Til hovedinnhold
Sviktsannsynlighet og restlevetid for nettkomponenter
Relaterte tema

Publisert 2. februar 2009

Kraftnettet er bygd opp av en lang rekke komponenter med ulik kritikalitet, kompleksitet, alder og tilstand. Det er en stor utfordring å planlegge vedlikehold og fornyelse. I EBL-prosjektet ”Tilstandskontroll og restlevetid for nettkomponenter” arbeides det nå med utvikle metoder og verktøy som på en bedre måte skal hjelpe everkene å møte de utfordringer de har på dette området.

Tekst: seniorforsker Jørn Heggset, SINTEF Energiforskning 

EBL-prosjektet gjennomføres for tiden ved SINTEF Energiforskning. I prosjektet utvikles det metoder og verktøy som skal sette nettselskapene bedre i stand til å beregne restlevetid og sviksannsynlighet for komponentene og dermed bestemme de riktige tidspunktene for vedlikehold og fornyelse.

Prosjektet kom i gang i 2007 og skal avsluttes i 2010. Budsjettet er på 20,4 millioner kroner, med midler fra Norges forskningsråd, nettselskap, kabelprodusenter og EBL Kompetanse. Nærmere tjue energiselskaper deltar i prosjektet i tillegg til EdF R&D (Frankrike), Nexans Norway og Draka Kabel.

Flere metoder
Hvordan kan så restlevetid og sviktsannsynlighet bestemmes? Det finnes flere mulige tilnærmingsmåter som alle har sine styrker og svakheter. Man kan benytte en rent deterministisk metode der eksperter ut fra sin erfaringsbakgrunn fastslår typisk (eller forventet) levetid for de ulike komponentene, og deretter bruker dette til å bestemme vedlikeholds- og fornyelsestidspunkt direkte. Et annet alternativ er å utarbeide levetidsestimater basert på feilstatistikk, kombinert med informasjon om komponentenes alder ved svikt.

Begge disse metodene har sin berettigelse, men uten en kobling til informasjon om komponentenes tekniske tilstand og tilhørende degraderingsutvikling, utnytter man ikke den mest åpenbare kunnskapen man har for bestemmelse av restlevetid. I det pågående prosjektet ønsker vi derfor å basere oss på en metodikk som kombinerer alle de nevnte kunnskapsbasene, og der informasjon om teknisk tilstand spiller en viktig rolle.

Fra kraftproduksjon
Selve tankegangen bak metodikken er utviklet i et tidligere EBL-prosjekt på vannkraftsiden, der det også er utviklet et brukervennlig verktøy for dette formålet. Flere av kraftselskapene i Norge, med Statkraft i spissen, har tatt metodikken og verktøyet i bruk som underlag for sine vedlikeholdsbeslutninger i vannkraftverk. På produksjonssiden arbeides det nå med videreutvikling og implementering, nærmere bestemt i EBL-prosjektet ”Verdiskapende vedlikehold innen kraftproduksjon”.

Metoden bygger på at man har kjennskap til levetidskurven for en komponent av en gitt type, og at man ved hjelp av tilstandskontroll/inspeksjoner kan bestemme hvor på kurven komponenten befinner seg. En generell levetidskurve er vist i figur 1, der det også er indikert at en komponent utsettes for påkjenninger av ulik styrke gjennom hele levetiden. Det kan til og med hende at det inntreffer en påkjenning som er så kraftig at komponenten svikter mens den fortsatt oppfyller sine funksjonskrav. Dette er indikert ved påkjenningen som krysser levetidskurven vist i figur 1.

 

En kontinuerlig levetidsutvikling som vist i figur 1 er i mange tilfeller vanskelig å forholde seg til når man skal plassere en gitt komponents posisjon på kurven. Dette gjelder spesielt hvis den tilstandskontrollmetoden som benyttes er indirekte, det vil si at den ikke eksplisitt forteller oss hva reststyrken eller tålegrensen til komponenten er. I den utviklede metodikken har vi derfor valgt å benytte en stilisert/trappeformet levetidskurve der levetiden deles inn i fire trinn med tilhørende oppholdstid i hvert trinn (se figur 2).

 

Inspirasjonen til en slik tilnærming er igjen hentet fra produksjonssiden, der EBL Kompetanse gjennom flere år har utviklet tilstandskontrollhåndbøker for komponenter i vannkraftverk. I disse håndbøkene er tilstandsutviklingen til komponentene klassifisert i nettopp fire trinn i tillegg til at vi i forbindelse med dette arbeidet har inkludert en femte tilstand (feil):

Karakter Betydning
1 Ingen tegn til svekkelse
2 Noe tegn til nedbrytning. Resultatet er noe dårligere enn i ny tilstand.
3 Utbredt tegn til nedbryting. Betydelig dårligere enn i ny tilstand.
4 Tilstanden kritisk
5 Feil


Ved å gjennomføre en tilstandskontroll og tolke resultatene fra denne i henhold til denne systematikken, kan man bestemme den vurderte komponentens posisjon på den stiliserte levetidskurven og grunnlaget for vurdering av restlevetid er dermed til stede.

