Retrofitprojekt stellt Bahnstromerzeugung des Kraftwerks Erlaufboden auf neue Beine

Im heurigen Frühjahr hat der niederösterreichische Landesenergieversorger EVN die Modernisierung des Kraftwerks Erlaufboden abgeschlossen. Das Traditionskraftwerk, das seit über 100 Jahren die Mariazellerbahn mit Strom versorgt, zeichnet sich durch seine besondere elektrotechnische Ausstattung aus. Während mit einer Turbine ein 50 Hz-Generator zur Produktion von Strom für das öffentliche Netz angetrieben wird, treiben die beiden anderen Turbinen jeweils auf einer einzelnen Welle zwei 25 Hz/50 Hz Motor-Generator-Kombinationen an. Mit diesen Umformersätzen kann sowohl 25 Hz-Bahnstrom erzeugt, also auch bei zu geringem Wasserdargebot 50 Hz-Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen und auf die 25 Hz Bahnstromfrequenz umgewandelt werden. Da einer der beiden Umformersätze sein technisches Lebensende erreicht hatte, war ein Austausch notwendig geworden. Geliefert wurde der neue Umformersatz vom oberösterreichischen Branchenexperten Hitzinger Power Solutions GmbH. Eine weitere wichtige Rolle bei der Projektumsetzung spielte der niederösterreichische Automatisierungsspezialist Schubert ­CleanTech GmbH, der für die Erneuerung des elektro- und leittechnischen Anlagenequipments sorgte.

Traditionskraftwerk für die Mariazellerbahn umfassend modernisiert

Im 19. Jahrhundert zählte der obersteirische Wallfahrtsort Mariazell zu den am stärksten besuchten Fremdenverkehrsorten der Österreichisch-Ungarischen Monarchie. Um den vielen Pilgern eine komfortable Reise nach Mariazell zu ermöglichen, gab es bereits 1858 erste Überlegungen, eine Bahnstrecke zwischen der niederösterreichischen Landeshauptstadt St. Pölten und dem Wallfahrtsort zu bauen. Errichtet wurde die zunächst dampfbetriebene Mariazellerbahn, die aufgrund des anspruchsvollen Terrains als Schmalspurstrecke mit 760 mm Spurweite realisiert wurde, schließlich zwischen 1896 und 1907.

Elektrifizierung der Mariazellerbahn als Meilenstein

Bereits kurz nach der Fertigstellung wurde ein bereits zuvor erstelltes Konzept weiterverfolgt, wonach die Bahn mit elektrischem Strom betrieben werden sollte. Der Grund dafür lag in der abschließenden, rund 17 Kilometer langen Bergstrecke nach Mariazell. Auf diesem Abschnitt stießen die dampfbetriebenen Lokomotiven an ihre Leistungsgrenzen, und der Andrang an Fahrgästen der rasch populär gewordenen Bahn konnte nicht mehr im notwendigen Ausmaß bewältigt werden. Es musste also rasch eine Lösung gefunden werden, sagt der EVN-Teamleiter Werner Schöner: „Findige Techniker haben sich Gedanken gemacht, wie man die Bahn auf elektrische Traktion umstellen könnte. Das war damals alles andere als gängig in der Eisenbahnbranche.“ Um das Bahnnetz mit Strom zu versorgen, wurde das 1911 fertiggestellte Speicherkraftwerk Wienerbruck errichtet, das mit vier 25 Hz-Drehstromgeneratoren ausgestattet war. Mit einer Leistungskapazität von 6,6 MW bei der Inbetriebnahme war die Anlage das größte Speicherkraftwerk in Österreich-Ungarn. „Eine Besonderheit bei der Elektrifizierung der Mariazellerbahn war die Auslegung der Stromfrequenz auf 25 Hz – damals war die übliche Bahnstromfrequenz 16 2/3 Hz. Die 25 Hz-Frequenz setzte sich damals im ganzen Mariazellerland durch, es hat bis in die 1960er-Jahre gedauert, bis auch dort die privaten Hausanschlüsse auf die 50 Hz-Frequenz des öffentlichen Stromnetzes umgestellt wurden“, so Werner Schöner.

