Tilstanden på kraftnettet vårt?? Anngjerd Pleym SINTEF Energiforskning AS

Transkript

1 Tilstanden på kraftnettet vårt?? Anngjerd Pleym SINTEF Energiforskning AS 1

2 Innhold Hva bestemmer tilstanden til en komponent Tilstandskontrollmetoder Hvordan kartlegge tilstanden i et nett Bidrag fra skadeanalyser og feilstatistikk? Oppsummering/konklusjon 2

3 Hva består kraftnettet vårt av? Kraftnettet = et sett av konkrete anlegg Kraftledninger Kabelanlegg Transformatorer Bryteranlegg Vern og kontrollanlegg Annet utstyr: overspenningsavledere, kondensatorbatterier, + + Alle spørsmål om tilstanden til kraftnettet = spørsmål om tilstanden til alle de enkeltanleggene det består av For å besvare spørsmålet om kraftnettets tilstand: Undersøkelser/målinger/tilstandskontroll Bruk av dataunderlag Statistiske metoder 3

4 Tilstanden til et anlegg som inngår i kraftnettet Et hvert anlegg består av enkeltkomponenter Enkeltkomponenter har en tilstand som er gitt av ulike faktorer Ikke bare alder! Anleggets tilstand er gitt som totalen av tilstanden for de enkelte komponenter svakeste ledd i kjeden Samspill mellom enkeltkomponenter Oppheng Fundament Line Stolpe/mast Isolator 4

5 Hva bestemmer tilstanden til en komponent? Alder Dimensjonering Driftsmønster Ekstreme påkjenninger Ytre påvirkning vær og vind, mekaniske påkjenninger Generelle påkjenninger Spesielle, lokale forhold Ytre påvirkning skader Konklusjon: Bildet er sammensatt!! 5

6 Hvilke komponenter påvirkes av hva Påvirkningsfaktor Belastningsgrad (strøm, spenning) Miljø/Ytre påkjenninger (vind, snø/is, korrosjon o.l) Endring i driftsmønster. Økt belastning, vekslinger Alder i seg selv Komponent Luftledninger X X Kabler X X Transformatorer X X X X Brytere X X X Generatorer X X Turbin/vannvei X Kilde: Aldersfordeling for komponenter i kraftsystemet, NVE

7 Ulike mekanismer kan forårsake feil Eksempel tranformator: Kjerne Viklinger Mekaniske forskyvninger, kortslutninger Papirisolasjon Svekking med alder, overoppheting karbonisering, koppersulfid Olje Oljelekkasje, koppersulfid, partikler, gass eller slam i oljen Gjennomføringer Sprekker i porselenshus, oljelekkasje, forurensninger i oljen, kortslutning Trinnkobler Feil pga forkulling av kontakter eller avbrente motstander Kasse 7

8 Levetidskurve for en vilkårlig komponent Reststyrke Komponentens tålegrense Større, tilfeldig påkjenning () Dimensjonerende påkjenning (nivå) [år] 8

9 Tilstandskontroll hva er det? Alle komponenter og anlegg har en funksjon forekommer når komponenten ikke lenger er i stand til å fylle funksjonen, ofte etter en eller annen form for degradering eller skade Tilstandskontrollmetoder: avdekke degradering av komponentens tilstand Tilstandsindikator Bilde på reststyrke hos en komponent Metoder mest pålitelig når reststyrke måles så direkte som mulig! Tilstandsindikator vil vanligvis være en avledet størrelse. 9

10 Tilstandsindikatorer og tilstandskontroll Eksempel tilstandsindikator: Lineskjøt med dårlig kontakt økt motstand sammenlignet med god skjøt Med økt motstand kommer økt temperatur når strøm flyter gjennom skjøten økt temperatur gir økt IR-stråling fra skjøten Økt IR-stråling kan måles vha termografering gir indikasjon på skjøtens tilstand Oversettelse av målt verdi til tilstand på komponent: Kunnskap om årsaker og utvikling Sammenligning med andre komponenter der en kjenner utviklingen fram til havari. 10

11 Eksempler - kraftledninger Delsystemer: Ledersystem korrosjon, mekanisk slitasje, lynskader, konstruksjonsfeil Isolasjonssystem Korrosjon, utladninger Bæresystem - Korrosjon, skader (råte) på trestolper Kontrollmetoder (eksempler, ikke fullstendig): Visuell inspeksjon og bildeanalyser OHL Corrosion Detector Infrarød termografi Resistansmålinger på skjøter Inspeksjon med trenet hund (råte i stolper) Diverse akustiske metoder råte i stolper Diverse mekaniske metoder råte i stolper 11

12 Eksempler - kabler Olje/papirisolasjon eller polymerisolasjon, ulike design Påkjenninger: Termiske, elektriske, miljømessige, mekaniske Kontrollmetoder (eksempler, ikke fullstendig): Visuell inspeksjon langs rute Kappeprøving, isolasjonsmotstand ytterkappe Oljeanalyser Delutladninger (PD) Tan δ målinger Polarisasjonsstrøm ved likespenning 12

