Muligheter og utfordringer i bruk av levetidsmodeller for nettkomponenter

Transkript

1 Muligheter og utfordringer i bruk av levetidsmodeller for nettkomponenter Jørn Heggset Nettkonferansen desember 2006 i Oslo 1

2 OPAL Optimalisering av leveringspålitelighet i kraftnett Prosjektperiode: Budsjett: 5,9 mill NOK Deltakere: EBL Kompetanse (NO), Elforsk (SE), Statnett (NO), NTNU (NO), nettselskap, DEFU (DK), Tampere University of Technology (SF), Norges Forskningsråd (NO) 2

3 Hovedresultater fra OPAL-prosjektet 1. Nordiske retningslinjer for registrering og rapportering av feil- og avbruddsstatistikk 2. Bedre utnyttelse av feil- og avbruddsdata i nettplanlegging og drift (inkl. eksempler) 3. Levetidsmodeller for nettkomponenter 4. Kravspesifikasjon for beregning av leveringspålitelighet i maskenett 3

4 Utfordringer og muligheter Kunnskap om skademekanismer, teknisk tilstand og Investering sviktsannsynlighet er essensielt for estimering av restlevetid og levetidskostnader Drift Vedlikehold Underlag for vedlikeholds- og fornyelsesstrategi Bruke ressurser på riktige komponenter til riktig tid Elektriske tap Avbrudd Fornyelse Trenger enhetlige rammeverk KILE og systemer for håndtering av denne type problemstillinger og datagrunnlag Avvikling Teknisk kompetanse Reparasjon pensjoneres Forsterkning Viktig med samarbeid mellom Restverdi nettselskap, utstyrsleverandører og forskning 4

5 Levetidsmodeller for nettkomponenter For en gitt komponent(type): Estimering av (rest)levetid Estimering av sviktsannsynlighet pr år Basis for Tilstandskontroll, vedlikehold og fornyelse (0-5 år) Analyse av reinvesteringsbehov (5 år ) Teknisk tilstand Driftshistorikk Type komponent (design, alder, etc.) Restlevetid Sviktsannsynlighet Påkjenninger Levetidskurve Feilstatistikk 5

6 Levetidskurve Reststyrke [%] Tilfeldig påkjenning P Komponentens tålegrense F Svikt Normal driftspåkjenning P-F intervall Levetid Tid [år] 6

7 Forenklet levetidskurve Teknisk tilstand TC 1 TC 2 Spesifikk skadetype og påkjenninger Tiltak TC 3 Svikt TC 4 TC 5 Idriftsettelse, rehabilitering, etc. T 1 T 2 T 3 T 4 Tid [år] Karakter Betydning (fra EBLs håndbøker for tilstandskontroll av vannkraftutstyr) 1 Ingen tegn til svekkelse. 2 Noe tegn til nedbrytning. Resultatet er noe dårligere enn i ny tilstand. 3 Utbredt tegn til nedbrytning. Betydelig dårligere enn i ny tilstand. 4 Tilstanden er kritisk. 5 Svikt 7

8 Modellering av hovedtilstander Antar: T k ~ gammafordelt Teknisk tilstand Feil Tilstand k: T 1 T 2 T 3 T () gamma(α 1, β 1 ) gamma(α 2, β 2 ) gamma(α 3, β 3 ) gamma(α 4, β 4 ) 8

9 Hovedtilstander Markov-kjede Gamma-forderlinger transformeres til en kjede av eksponensial-fordelinger T 1 T 2 T 3 T () λ 1 λ 2 λ 3 λ 4 λ 5 λ 6 λ 7 λ 8 λ 9 λ F 9

10 Ekspertvurdering av effektbryter Enhet: Type: Skadetype: Årsaker: Skadeforløp: Benevnelse Antall koblinger Normalt norsk klima 1. Enhet- / komponentbeskrivelse Driftsanordning - energilager Hydraulisk og trykkluft 2. Skadebeskrivelse Manglende energi Dårlige pakninger Korrosjon Defekte pumper Etc. Lekkasje etc. 3. Normal driftstilstand (Designkriterier) Beskrivelse 0-10 pr år 4. Påvisning av tilstanden Karak-ter Kriterier for karaktersetting basert på tilstandskontroll-håndbøkene og eventuelt andre vurderinger 2 Synlig korrosjon, svette pakninger, mindre lekkasjer 3 Koblingstid eller oppspenningstid signifikant endret Lekkasje 4 Betydelig lekkasje (kompressor starter ofte) 5 svikt Utilstrekkelig koblingsenergi ( låst bryter) 5. Varighet og spredning for tilstand 1-4 T 1 T 2 T 3 T 4 Typisk varighet for tilstand 1-4: tid [år] %-kvantil: tid [år] ,1 10

