APM für elektrische Infrastruktur: Zuverlässigkeit im komplexen Netz sicherstellen

Das moderne Stromnetz steht unter beispiellosem Druck. Alternde Infrastruktur, schnelles Netzwachstum, die Integration erneuerbarer Energiequellen, der Verlust von Expertenwissen und die steigende Nachfrage nach datengestütztem Betrieb zwingen Energieversorger und Großanlagen dazu, ihr Asset-Management und ihre Budgetallokation zu überdenken. In diesem Umfeld ist das traditionelle Modell der „zeitbasierten und reaktiven Instandhaltung“ sowie das „Run-to-Failure“-Prinzip keine tragfähige Strategie mehr – die finanziellen und betrieblichen Zuverlässigkeitsrisiken sind schlicht zu hoch.

Asset Performance Management (APM) hat sich als entscheidende Lösung für diese Herausforderungen etabliert. Durch den Wechsel von einfachen zeitbasierten und reaktiven Instandhaltungsplänen zu einem einheitlichen, proaktiven und vorausschauenden Ansatz ermöglicht APM Organisationen, die Lebensdauer ihrer elektrischen Infrastruktur zu maximieren, die Sicherheit zu gewährleisten und die hohe Verfügbarkeit sicherzustellen, die die moderne Gesellschaft verlangt. Dieser Artikel beleuchtet die Funktionsweise von APM, seine spezifische Anwendung auf elektrische Anlagen und die konkreten Vorteile einer ganzheitlichen Management-Strategie.

Was ist Asset Performance Management?

Asset Performance Management (APM) ist ein strategisches Lösungsökosystem aus Software und Services, das die Leistung, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit physischer Anlagen optimiert. Während sich traditionelle Instandhaltung auf zeitbasierte Wartung und die Reparatur defekter Komponenten konzentriert, bewertet APM den Zustand der Anlagen, um Wartungsmaßnahmen bei Bedarf zu empfehlen und ungeplante Ausfälle von vornherein zu verhindern.

Im Kern integriert APM Daten aus verschiedenen Quellen (Monitore, Sensoren, Historians, Enterprise-Asset-Management-Systeme (EAM) und Inspektionsberichte), um einen umfassenden Überblick über den Zustand aller Anlagen zu bieten. Dabei nutzt es integrierte, fortschrittliche Analysen auf Basis von Branchenexpertise, künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen, um Ausfälle vorherzusagen, bevor sie eintreten – so können Instandhaltungsteams zum optimalen Zeitpunkt planen, sich vorbereiten und eingreifen.

Für die elektrische Infrastruktur bedeutet dies den Übergang von zeitbasierter und reaktiver Instandhaltung (Reparaturen nach festem Kalenderplan, unabhängig vom Zustand oder erst nach einem Ausfall) hin zu zustandsbasierter und vorausschauender Instandhaltung. Dieser Wandel reduziert unnötige Arbeit an gesunden Anlagen und stellt sicher, dass sich verschlechternde Anlagen rechtzeitig Aufmerksamkeit erhalten, bevor sie Ausfälle verursachen oder ihr Alterungsprofil erheblich beeinträchtigen.

Die Säulen von APM für elektrische Anlagen

Eine robuste APM-Strategie für elektrische Infrastruktur basiert auf drei grundlegenden Säulen: Datenintegration, Analytik und Handlung.

1. Einheitliche Datenintegration & -fusion

Stromnetze erzeugen gewaltige Datenmengen. Transformatoren, Schaltanlagen, Leistungsschalter und Relais liefern jeweils eigene Messsignale zu thermischer Leistung, Gas-in-Öl-Analyse (DGA), Reaktionszeit, Bauteilverschleiß, Kapazität, Leistungsfaktor, Teilentladung und Belastbarkeit – um nur einige zu nennen. Diese Daten liegen jedoch häufig in System- und Abteilungssilos vor. Eine effektive APM-Lösung fungiert als zentraler Knotenpunkt, der diese unterschiedlichen Daten zu einem „Single Source of Truth“-Datenpool zusammenführt. Durch die Fusion der Daten zu digitalen Zwillingen – virtuellen Abbildern physischer Anlagen – können Betreiber Leistungsauswirkungen simulieren, vorhersagen und den Echtzeitzustand des gesamten Anlagenbestands visualisieren.