13 Eksempler - transformatorer Store krafttransformatorer, mindre fordelingstransformatorer Delsystemer: Elektromagnetisk krets Strømførende krets Dielektrisk system Mekaniske strukturer Kjølesystem Gjennomføringer Trinnkobler Oljeutvidelsessystem 13

14 Eksempler - transformator Kontrollmetoder (eksempler, ikke fullstendig): Gassanalyser Oljeanalyser Resistansmålinger (trinnkobler) Tan δ målinger Dielektrisk respons Delutladninger (PD) elektrisk og akustisk Temperatur Visuell inspeksjon 14

15 Tilstandsbeskrivelse for et helt anlegg Behov for aggregering av tilstand for enkeltkomponenter til tilstand for et anlegg Reststyrke Komponentens tålegrense Større, tilfeldig påkjenning () Dimensjonerende påkjenning (nivå) [år] 15

16 Levetidskurver for kraftledningskomponenter eksempler Travers Line Isolator Teknisk tilstand TC 1 TC 2 TC 3 TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 Idriftsettelse, [år] TC 1 TC 1 Teknisk tilstand TC 1 TC 2 TC 3 Teknisk tilstand TC 4 TC 5 TC 2 T 1 T 2 T 3 T 4 TC 3 [år] Idriftsettelse, Teknisk tilstand TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 TC 2 Idriftsettelse, TC 3 [år] TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 Idriftsettelse, TC 1 Teknisk tilstand TC 1 TC 2 TC 3 Teknisk tilstand TC 4 TC 5 TC 2 T 1 T 2 T 3 T 4 TC 3 Idriftsettelse, [år] Mast TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 [år] Idriftsettelse, Levetidskurver for ulike sviktmekanismer pr komponent: - korrosjon - utmatting - vibrasjon - råte - slitasje ===> 16

17 TC 4 TC 5 TC 4 TC 5 TC 4 TC 5 TC 4 TC 5 TC 4 TC 5 Èn levetidskurve (modell) som beskriver tilstandsutvikling for en vilkårlig kraftledning? Teknisk tilstand aggregering til anleggsdelnivå? Dimensjonerende påkjenning [år] Idriftsettelse, Teknisk tilstand TC 1 TC 2 Teknisk tilstand TC 1 TC 2 TC 3 Teknisk tilstand TC 3 T 1 T T 3 T 4 TC 2 2 TC 1 [år] Idriftsettelse, TC 3 T 1 T 2 T 3 T 4 Idriftsettelse, [år] TC 4 TC 5 T 1 T 2 T 3 T 4 Teknisk tilstand Idriftsettelse, TC 1 TC 2 [år] TC 3 Teknisk tilstand TC 1 TC T T T T Idriftsettelse, [år] Teknisk tilstand TC 3 TC 1 TC T T T T TC 3 Idriftsettelse, [år] T T T T Idriftsettelse, [år] 17

18 Trender på bakgrunn av skadeanalyse? Skadeanalyse kan si noe om hva som er typiske feil på en type komponent. Med kjennskap til opprinnelse også noe om ytre påvirkning. Vet ikke hvor stor del av det totale antallet komponenter som havarerer Vet ikke hvor stor andel av havarerte komponenter som kommer til oss for skadeanalyse Konklusjon: skadeanalyse alene kan ikke gi bilde på tilstanden i et helt nett 18

19 Vet vi ikke noe?? Rapport fra NVE: Aldersfordeling for komponenter i kraftsystemet, 2005 Det norske nettet er noe yngre enn nettet i en del andre vestlige land, disse erfarer ikke spesielt store problemer med driftssikkerhet/økt feilfrekvens. Komponenter i det norske nettet har tradisjonelt vært romslig dimensjonert og altså drevet med belastning godt under grensen. Grunn til å anta at reell levetid er lengre enn designlevetid. Antyder at tilstanden i det norske nettet generelt er relativt god selv om alderen er økende. Helt sikkert lokale variasjoner!! Alder på det norske nettet: ca år 19

20 Feilfrekvens kraftledning 1 22 kv, Feilfrekvens kraftledning 1-22 kv. Feil pr 100 km og år 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Forbigående feil Varige feil Alle feil År Gjennomsnitt : 6,3 feil pr 100 km 20

21 Feilfrekvens kraftledning kv, Feilfrekvens for kraftledninger kv 3,0 Antall feil pr 100 km pr år 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, År kv kv 132 kv kv Gjennomsnitt : 1,1 feil pr 100 km 21

22 Konklusjon Ikke godt nok datagrunnlag for å si noe om tilstanden i hele nett pr. i dag. Muligheter for å drive tilstandskontroll må være systematisk arbeid koblet mot komponentdatabase og feilregistreringer for å lære og kunne si noe om nettets tilstand. Flere forskningsprosjekter på gang på området!! 22