Til hovedinnhold
Pålitelighet i kraftsystemet - en oversikt over pågående aktiviteter
Relaterte tema

Publisert 20. april 2005

Ved SINTEF Energiforskning, avdeling Energisystemer, arbeider vi med pålitelighetsrelaterte tema i mange prosjekter og med ulik detaljeringsgrad. Dette dreier seg om alt fra sviktmodeller for konkrete komponenttyper til metoder og verktøy for beregning av leveringspålitelighet i større nettområder.
Tekst: Forsker

Foto: Harald Danielsen


Denne artikkelen gir en kortfattet oversikt over den forskningen som for tiden pågår ved SINTEF Energiforskning innenfor dette svært aktuelle temaet.

Leveringspålitelighet
Dette temaområdet omfatter beregning av fremtidige avbruddskonsekvenser for leveringspunkt i kraftsystemet, både på kort sikt i forbindelse med driftsplanlegging (tidshorisont døgn - uke) og på lang sikt knyttet til optimalisering av vedlikehold, reinvesteringer og investeringer (tidshorisont år - levetid).

Med avbruddskonsekvenser mener vi parametere som antall avbrudd, avbruddsvarighet, ikke levert energi og avbruddskostnader. Disse størrelsene beregnes gjerne pr år, eventuelt over en annen tidsperiode og pr leveringspunkt (eller som gjennomsnitt for et område). Slike beregninger kan blant annet benyttes til å gi prognoser for fremtidige KILE-kostnader i et nettområde, inkludert en vurdering av hvordan investeringer og andre tiltak påvirker KILE-kostnaden. Når det gjelder bruk av pålitelighetsbaserte metoder for driftsplanlegging og drift av nett, behandles dette i prosjektet “Økt utnyttelse av kraftsystemet i Norden”. Arbeidet gjennomføres for Statnett og øvrige nordiske TSO-er (Transmission Systems Operators).

I det nordiske prosjektet “Optimalisering av leveringspålitelighet i kraftnett” (OPAL), organisert av EBL Kompetanse, arbeides det blant annet med utvikling av metodikk og verktøy for å beregne leveringspålitelighet i maskede kraftnett. I slike nett er det helt spesielle utfordringer knyttet til kartlegging av konsekvenser av utfall i forhold til radielle nett, der utfall alltid gir avbrudd for sluttbrukere.

I et maskenett kan utfall av enheter gi andre og mer "kompliserte" konsekvenser som overlast og spenningsproblemer. Driftsforstyrrelser i et maskenett er gjerne også mer sammensatt. Et typisk eksempel er kombinasjon av elektrisk feil (kortslutning, jordslutning) med uteblitt eller uønsket utløsning av vern. Som figur 1 viser, oppstår det flest sekundærfeil på vern (39 prosent), kontrollanlegg (32 prosent) og kraftledning (13 prosent). Feil på disse anleggsdelene omfatter dermed hele 84 prosent av antall registrerte sekundærfeil, dvs feil som oppstår eller oppdages i forbindelse med en driftsforstyrrelse.

 

 

Figur 1. Fordeling av sekundærfeil på anleggsdel med feil (Spenningsnivå: 132-420 kV, år: 1999-2001).

Dette krever andre og mer avanserte analyser og algoritmer enn for radielle nett. Ett av resultatene fra OPAL-prosjektet vil være en kravspesifikasjon med tilhørende prototyp for pålitelighetsberegninger i maskenett. Prosjektet skal også bidra til at denne metodikken implementeres i relevante programsystemer som
er i bruk i bransjen.

Pålitelighet av VKA-utstyr
I følge feilstatistikken er driftsforstyrrelser som inkluderer feil på VKA-utstyr (vern-, kontroll- og automatisering) svært vanlig. Denne typen utstyr forårsaker årlig ca 50 mill kroner i KILE-kostnader.

I prosjektet “Optimale løsninger for vern, kontroll og automatisering (VKA) i kraftsystemet” arbeides det blant annet med pålitelighetsmodeller for VKA-utstyr. Det er svært viktig å håndtere dette utstyret korrekt i forbindelse med analyser av leveringspålitelighet, og det er her et nært samarbeid med OPAL-prosjektet som "plugger" de VKA-modellene som utvikles inn i de mer overordnede nettmodellene.