11 Verktøy for beregning av sviktsannsynlighet for en spesifikk komponent med en gitt teknisk tilstand Based on expert judgment: Expected values 10th percentile alfa beta 1 10,00 5,00 5,33 1,87 Sub-component: Operating mechanism / energy storage 2 10,00 5,00 5,33 1,87 Type: Hydraulic 3 5,00 2,00 3,43 1,46 Failure type: Lack of energy 4 1,00 0,10 0,97 1,03 Expert: NN Sum: 26,00 Company: XX Technical new condition: x Neste år year Failure probability 1 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Cumulative probability MTTF 6,923 P_failure 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 Failure probability year 11

12 Sviktkostnader en del av nåverdianalysen kkr Vedlikeholdskalkyle 1000 (alle tall i 1000 kr) 500 Tiltak: 0 Eksempel Inntekter Nåverdi Økt virkningsgrad Økt tilgjengelighet/redusert sviktsannsynlighet Unngår/utsetter fremtidige kostnader Andre inntekter Sum Kostnader Inntekter/kostnader Ressurser Økt tilgjengelighet/redusert sviktsannsynlighet Økt virkningsgrad Utilgj.het under tiltaket Vedlikeholdsintroduserte feil Andre kostnader Sum ,060 Resultat ,050 0,040 Akkumulert nåverdi ,030 Kalkulasjonsrente 8,0 % 0,020 Sviktsannsynlighet 1 Eksporter resultat... 0,010 0, Andre kostnader Vedlikeholdsintroduserte feil Utilgj.het under tiltaket Ressurser Andre inntekter Unngår/utsetter fremtidige kostnader Referansetiltak Nytt tiltak 12

13 Bruk av data om sviktsannsynlighet Dataverktøy for analyse av restlevetid 0.18 Sviktsannsynlighet Sviktsannsynlighet P_svikt Inngår i økonomiske beregninger Inntekter Nåverdi Økt virkningsgrad Økt tilgjengelighet/redusert sviktsannsynlighet Unngår/utsetter fremtidige kostnader Andre inntekter Sum Kostnader Ressurser Utilgj.het under tiltaket Vedlikeholdsintroduserte feil Andre kostnader Sum år Resultat Akkumulert nåverdi

14 Bruksområder for metoden Svar på grunnleggende spørsmål: Hva er sannsynlighet for svikt på denne komponenten i f.eks. de neste 5 årene? Beregne forventede kostnader av uønskede hendelser Beregne øknomisk nytteverdi av vedlikehold og reinvesterings-prosjekter Dokumentere et prosjekts virkning på ulike kvalitative elementer (helse, miljø, sikkerhet, PR, etc) Kvantifisere effekten av ulike vedlikeholdsstrategier 14

15 Ekspertvurderinger Teknisk tilstand TC 1 TC 2 Levetidskurve TC 3 Svikt TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 Idriftsettelse, rehabilitering, etc. Tid [år] Sviktsannsynlighet 15

16 Restlevetid, sviktsannsynlighet og levetidskostnad for nettkomponenter (Nytt prosjektforslag fra 2007, se FoU 2007) Mål Etablere metodikk og datagrunnlag for estimering av restlevetid, sviktsannsynlighet og levetidskostnad for nettkomponenter, samt utvikle programvareprodukt (prototyp) for lagring, oppdatering og anvendelse av levetidsdata. Delprosjekter 1. Spesifisere standard tilstandskriterier og skadetyper Teknisk tilstand - degradering håndbøker 2. Etablere levetidskurver for komponenter og skadetyper Tid til svikt - påkjenninger ekspertvurderinger 3. Utvikle metodikk og programvareprodukt for levetidsdata Lagring og oppdatering - sviktsannsynlighet - levetidskostnader 16

17 Tilstandsdata + Ekspertvurderinger + Driftserfaringer/ -statistikk Teknisk tilstand TC 1 TC 2 Levetidskurve TC 3 Svikt Håndbøker for tilstandsfastlegging, skadeatlas TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 Idriftsettelse, rehabilitering, etc. Tid [år] Sannsynlighet For svikt 17

18 Takk for oppmerksomheten! 18