Ekspertintervjuer
Før man kommer så langt må imidlertid en levetidskurve for nettopp denne komponenttypen med tilhørende skadetype og påkjenningsnivå defineres. Dette kan med fordel skje gjennom ekspertintervjuer. I prosjektet gjennomføres det nå en prosess med etablering av levetidskurver etter en prioritert komponentrekkefølge satt opp i samarbeid med nettselskapene som deltar i prosjektet.

Oppgaven til ekspertene er å bestemme kriteriene for at en komponent befinner seg i tilstand 1, 2, 3 eller 4 på levetidskurven, samt typisk tid komponenten vil befinne seg på hvert trinn av kurven. Også spredningen (usikkerheten) i tidsanslagene vil bli spesifisert i tillegg til komponentens påkjenningsnivå (klima, driftspåkjenninger, osv).

Sviktsannsynlighet
Det utviklede verktøyet prosesserer denne informasjonen til en sannsynlighetsfordeling for restlevetid, med utgangspunkt i komponentens tekniske tilstand i dag. Eller sagt på en annen måte: Verktøyet genererer årlige sviktsannsynligheter. Et eksempel på en slik sviktsannsynlighetsfordeling er vist i figur 3.

Kurven viser sannsynlighet for at den vurderte komponenten svikter i et gitt år, sett fra i dag. Denne type resultat er naturligvis svært interessant i den risikobaserte nettforvaltningen, og kan anvendes på mange måter. Man kan lese av sannsynligheten for svikt i eksempelvis de neste fem årene, man kan beregne forventede konsekvenser av uønskede hendelser, eller man kan benytte de årlige sannsynlighetsverdiene som inngangsdata til økonomiske kalkyler sammen med sviktkostnader (KILE-kostnader med mer).

Beregning av kostnader
Et eksempel på kostnads- og inntektselementer i en økonomisk kalkyle der man ønsker å vurdere vedlikehold av en effektbryter i 2007 sammenlignet med 2012, er vist i figur 4. Her er forventede sviktkostnader pr år inkludert (burgunder søyler) basert på de årlige sviktsannsynlighetene fra figur 3. I tillegg er vedlikeholdskostnaden i 2007 og 2012 vist ved henholdsvis blå og gul søyle. Den gule søylen er positiv fordi vi i dette eksemplet har valgt å se på nytteverdien av å gjennomføre vedlikeholdet i 2007 i forhold til 2012 (referansealternativ).

Tiltakskostnaden i 2012 blir dermed en unngått kostnad som kan bokføres som en inntekt i en nåverdianalyse. Kostnadselementene knyttet til svikt i årene 2007 til 2011 er også positive av samme årsak. Dette er kostnader man (forventningsvis) unngår ved å gjennomføre vedlikeholdet i 2007, og vil i dette enkle eksemplet være hele motivasjonen for ikke å utsette tiltaket til 2012.

Tilstandsdata
Parallelt med at vi i prosjektet spesifiserer levetidskurver ved hjelp av eksperter, arbeider vi også med å standardisere registrering av tilstandsdata hos nettselskapene. Dette vil være en annen viktig kilde for kalibrering av levetidskurvene. I den forbindelse har vi sett på hvordan ulike datakilder (ekspertvurderinger og tilstandsdata) kan kombineres for å komme fram til enda mer troverdige levetidskurver.

Et excel-verktøy er under utvikling som løser de metodiske utfordringene som ligger i dette; blant annet det faktum at tilstandsdata som regel er ufullstendige og sensurerte (foreligger ikke for hele levetiden til komponenten). Hvordan slike data skal tolkes og anvendes er derfor viktige spørsmål å få avklart.

Som en innledende aktivitet i prosjektet er det utarbeidet en omfattende, men kompakt oversikt over metoder for fastlegging av teknisk tilstand til kraftnettkomponenter. Både informasjon fra litteraturstudium og ekspertintervjuer presenteres i rapporten ”Condition and Assessment of Electrical Grid Components: Survey of Diagnostic Techniques and Evaluation of Methods” (EBL-publikasjon nr: 260-2007) Den omfatter tilstandskontrollmetoder for kraftledninger, kabler, transformatorer, koblingsutstyr, kondensatorbatterier, avledere, isolatorer og SF6-isolerte anlegg..

Håndbøker
Det utarbeides nå tilstandskontrollhåndbøker for kraftledninger og kabler, samt komplettering av ”Håndbok for transformator” som er under utarbeidelse av brukergruppen for transformator. Disse håndbøkene vil også bli et viktig underlag for standardisering av tilstandskriterier med mulighet for anvendelse i metodikken for estimering av restlevetid.

Nettselskapene vil gjennom resultatene fra dette prosjektet være godt rustet med hensyn til verktøy og metoder til å gjennomføre tilstandskontroller, tolke resultatene fra disse og benytte kunnskapen til beregning av restlevetid, sviktsannsynlighet og levetidskostnader.

 

Kontakt:

 Disse figurene er lagt inn i egen side av hensyn til lesbarhet.

Figur 1: Generell levetidskurve for en gitt komponent og en definert skadetype


Figur 2: Stilisert levetidskurve


Figur 3: Eksempel på sviktsannsynlighetsfordeling (sannsynlighetsfordeling for restlevetid)


Figur 4: Eksempel på økonomisk kalkyle for fornyelse av effektbryter i 2007 vs. 2012