2. Fortschrittliche Analytik & Diagnostik

Rohdaten allein sind Rauschen und oft verwirrend und zeitaufwendig zu interpretieren; Analytik ist der Schlüssel, um Daten in Informationen zu verwandeln. APM-Plattformen nutzen ausgeklügelte Algorithmen, um historische Trends, Online-Eingaben und aktuelle Inspektionsergebnisse zu analysieren. Bei einem Transformator kann ein APM-System beispielsweise Umgebungstemperatur, Last, Öltemperatur und DGA kreuzkorrelieren, um Anomalien zu erkennen, die ein einfacher Schwellenwertalarm übersehen würde. Es kann zudem die individuellen Eigenschaften der Anlage und ihre Betriebsdaten berücksichtigen und die Analytik automatisch anpassen, um deren Einfluss auf die Auswertung einzubeziehen. Diese Erkenntnisse ermöglichen es Ingenieuren, spezifische Fehlermodi – wie Isolationsverschleiß oder Kontaktabnutzung – mit hoher Präzision sowie deren Eintrittswahrscheinlichkeit zu bestimmen. Die APM-Lösung kann zudem Expertendiagnosewerkzeuge bereitstellen, mit denen Fachexperten eigene Bewertungen der Anlagen als Zweitmeinung zur Validierung der Systemergebnisse vornehmen können.

3. Handlungsorientierte Intelligenz & Lagebewusstsein

Das Ziel von APM ist es, bessere Entscheidungen zu ermöglichen und gezielte Geschäftsergebnisse zu liefern. Die Lösung wandelt analytische Erkenntnisse in handlungsrelevante Informationen, Alarme und Leistungskennzahlen (KPIs) um – etwa Risikoindizes, Ausfallwahrscheinlichkeit und Ausfallfolgen, um nur einige zu nennen. Statt eines Rohdatenstroms kann das APM-Dashboard eine bestimmte Umspannstation aufgrund des Zustands einer oder mehrerer Anlagen als hochgradig ausfallgefährdet für die nächsten 30 Tage kennzeichnen und automatisch die Erstellung eines Auftrags im EAM-System auslösen. Durch die Integration mit Netzmanagement-Modulen verfügt APM über Lagebewusstsein hinsichtlich Auswirkung und Folgen eines Anlagenausfalls und stellt sicher, dass diese wichtige Information berücksichtigt wird. Dieser nahtlose End-to-End-Workflow sorgt dafür, dass Erkenntnisse direkt zu gezieltem Handeln und optimierter Risikominderung führen.

Warum elektrische Infrastruktur spezialisiertes APM benötigt

Generische APM-Werkzeuge tun sich oft schwer mit den spezifischen Besonderheiten elektrischer Anlagen. Elektrische Infrastruktur unterliegt eigenen Randbedingungen und Fehlermodi, die spezialisierte Aufmerksamkeit erfordern. Häufig haben elektrische Anlagen wenige oder keine beweglichen Teile, was die Analyse der Komponenten komplexer macht, als einfach die Anzahl mechanischer Schaltvorgänge zu zählen. Damit APM elektrische Anlagen richtig bewerten kann, muss es chemische, elektrische, thermische, visuelle und akustische Daten berücksichtigen. Die Analyse solcher Daten erfordert tiefgehendes, in das APM eingebettetes Wissen darüber, was Veränderungen dieser Eigenschaften bedeuten. Ein Beispiel: Wird eine Korona-Teilentladung festgestellt, was bedeutet das hinsichtlich dielektrischer Veränderungen, Isolationsverlust, lockerer Verbindungen usw. Die APM-Lösung kann mithilfe von FMEA-Techniken klare Informationen zur Ursache des Problems liefern und empfohlene Maßnahmen vorschlagen – seien es Abhilfemaßnahmen oder Hinweise auf weitere erforderliche Untersuchungen.

