Oversikt over metodikk i Liisa Pottonens avhandling

Transkript

1 Oversikt over metodikk i Liisa Pottonens avhandling GKj februar/mars/april 2005 basert på pre-exam versjon januar 2005 og ferdig avhandling april

2 Universitetet i Helsinki doktorarbeid Liisa Pottonen 2005 Tittel: A method for the probabilistic security analysis of transmission grids Veileder: Matti Lehtonen Målsetting: Utvikle en probabilistisk metode for å estimere driftssikkerheten i overføringsnettet inklusive transformator-stasjonen Sammenlikne ulike samleskinnekonfigurasjoner og betydningen av ulike komponenter i stasjonen for påliteligheten Løse dette problemet vha eksisterende programvare heller enn å utvikle et eget for dette I tillegg: Få et estimat av påliteligheten i det finske 400 kv nettet Avhandling kan lastes ned på: 2

3 Innhold i Liisa Pottonens arbeid Pålitelighetsmodell: Hendelsestrær for feilklareringsforløpet, med initierende hendelse ledningsfeil Input fra feiltrær som beskriver stasjonskomponentenes betydning for de ulike komponentene i feilklareringsforløpet FMEA for de ulike stasjonskomponentene. Gir feilfrekvens og reparasjonstid som input til feiltrærne Driftssikkerhetsanalyse: Konsekvenssimuleringer i PSS/E Kraftsystemtilstander klassifiseres etter alvorlighetsgrad Sannsynlighet for disse beregnes Beregner ulike viktighetsmål som sier noe om betydningen av de ulike komponentene i stasjonene Case: 400 kv-nettet til Fingrid for en lastflytsituasjon (import) 3

4 Liisa Pottonens modell - utgangspkt Probabilistic safety assessment (PSA), Starter med en initierende hendelse Konsekvenser analyseres med hendelsestrær (event trees) og feiltrær (fault trees) Initierende hendelse i L.P.s modell: Ledningsfeil 4

5 L. Pottonen sin modell 7) Master rapid autoreclosure 8) Follower: rapid autoreclosure f IE *l M Stasjonskonsekvenser. Sannsynligheter som input i hendelsestreet Line fault 1) Master: main protection trip signal 2) Follower: main protection trip signal P(success) P(failure) 5) Follower: 3)Master: circuit circuit breaker breaker trips trips 4) Master: breaker failure relay 6) Follower: breaker failure relay Output: frekvenser Inkluderer feilvarighet og hvilke komp. som løser ut i stasjonen Feiltrær for feil på ulike komponenter i feilklareringen 5

6 L. Pottonen sin modell: 3 ledningsseksjoner og ulike ssk-konfig i hver ende Master Follower Substation 1 Substation 2 20 % 60 % 20 % Substation 2: pott (putt) trip, substation 1: zone 1 trip Substations 1 and 2: zone 1 trip Substation 1: pott (putt) trip, substation 2: zone 1 trip Transformer bay Line bay Line bay Bus coupler circuit breaker bay Main bus bar W1 Transformer bay Transformer bay Line bay Line bay Main bus bar W1 Main bus bar W2 Auxiliary bus bar Current transformer Circuit breaker Disconnector Ulike ssk-konfig. I de forskjellige stasjonene Main bus bar W2 Current transformer Circuit breaker Disconnector 6

7 Event trees Hendelsestrær avh. av konfig i trafostasj og feilsted: Ledningsseksjon deles i tre seksjoner, dvs 3 vernplaner 3 vernplaner pr linje x 4 ulike linjer avh av ant eff br (ssk konfig) = 12 ulike hendelsestrær Substation 1 Substation 2 20 % Substation 2: pott (putt) trip, substation 1: zone 1 trip 60 % 20 % Substations 1 and 2: zone 1 trip Substation 1: pott (putt) trip, substation 2: zone 1 trip Ser til og med ssk i hver stasjon Distansevernsoner 7

8 Event trees barriers (elementer i hendelsestreet) Vern Effektbrytere Bryterfeilvern Hurtig automatisk gjeninnkopling 8

9 Dublerte ledningsvern Master Follower Dublerte vern: 2 distanse, evt distanse og differensial Kommunikasjon: Dublert eller felles 9