I leveringspålitelighetsanalyser må man ta hensyn til sannsynligheten for at den såkalte utløsekjeden fungerer eller ikke. Statistikken viser at feil i utløsekjeden forårsaker et par svært vanlige feiltyper, nemlig uteblitt eller uønsket utløsning av effektbryter. En prinsippskisse av utløsekjeden er vist i figur 2.

 

Figur 2. Utløserkjeden.

VKA-prosjektet har også andre formål enn modeller for beregning av leveringspålitelighet. Et annet viktig tema er levetidsanalyser av VKA-utstyr/konfigurasjoner som underlag for valg av VKA-løsninger. Pålitelighetsmodellene er også svært sentrale i denne sammenhengen.

Sviktmodeller for komponenter
I forbindelse med analyser av vedlikeholds- og rehabiliteringsbehov, trenger man gjerne mer detaljerte modeller for anleggsdeler og komponenter. Gjerne som funksjon av driftstid/alder eller antall operasjoner. Formålet med disse modellene er å gi underlag for om det er lønnsomt å vedlikeholde eller fornye en konkret anleggsdel, og til hvilket tidspunkt. Man trenger modeller som viser degradering som funksjon av tid eller antall operasjoner, og som i neste omgang kan benyttes til å beregne sviktsannsynlighet og restlevetid.

Det er imidlertid mange flere faktorer enn alder/driftstid og antall operasjoner som påvirker degraderingsforløpet. Påkjenninger, spesielle konstruksjoner/typer/modeller og gjennomført vedlikehold er typiske eksempler på faktorer som kan spille en rolle. For å hjelpe bransjen med å håndtere dette kompliserte temaet, arbeider vi med en praktisk tilnærming der informasjon om teknisk tilstand utnyttes sammen med modeller for degradering til å anslå sviktsannsynlighet og restlevetid. Utgangspunktet er en stilisert betraktning basert på tilstandskontrollhåndbøker og systematikk utviklet i tidligere prosjekter. Denne aktiviteten gjennomføres i prosjektet Vedlikehold og rehabilitering innen vannkraft – også organisert gjennom EBL Kompetanse.

Innenfor dette området er det nylig satt i gang et PhD-stipend der det skal utvikles teori og modeller for sviktsannsynlighet og tilstandsutvikling av vannkraftanlegg (turbin, generator, mm). Dette stipendet finansieres av GE Hydro og flere kraftselskaper. Den praktiske tilnærmingen til dette kompliserte temaet virker så lovende at vi for tiden jobber med å få til en tilsvarende aktivitet rettet mot nettkomponenter.

Datagrunnlag
Parallelt med modellutviklingen konsentrerer man seg også om datagrunnlaget (feilstatistikken), der FASIT etter hvert er blitt en bransjestandard i Norge. For tiden arbeides det med en nordisk koordinering av feilstatistikk for kraftnett gjennom OPAL-prosjektet. Der ser man på muligheten for å gi brukerne tilgang til feildatabasen via et web-grensesnitt. Dette vil være et svært spennende tiltak, som vi regner med vil ha stor betydning for anvendelsen av feildata.

Innenfor prosjektet “Vedlikehold og rehabilitering innen vannkraft” gjennomføres det et pilotprosjekt der man prøver ut om det er praktisk mulig å gjennomføre en detaljert feilregistrering på komponent- eller delkomponentnivå i kraftselskapenes vedlikeholdssystemer. Og deretter samle dette i en nasjonal database. Arbeidet med datagrunnlaget er en kontinuerlig aktivitet både med hensyn til systemer, rutiner, kompetanse og anvendelse av data. Dette er aktiviteter som må gå hånd i hånd med metodeutviklingen.

Analyseoppdrag
Ved SINTEF Energiforskning gjennomfører vi også mer konsulentpregede analyseoppdrag knyttet til pålitelighetsberegninger av ulike kraftnett, inkludert analyser av nødstrøm- og reservekraftforsyning. Eksempler på oppdragsgivere er oljeselskap og landbasert industri, samt offentlig forvaltning. Her benytter vi en kombinasjon av egenutviklede metoder/verktøy og standardverktøy (for feiltreanalyser mm). Dette gir oss ønsket analysekompetanse som er utgangspunkt for videre forskning og utvikling innenfor området.

 

Figur 3. Stilisert fremstilling av tilstandsutvikling basert på karakterene 1-4 i hht systematikk i EBL Kompetanses tilstandskontrollhåndbøker.