Umgang mit alternder Infrastruktur

Ein Großteil der weltweiten elektrischen Infrastruktur nähert sich dem Ende ihrer vorgesehenen Lebensdauer oder hat diese bereits überschritten. Ein flächendeckender Austausch dieser Anlagen ist finanziell unmöglich – so gern man es auch täte, man kann nicht einfach alles Bestehende entfernen und neu beginnen. Zudem bedeutet ein hohes Alter oder eine überschrittene Nutzungsdauer nicht automatisch, dass eine Anlage ersetzt werden muss. Viele ältere im Stromnetz eingesetzte Anlagen waren überdimensioniert ausgelegt und können daher zuverlässig länger halten als ursprünglich angenommen. APM bietet die nötige Transparenz, um die verbleibende Nutzungsdauer und Zuverlässigkeit einer Anlage zu verstehen, und hilft, die Lebensdauer alternder Anlagen sicher zu verlängern. Durch die Überwachung und Bewertung kritischer Parameter wie der Papierisolationsalterung in Transformatoren können Energieversorger den Kapitalersatz auf jene Anlagen priorisieren, die ihn wirklich benötigen, während Anlagen in gutem Zustand sicher weiterbetrieben werden. Organisationen können außerdem Maßnahmen ergreifen, um die Lebensdauer einer Anlage anhand der APM-Informationen zu verlängern. Am Beispiel eines Transformators kann dies etwa durch die Entfeuchtung des Öls erfolgen, wenn APM einen zu hohen Feuchtigkeitsgehalt anzeigt, durch einen Ölwechsel zur Schonung älterer Papierisolation oder durch die Verbesserung des Kühlsystems, wenn APM eine ineffiziente Kühlung anzeigt.

Integration von erneuerbaren Energien und dezentralen Energieressourcen

Das Netz ist keine Einbahnstraße mit gleichmäßigem, vorhersehbarem Leistungsfluss mehr. Der Zustrom dezentraler Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen wie Solar-, Wind- und Batteriespeichern erzeugt bidirektionale Leistungsflüsse und variable Lasten, die bestehende Anlagen auf neue Weise belasten. Um ihre Ziele zur Reduzierung des CO2-Fußabdrucks zu erreichen, bauen viele Länder ihre Kapazitäten zur Erzeugung erneuerbarer Energien rasch aus – die Steuerung der Auswirkungen auf das bestehende Netz ist dabei von zentraler Bedeutung. APM hilft Betreibern zu verstehen, wie sich diese schwankenden Lasten und Belastungen auf den Anlagenzustand auswirken, und stellt sicher, dass die Integration grüner Energie die Netzzuverlässigkeit nicht gefährdet. Die Integration mit Wetterinformationssystemen und Datenfusion ermöglicht es der APM-Software, mögliche Erhöhungen von Leistungsfluss und Last durch erneuerbare Erzeugungskapazitäten jederzeit zu berücksichtigen. Diese Informationen können dann genutzt werden, um die zu erwartende Belastung der Anlagen sowie mögliche Auswirkungen auf deren Alterungsprofil oder Überlastungsrisiken vorherzusagen.