Besonderes Wasserkraftwerk

1924 wurde mit dem Kraftwerk Erlaufboden eine weitere Anlage zur Stromversorgung der Mariazellerbahn in Betrieb genommen. Das ebenfalls als Speicheranlage konzipierte Kraftwerk wurde mit drei auf jeweils 1,4 MW Engpassleistung ausgelegten Francis-Turbinen mit horizontalen Wellen ausgestattet, die noch heute in Betrieb sind. Eine der drei Turbinen treibt exklusiv einen 50 Hz-Generator an, mit dem Strom für das öffentliche Netz erzeugt wird. Zudem ist der schwarzstart- und inselbetriebsfähige Maschinensatz in der Lage, das Kraftwerk bei einem großflächigen Blackout wieder in Gang zu setzen. Die beiden anderen Turbinen treiben jeweils auf einer einzelnen Welle zwei Generator-Motor-Kombinationen mit einer Frequenz von 25 Hz bzw. 50 Hz an. Diese 25-Hz/50-Hz-Kombinationen dienen dem Kraftwerk als leistungsfähige Umformersätze. Wenn das Wasserdargebot zu gering ist, kann der 50 Hz-Generator als Motor Strom aus dem öffentlichen Netz beziehen und in weiterer Folge den 25 Hz-Generator für die Bahnstromversorgung antreiben. „Einer der beiden Umformersätze – die Maschine 2-5 – wurde seit den frühen 1970er Jahren als Hauptmaschine für die Mariazellerbahn genutzt, das war unser Arbeitstier. Der zweite Umformersatz – die Maschine 3-4 – war deutlich leistungsschwächer und nicht ausreichend in der Lage, um die Bahn mit Strom zu versorgen. Die Maschine war immer wieder von Überlastungen betroffen, was in weiterer Folge dazu führte, dass man aus dem Netz geflogen ist. Zudem konnte man den Umformer wegen der Generatorgeometrie auch nicht parallel zur Maschine 2-5 schalten“, erklärt Werner Schöner.

Parallelschaltfähigkeit verdoppelt die Bahnstromleistung

Da die Maschine 2-5 bereits ein fortgeschrittenes Alter erreicht hatte, wurde von der EVN eine umfassende Modernisierung der Anlagentechnik angestrebt. Zudem waren auch viele elektrotechnische Komponenten am Ende ihrer Lebenszeit angelangt. Bei der Analyse des Umformers 3-4, der zuvor mehrere Jahre stillgestanden hatte, wurde festgestellt, dass an der Ständerwicklung des 25 Hz-Generators bereits ein Kurzschluss aufgetreten war. Letztendlich wurde von der EVN beschlossen, den Umformersatz 3-4 so umzubauen, dass dieser den elektrischen Parametern der Maschine 2-5 entspricht, so Werner Schöner: „Das grundlegende Konzept bestand darin, den Maschinensatz 2-5 zu klonen, sodass wir die Maschinen 1:1 ersetzen können. Es stellte sich dann die Frage: Was wäre, wenn wir beide Umformersätze parallelschalten könnten – das würde bedeuten, dass wir mit allen vier Generatoren am Netz sind. Die Maschinen sollten elektrisch so beschaffen sein, dass auch die Leistungsaufteilung gleichmäßig ist. Sowohl im Motor- als auch im Generatorbetrieb sollte die gesamte Leistung auf der alten und neuen Maschine abrufbar sein. Mit dieser Ausführung sollte es möglich werden, der Mariazellerbahn die doppelte Leistung zur Verfügung zu stellen.“

Profis am Werk

Werner Schöner betont, dass eine wesentliche Projektherausforderung darin bestand, die über 50 Jahre alten Generator-Motor-Kombinationen so zu klonen, dass eine idente Lastaufnahme möglich wird. Grund genug, sich dafür Branchenprofis mit Top-Reputation ins Boot zu holen. Die Zuschläge für die Projektumsetzung erhielten im Rahmen der öffentlichen Ausschreibung zwei bewährte österreichische Wasserkraftexperten. Für die Lieferung des neuen Umformersatzes 3-4, bestehend aus einem 25 Hz-Generator und einem 50 Hz-Motor-Generator, wurde die oberösterreichische Hitzinger Power Solutions GmbH beauftragt. Der Linzer Traditionshersteller hat sich in den vergangenen Jahrzehnten mit seinen leistungsstarken Lösungen einen hervorragenden Ruf im Wasserkraft- und Energiesektor erarbeitet. Darüber hinaus kann Hitzinger auf eine Vielzahl erfolgreicher Projekte im Bahnstrombereich verweisen. Den Zuschlag für die Ausführung des neuen elektro- und leittechnischen Equipments konnte sich der niederösterreichische Automatisierungsspezialist Schubert CleanTech GmbH sichern. „Generell kann man sagen, dass die EVN, und im Speziellen die EVN Naturkraft GmbH, zu den treuesten und langjährigsten Kunden von Schubert zählt. Aufgrund unseres Leistungsportfolios mit Lösungen für Umspannwerke, Wasserkraft, Windkraft, Energiespeicher, Wasserversorgungen, etc. kann Schubert sämtliche Erfordernisse eines modernen Energieversorgers wie der EVN erfüllen. Die Geschäftsbeziehungen bestehen bereits seit mehr als 50 Jahren, als die EVN noch NEWAG hieß“, so Christian Schwarzenbohler, Divisionsleiter Energieerzeugung bei Schubert.

