Warum das Thema wichtig ist
Eine zuverlässige Stromversorgung setzt eine robuste Netzinfrastruktur voraus. Deshalb gewinnt die kontinuierliche Bewertung der Anlagengesundheit («Asset Health») an Bedeutung. IoT-Sensoren liefern dafür präzise Echtzeitdaten für eine vorausschauende Anlagenbewirtschaftung und ermöglichen die Optimierung operativer Prozesse – etwa durch die Nutzung lokaler Wetterdaten für einen effizienteren und sichereren Netzbetrieb.
Projekt
Herausforderung
Das Schweizer Übertragungsnetz ist das Rückgrat unserer Stromversorgung, doch viele Anlagen stammen aus den 1960er-Jahren. Während Swissgrid das Netz im Kontext der Energiewende ausbaut und verstärkt, müssen bestehende Anlagen parallel saniert und regelmässig gewartet werden (Netz der Zukunft).
Verschleiss, extreme Witterung und klimatische Veränderungen wie Permafrost-Auflösung, Steinschläge oder Murgänge belasten die Statik der 12 000 Gittermasten. Um unentdeckte Schäden und das Risiko von Ausfällen zu minimieren, gewinnt die Zustandsermittlung in Echtzeit stark an Bedeutung.
Während in Unterwerken bereits umfassende Messdaten vorliegen, war die Datenlage für das 6700 Kilometer lange Leitungsnetz bisher lückenhaft.
Lösungsansatz
Hier setzte das 2022 lancierte Innovationsprojekt «Pylonian» an: Mithilfe vernetzter IoT-Sensoren (Internet of Things) wurden an 20 ausgewählten Masten rund um die Uhr präzise Zustandsdaten erfasst und analysiert. Dieser Proof of Concept (PoC) verfolgte das Ziel, die Herausforderungen und den Nutzen von IoT-Sensorik in der Praxis zu testen und den Rollout der Technologie für einen grossflächigen Einsatz vorzubereiten. Ein kontinuierliches Monitoring bietet den Vorteil, strukturelle Schäden frühzeitig festzustellen und notwendige Instandhaltungen rechtzeitig zu planen – und dies erhöht die Verfügbarkeit der Anlagen.
Die Entwicklung wurde in vier Phasen geplant:
Pylonian
In einem ersten «Proof of Concept» (PoC) hat Swissgrid eine End-to-End-Lösung entwickelt, um die Herausforderungen und den Nutzen von IoT-Sensorik in der Praxis zu testen. Dafür wurden 20 ausgewählte Strommasten mit Sensorik, z.B. für Vibration, Neigung oder Wetterdaten.
Parallel zur Installation experimentierte das Team auch an stromlosen Leitungen, um typische Datenmuster besser zu verstehen. Das Resultat ist ein produktives Cloud-Dashboard, das seit August 2022 im Einsatz ist. Es übersetzt die Rohdaten der Sensoren in verwertbare Informationen für die Instandhaltung: Algorithmen filtern normale Schwankungen heraus und alarmieren die Fachspezialisten nur bei echten Anomalien. Der PoC bildet das Fundament für die Entscheidung über einen grossflächigen Einsatz der Technologie.
Sensorian – IT-Plattform für IoT-Sensoren
Das Folgeprojekt Sensorian hat sich ein ambitioniertes Ziel gesetzt: alle Arten von IoT-Daten sollen auf einer zentralen Datenplattform gebündelt und für Analysten nutzbar gemacht werden. Die so designte IT-Lösung dient seit 2024 als Blueprint für die Integration der Sensoren für das Dynamic Line Rating zur Überwachung von unterirdisch verlegten Kabeln.
Im Rahmen dieser Innovationsprojekte wurden über 300 Sensoren an Masten, 60 Sensoren an Freiluftschaltanlagen sowie ca. 500 Sensoren zur Messung von SF6 in Gas-isolierten Schaltanlagen installiert. Zukünftig steht die Optimierung der Datenvisualisierung und der Nutzerzugänge im Fokus. Durch die Weiterentwicklung der Anomalie-Erkennung und den verstärkten Community-Austausch mit anderen Betreibern kritischer Infrastrukturen generiert die Anwendung zusätzlichen Mehrwert für Swissgrid.
Nutzen und Resultate
Die wichtigsten Mehrwerte im Überblick:
- Permanente Zustandsermittlung: Die innovative Lösung ermöglicht es Swissgrid, ihre Anlagen umfassend zu beobachten. Durch die Überwachung von Masten und lokalen Wetterbedingungen optimieren sich bestehende Instandhaltungsprozesse und potenzielle Schäden können proaktiv vermieden werden.
- Verbesserte Vorhersehbarkeit und Sensitivität: Die IoT-Lösung erkennt Verschleisserscheinungen automatisiert. Nachweis der hohen Sensitivität: Seit Projektstart traten zwar keine kritischen Mängel an den Masten auf, die Sensoren registrierten jedoch erhöhte Vibrationswerte, die eindeutig auf Bohrarbeiten einer benachbarten Zementfabrik zurückzuführen waren. Dies bestätigt, dass das System in der Lage ist, Anomalien zuverlässig zu melden, bevor sie kritisch werden.
- Flexible Konnektivität und robuste Hardware: Die Architektur ist nicht auf eine Technologie beschränkt. Für Freileitungen und zur Überwachung von SF6-Gas kommen energieeffiziente LoRa-Sensoren mit 5-Jahres-Batterien zum Einsatz, während in Unterwerken (z.B. Schaltern und Trennern) Sensoren via WiFi angebunden werden. Die Plattform ist zudem bereit für künftige Standards wie 5G oder satellitengestütztes LoRa.
- Ganzheitlicher Wissensaufbau: Das Projekt stärkt das interne Know-how auf zwei Ebenen: Einerseits im physischen Umgang mit IoT-Hardware und Kommunikationsprotokollen im Feld, andererseits in der IT-Entwicklung. Dazu gehören Kompetenzen in Monitoring, Protokollierung, Alarmierung, Gerätemanagement sowie der Visualisierung in Business Intelligence Tools (Dashboards).
Aktueller Projektstand/Ausblick
Status Quo
- Erfolgreicher Rollout: Fast 1000 Sensoren sind inzwischen online, die zuverlässig Daten in die zentrale Datenplattform liefern.
- Erweiterung: Prüfung und Integration zusätzlicher Sensortypen laufen, um weitere Anwendungsfälle bei Swissgrid abzudecken, einschliesslich der Ausweitung auf Unterwerke.
Fokus der anstehenden Zwei-Jahres-Validierungsphase
- Data Science und Analytics: Entwicklung von vorausschauenden Modellen («Predictive Maintenance») und Analyse von Korrelationen mit externen Wetterdaten zur präzisen Bewertung der «Asset Health».
- Prozessoptimierung: Nutzung von Synergien mit bestehenden Betriebsprozessen, beispielsweise die Integration von Wetterstationen zur Optimierung des Dynamic Line Rating (DLR) – ohne zusätzlichen Ressourcenaufwand.
- Stakeholder-Management und Synergien: Intensiver Wissens- und Erfahrungsaustausch mit Partnern (SBB, Verteilnetzbetreibern und anderen Übertragungsnetzbetreibern), um gemeinsame Herausforderungen effizienter zu lösen und Synergien zu nutzen.