Sicherheit und Compliance im Fokus

Elektrische Ausfälle können katastrophale Folgen haben und ein erhebliches Risiko für Personal, die Öffentlichkeit und die Umwelt darstellen. APM fördert eine sicherheitsorientierte Denkweise, indem es gefährliche Anlagen und Zustände – etwa Lichtbogengefahren oder mögliche Explosionen infolge eines schweren dielektrischen Isolationsversagens – erkennt, bevor sie auftreten. APM kann das Risiko solcher Ereignisse anhand der FMEA-Bewertung der Anlage und ihrer Symptome kategorisieren und sicherstellen, dass Anlagen mit hohem Risiko für ein katastrophales Ereignis mit vorbeugenden Maßnahmen und einer Sperrzone versehen werden, bis Abhilfemaßnahmen ergriffen wurden. Zudem vereinfacht APM die regulatorische Compliance durch detaillierte, prüfbare Aufzeichnungen zu Anlagenzustand und Instandhaltungstätigkeiten. Diese Informationen sind entscheidend, damit Organisationen bei Compliance-Fragen keinen regulatorischen Strafen oder Bußgeldern ausgesetzt sind. Die Einhaltung von Cybersicherheitsvorschriften und -standards ist ebenfalls von großer Bedeutung, insbesondere angesichts der Zunahme von Cyberangriffen auf die Infrastruktur von Ländern. APM-Lösungen dürfen keine Schwachstelle in den IT- oder OT-Netzwerken der Versorger einführen. Die APM-Software muss regelmäßig mithilfe von Verfahren wie statischer Code-Analyse, Penetrationstests und Schwachstellenscans auf Common Vulnerabilities and Exposures (CVEs) geprüft werden. Zudem müssen Schutzmaßnahmen gegen Missbrauch enthalten sein, etwa Zugriffskontrolle, Verschlüsselung, Passwortkomplexität und nachvollziehbare Audit-Protokollierung, um nur einige zu nennen.

Die betrieblichen Vorteile von APM

Die Umsetzung einer ganzheitlichen APM-Strategie liefert messbare betriebliche, finanzielle und reputationsbezogene Verbesserungen im Einklang mit den Geschäftszielen.

Höhere Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit

Durch die Vorhersage von Ausfällen können Organisationen Instandhaltungsarbeiten während geplanter Abschaltungen einplanen, anstatt auf ungeplante Notfall-Ausfälle reagieren zu müssen. Dieser Wandel verbessert die Zuverlässigkeitskennzahlen des Systems (wie SAIDI und SAIFI) erheblich und sichert eine gleichbleibende Stromversorgung für Endkunden, was den Ruf der Organisation stärkt. Durch das Verständnis des aktuellen Anlagenzustands und proaktive Instandhaltung können Organisationen zudem geplante Abschaltungen oder Servicezeiten von Anlagen reduzieren. Zeigt eine Anlage Symptome eines Problems, gilt: Je früher eingegriffen und Abhilfe geschaffen wird, desto weniger Zeit benötigt die Behebung. Je länger ein Problem unbehandelt bleibt, desto schlimmer wird es – mit längeren Reparaturzeiten als Folge; in manchen Fällen müssen Anlagen, die vor Ort hätten repariert werden können, mit erheblichem Kostenaufwand in eine Reparaturwerkstatt gebracht werden. Viele Organisationen verlassen sich auf Netzredundanz, um die Stromversorgung ihrer Kunden im Ereignisfall aufrechtzuerhalten. Wie jedoch kürzliche, weltweit beachtete Ereignisse gezeigt haben, können auch Redundanzmaßnahmen versagen – daher ist es besser, ein zuverlässiges Netz durch die Sicherstellung von Zustand und Gesundheit kritischer Anlagen zu erhalten.

Optimierte Instandhaltungskosten

Präventive, zeitbasierte Instandhaltung führt häufig zu einer „Überinstandhaltung“ von Anlagen, wobei Arbeitskraft und Ersatzteile an einwandfrei funktionierenden Anlagen verschwendet werden. Um Kürzungen und Einschränkungen der Betriebskosten (OPEX) zu erfüllen, sind Organisationen gezwungen, mit weniger mehr zu erreichen. Dies kann in einer Organisation zu ernsthaften Problemen führen, da das Personal überlastet ist und der Überblick über die wichtigsten und wirkungsvollsten Instandhaltungsmaßnahmen fehlt. APM ermöglicht zustandsbasierte, proaktive Instandhaltung und sorgt so für optimierte OPEX-Budgets durch den richtigen Lagerbestand und den gezielten Einsatz von Personalressourcen nur dort, wo sie wirklich benötigt werden. Dieser Ansatz kann die Instandhaltungskosten erheblich senken, indem Lagerbestände reduziert und unnötige Vor-Ort-Einsätze und Eingriffe vermieden werden. Auch der Zeitaufwand des Personals für Instandhaltungsarbeiten wird optimiert, da die APM-Lösung die empfohlenen Maßnahmen liefert und so die Untersuchungszeit reduziert.