Maßgeschneiderter Umformersatz von Hitzinger

Hitzinger war bereits sehr früh in das Projekt involviert, denn die Linzer hatten schon vor den Erneuerungsmaßnahmen die Analyse des Umformers 3-4 durchgeführt. Nach dem Zuschlag für das Modernisierungsprojekt ging es für Hitzinger zunächst an das Sichten der alten, unvollständigen Konstruktionsunterlagen der Bestandsmaschinen. Es erfolgte eine Vermessung im Hinblick auf die Phasenverschiebung zwischen der 50 Hz und der 25 Hz-Maschine sowie detaillierte elektromagnetische Berechnungen. Zudem wurde eine Simulation des gesamten elektrischen Systems angestellt, worin unter anderem der Parallelbetrieb, Lastaufschaltungen und die 25 Hz-Pulsation enthalten waren. Weiters mussten auch mechanische Berechnungen für die Gesamtanlage im Hinblick auf die auftretenden Kräfte und Momente, Fundamentbelastungen sowie Torsionsschwingungen angestellt werden. Für den 25 Hz-Generator mit 1,5 m Statordurchmesser und ca. 28 Tonnen Gewicht wurde eine neue Baugröße entwickelt. Vor der Endmontage im Krafthaus wurde der komplette Umformersatz mit ca. 54 Tonnen Gesamtgewicht im Hitzinger-Werk aufgebaut und detaillierten Prüfungen unterzogen. Diese beinhalteten unter anderem die Prüfung der Spannungskurvenform zwischen den Maschinen. Zudem erfolgte ein Abgleich der Pollagen mit den Messungen im Kraftwerk am Bestands-Maschinensatz.

Branchenprofis beweisen Kompetenz

Nachdem der neue Umformersatz mittels Mobilkran ins Krafthaus eingebracht worden war, mussten die Maschinen auf Bruchteile von Millimetern genau ausgerichtet werden. Bei der Inbetriebnahme wurden von den Technikern von Hitzinger nochmals umfangreiche Tests durchgeführt. Dazu zählten unter anderem Schwingungsmessungen beim ersten Anfahren der Turbine. Außerdem wurde die gesamte Mittelspannungs-Messtechnik für den Abgleich zwischen den vier Maschinen im Parallelbetrieb an der Turbine aufgebaut. Die Einstellung der Phasenverschiebung wurde für den Mikrosekundenbereich ausgelegt, zudem wurden Lastversuche mit beiden Maschinensätzen im Parallelbetrieb durchgeführt. „Hitzinger hat mit seinen durchdachten Lösungen eine sehr hohe Kompetenz beim Auslegen der Maschinen unter Beweis gestellt. Ein Lob hat definitiv auch die Firma Schubert verdient, denn die Automatisierung eines Umformersatzes ist nicht ganz einfach. Es gibt sehr viele Betriebsziele im Kraftwerk Erlaufboden, die von einem normalen Wasserkraftwerk abweichen. Beispielsweise können wir mit den Maschinen solo Strom mit 50 Hz oder 25 Hz produzieren, zudem sind der Umformerbetrieb bzw. diverse Inselbetriebsarten möglich“, sagt Werner Schöner.