10 Feiltre - eksempel A basic event An ANDgate An ORgate Z-relays fail to send a trip signal Z1 Z2 DC 1 Z1- Z1 VT relay MCB DC 2 Z2- relay Z2 VT MCB Unavailabilities for basic events as input CCF Bay 220 V DC1 MCB DC1 battery CCF Bay 220 V DC2 MCB DC2 battery FMEA for basic events Bay Substation Substation Bay 10

11 Feiltrær for ulike typer feil Hovedvern får ikke sendt trip signal til effektbryters utløsespole Effektbryter løser ikke ut etter å ha mottatt trip signal Bryterfeilvern feiler. Feiltreet inneholder både disse og tilhørende effektbrytere. Skjer hvis en eller flere effektbrytere forblir lukket Hurtig gjeninnkopling feiler. Feiltreet inneholder releer og effektbrytere 11

12 Komponenter i feiltrær og FMEA Vern Elektromekaniske, elektroniske og numeriske distansevern. Numeriske differensialvern Spenningstransformator, automatsikringer (strømtransformator ikke modellert) Kommunikasjonskanal (optiske fibre, radio, bærefrekv (PLC)) og testsvitsj) Effektbrytere Tripfunksjon for trykkluftbrytere, oljefattige brytere og SF6, utløsespoler, gjeninnkoplingsfunksjon for trykkluftbrytere, oljefattige brytere og SF6 Bryterfeilvern (elektroniske) Hurtig automatisk gjeninnkopling Elektromekaniske, elektroniske, numeriske og synkronismesjekk Komponenter som sender alarm (spenningsmåling) og komponenter som testes Common cause failures: Substation and bay Delkomponenter som kan være felles for flere komponenter: 220 V DC, automatsikringer, 48 V DC strømforsyning for telekom, pneumatikksystem for trykkluft effektbrytere 12

13 Eksempel på FMEA 220 V DC voltage supply IDENTIFICATION: ID DC1 220 V 1 or ID DC2 220 V 1, where ID is the identification of the substation. ID DC1 220 V 1 is used for distance relay 1, breaker failure relay, circuit breaker trip coil 1, circuit breaker closing coil and rapid automatic reclosing relays. ID DC2 220 V 1 is used for distance relay 2, differential relay, and circuit breaker trip coil 2. Item Function Cause of Failure Effects of failure Detection of λ (1/year) Substation 220 V DC voltage batteries. This includes the batteries, miniature circuit breakers and direct current conductors. Direct voltage that feeds the relays, and circuit breaker trip coils and telecommunication 48 V DC supply. failure Manufactur ing, installation failure or ageing mode DC short circuit Relays do not function, circuit breaker trip coil does not receive a trip command failure An alarm of a DC fuse or an alarm of the low voltage of the battery. Monitored component. MTTR (year) λ = 6.4E-04 MTTR = 9.0E-04 Basert på Bayes teorem og statistikk Gir feilfrekvens og reparasjonstid 13

14 Konsekvensanalyse - driftssikkerhet 7) Master rapid autoreclosure 8) Follower: rapid autoreclosure 2) Follower: main protection trip signal 1) Master: main protection trip signal 5) Follower: 3)Master: circuit circuit breaker breaker trips trips 4) Master: breaker failure relay 6) Follower: breaker failure relay Simulerer konsekven sene i hendelsestreet i PSS/E Line fault

15 Konsekvensanalyse - driftssikkerhet Simuleringer i PSS/E En lastflytsituasjon (januar, importsituasjon) Antall simuleringer nødvendig: ca1400 (39 linjer med stasjonskonsekvenser pr linje) Hvert case er simulert fra start i 20 sek for å sjekke stabilitet. Simulert med 3-fase feil og feilimpedans lik 0 Simulerer alle konsekvenser i hendelsestrærne der tilstanden ikke kan konkluderes umiddelbart. Kraftsystemtilstander grupperes i: Secure, alert, emergency and system breakdown (+partial system breakdown). Regler for klassifisering basert på stabilitet, spenningsproblemer og overlast Gjør forutsetninger om remote back-up 15

16 Flytskjema prosess pr ledning Utg.pkt valgt ledning, ET og FT er Analyserer ET og stasjonskonsekv. Analyserer kraftsystemkonsekv. Resultater kraftsystemkonsekv. Min. kuttesett Importance measures Frekvenser for system breakdown Feilstat. ET er FT er FMEA er RiskSpectrum PSS/E RiskSpectrum 16