ein sim-File und ein teax-File des gewünschten Gerätes. Dazu einfach im DIGSI5 einen Rechtsklick auf das Gerät, Exportieren wählen, das Zielformat auswählen und nacheinander die beiden Dateien erzeugen.

In den nächsten beiden Schritten werden sowohl sim- als auch teax-File in DigitalTwin importiert. Das sim-File ist das Simulationsdatenformat und reicht bereits aus, um das Gerät zu visualisieren und zu testen. Das Datenaustauschformat in Form des teax-Files dient dann z. B. der Übernahme aller Rangierungen.

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Abbildung 5: Import des sim-Files in DigitalTwin
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Abbildung 6: Import des teax-Files in DigitalTwin

Nach erfolgreichem Import ist unser Relais gelistet und wir können die Routing Matrix mit den original Binary Outputs aufrufen.

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Abbildung 7: Routing Matrix

Und da ist er auch schon, unser digitaler Zwilling. Wir sehen hier links im Bild den Signalgenerator, mit dem wir die Einspeisung von Strömen und Spannungen simulieren können. Über die Aktivierung der Klammersymbole können für alle drei Phasen identische Amplituden erzeugt werden, indem nur stellvertretend die erste Phase eingegeben wird. Bei den Winkelgrößen funktioniert es ähnlich, hier wird automatisch ein Rechtsdrehfeld erzeugt und nur der Ausgangswinkel von Phase 1 vorgegeben. Wenn unsymmetrische Größen eingespeist werden sollen, können die Klammersymbole entsprechend deaktiviert werden.

Das Abspielen von original Störschrieben im Comtrade-Format ist derzeit in Arbeit. Damit ist es dann also auch möglich, real aufgezeichnete und zudem zeitlich veränderliche Signale am Twin zu testen.

Die Visualisierung des Schutzrelais auf der rechten Seite hat es in sich: Sowohl Display als auch Funktionstasten sind voll funktionsfähig. Wir können uns hier wie an einem echten Relais durch das Menü hangeln und sämtliche Informationen anzeigen lassen.

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Abbildung 8: Signalgenerator und Relaismodell

Wie z. B. hier die Betriebsmesswerte. Hier werden dann die momentan anliegenden Werte des Signalgenerators angezeigt.

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Abbildung 9: Nahaufnahme Schutzrelais bei Anzeige der Betriebsmesswerte

Nun machen wir den Test und speisen das Differentialschutzrelais einseitig. Es folgt erwartungsgemäß die Auslösung des Schutzrelais mit der aus der Praxis bekannten Performance des Relais mittels Display-Anzeige.

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Abbildung 10: Differentialschutzauslösung des DigitalTwins bei einseitiger Speisung mittels Signalgenerator

Fazit:

Ein vielversprechendes Thema mit viel Potential. Zukünftige Vorteile wie:

🌐Möglichkeit zur Simulation und Validierung von Produkteigenschaften

🌐Schnellere Zuschaltung neuer Systeme dank kürzerer 
Projektlaufzeiten 


🌐Reduzierte OPEX mit kürzeren Ausfällen für höhere Verfügbarkeit dank besserer Vorprüfung (einschl. Patches) 


🌐Effiziente, skalierbare, praxisorientierte Schulungen

🌐Schnelle und realistische Fehleranalyse durch einfache Reproduzierbarkeit des Verhaltens von Produkten und Systemen

werden uns Ingenieure und Techniker in jedem Fall bereichern. Wir werden uns in einem weiteren Beitrag die Möglichkeiten via VPN aus DIGSI5 heraus genauer ansehen.

Ich frage mich die ganze Zeit wohin die Reise gehen wird. Vielleicht kommt ja irgendwann die Zeit in der digitale Twins ihre realen Geschwister ablösen. Wir würden dann nur noch virtuelle Software-Relays auf universelle Industrie-PC's kopieren. Ist DigitalTwin ein erster kleiner Schritt in diese Richtung?

Was mein Ihr? Rückmeldungen an: info@schutztechnik.com

HERZliche Grüße Alexander Muth

Omicron