Neue Leit- und Automatisierungstechnik für das Kraftwerk

Neben der Automation des Umformersatzes 3-4 war Schubert auch für die Erneuerung der Turbinenregler, die Lieferung eines neuen 30 kV-Maschinentrafos sowie die Verkabelung und Adaptierung der elektrischen Anlagenteile für den neuen Umformersatz zuständig. Aufgrund des Alters der Kraftwerksautomatisierung hatte man sich dazu entschieden, die Automatisierung und Regelung sowie die Schutztechnik der gesamten Anlage zu modernisieren und auf den aktuellen Stand der Technik zu bringen. Von der EVN wurde in diesem Zuge auch die noch die komplette 20 kV-Schaltanlage des Kraftwerks erneuert. „Das ursprüngliche Konzept, wonach nur ein neuer Maschinensatz in die bestehende Steuerung und die Schaltanlagen eingebunden werden sollte, wurde nach und nach zu einer kompletten Revitalisierung des Kraftwerks abgeändert. Anstelle des Austauschs von Leistungsschutzschalter und Trenner in der offenen 20 kV-Schaltanlage wurde die gesamte Schaltanlage durch eine neue, gasisolierte SF6 Anlage von Siemens ersetzt “, erklärt Christian Schwarzenbohler. Die bestehende 30 kV-Schaltanlage des Kraftwerks wurde angepasst und vereinheitlicht. Dabei musste sichergestellt werden, dass die Bestandsanlage und die neue Automatik nebeneinander für sich störungsfrei funktionieren.

Bahnstromversorgung mit einzigartiger Technik

Mit seinen beiden Umformersätzen sei das Kraftwerk Erlaufboden eine Besonderheit für sich, betont Schubert-Projektleiter Andreas Grießler: „Für einen Elektrotechniker stellt dieses Kraftwerk aufgrund seiner Historie und der speziellen Technik beim Umbau eine sehr spannende Herausforderung dar. Man findet vom 2-poligen 30 kV-Bahnnetmit 25 Hz, dem öffentlichen 20 kV-Netz mit 50 Hz, den Generatorspannungen 6,5 kV und 6,3 kV auch sämtliche Steuer- und Signalspannungen und Ströme, verschiedene Datenprotokolle bis hin zu ferromagnetischen Resonanz-Phänomenen im Bahnnetz alles in einer Anlage vereint. Bei diesem Projekt galten hohe Ansprüche auf ganzer Ebene für die Projektleitung und Koordination, die Techniker und Monteure bis hin zur Softwareprogrammierung und die Schaltschrankfertigung.“ Im Zuge des Umbaus wurde beim neuen Umformersatz auch ein Wärmerückgewinnungssystem eingebaut. Damit können die Maschinenhalle und die Büroräume nun mit der Abwärme des Umformers beheizt werden. Zusätzlich wurde beim Kraftwerk eine Bypassleitung installiert, womit nun eine stoßfreie Wasserweitergabe bei Lastabwürfen oder Maschinenstillständen gewährleistet ist. „Das Ziel des Projekts war es, durch die Modernisierungen und den Umbau wieder einen stabilen und ausfallsicheren Anlagenzustand herzustellen und den Betrieb des Kraftwerks für die Betreiber zu vereinfachen. Ich denke, das ist uns gemeinsam mit dem EVN-Team rund um Werner Schöner und der Firma Hitzinger gut gelungen“, ist Christian Schwarzenbohler überzeugt.

Modernisierung steigert Betriebssicherheit und Effizienz

Im Zuge des großangelegten Modernisierungsprojekts sollten auch die über 100 Jahre alten Francis-Turbinen auf Vordermann gebracht werden. Dazu wurden die Turbinen einem Retrofitprogramm unterzogen, wobei bei allen Maschinen auch der Korrosionsschutz erneuert wurde. Beim Laufrad der Maschine 2-5 waren Schweißarbeiten notwendig, da bei der Inspektion feine Haarrisse festgestellt wurden. Die Modernisierungsarbeiten an den einzelnen Maschinen- bzw. Umformersätzen wurden Schritt für Schritt durchführt, im März 2026 war die Generalerneuerung abgeschlossen. „Abseits vom realisierten Parallelbetrieb der Maschinensätze hat sich das Projekt auch im Hinblick auf die Betriebsführung bezahlt gemacht. Vor dem Umbau konnte das Betriebsziel der Anlage nur vor Ort manuell geändert bzw. angepasst werden. Das war eine sehr zeitaufwändige Angelegenheit, die durch die träge Reaktion der mechanischen Turbinenregler zusätzlich erschwert wurde. Durch die Kombination aus digitalen Turbinenreglern, moderner Leittechnik und der Automatisierung kann die Anlage nun viel schneller und komfortabler gesteuert werden“, resümiert Werner Schöner.

Erschienen in zek HYDRO, Ausgabe 3/2026