Verbesserte Investitionsplanung

APM nimmt der Investitionsplanung (CAPEX) das Rätselraten und sorgt für einen zeitgerechten Anlagenersatz. Viele Organisationen tun sich schwer damit, den richtigen Zeitpunkt für den Ersatz oder die weitere Reparatur einer Anlage zu bestimmen. Mit präzisen Informationen zu Zustand und verbleibender Nutzungsdauer jeder Anlage im Bestand können Verantwortliche fundierte Entscheidungen zwischen Reparatur und Ersatz treffen. So wird sichergestellt, dass Kapital effizient in Bereiche mit dem höchsten Risiko und Ertrag investiert wird. Lange Lieferzeiten für kritische Anlagen wie Leistungstransformatoren machen es besonders wichtig zu wissen, wann eine Ersatzanlage benötigt wird. Durch die Bereitstellung von Restlebensdauer-Schätzungen können Organisationen sich besser vorbereiten, Bestellzeitpunkte planen und sicherstellen, dass auch die nötigen Personalressourcen eingeplant und verfügbar sind.

Der Übergang in eine vorausschauende Zukunft

Die Einführung von APM ist ein fortlaufender Prozess und keine einmalige Softwareinstallation – sie erfordert Beiträge und Abwägungen vieler Stakeholder innerhalb einer Organisation. Vom Chief Operating Officer bis zu den Anlageningenieuren hat jede Rolle unterschiedliche Anforderungen und Erwartungen. Der Prozess beginnt mit der Identifizierung aktueller Herausforderungen und der wichtigsten Geschäftsziele, die die Organisation erreichen möchte. Es folgt eine Bewertung der zu berücksichtigenden kritischen Anlagen sowie der Datenverfügbarkeit und -quelle. Auch die IT-Architektur und die Integrationsanforderungen sind von großer Bedeutung, damit die Lösung eingesetzt werden kann, die IT- und OT-Infrastruktur navigiert, um mit den verschiedenen Softwaresystemen zu interagieren, und schließlich Flexibilität zur Skalierung bietet, während die Organisation auf ihrem APM-Weg voranschreitet.

Organisationen sollten zunächst den Fokus auf Problembereiche und Anlagen mit dem größten Einfluss auf Zuverlässigkeit und Sicherheit legen, wie Mittelspannungs- (MS) bis Hochspannungstransformatoren (HS), Leistungsschalter, Schaltanlagen und Übertragungsleitungen.

Mit zunehmender Reife des Ökosystems kann der Fokus auf Niederspannungsanlagen (NS) und weniger kritische Anlagen sowie die Integration in weitere Systeme ausgeweitet werden, um einen umfassenderen und integrierten Überblick über das Stromnetz zu erhalten. Entscheidend ist der Aufbau einer einheitlichen digitalen Grundlage, die einen freien Datenfluss zwischen verschiedenen Abteilungen wie Betrieb, Instandhaltung und Engineering ermöglicht, damit alle jederzeit Zugriff auf die richtigen Informationen haben.

In einer Welt, in der Energiestabilität und Zuverlässigkeit von zentraler Bedeutung sind, bietet APM die Klarheit und Kontrolle, die zur Steuerung der zunehmend komplexen elektrischen Infrastruktur erforderlich sind. Durch die Nutzung von Daten und integrierter Expertenanalytik zur Vorhersage von Ergebnissen können Energieversorger und Unternehmen einen sichereren, effizienteren und zuverlässigeren Betrieb gewährleisten und sich besser auf die Herausforderungen von morgen vorbereiten.

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