Hálózatautomatizálás és hibahely meghatározás

Hálózatautomatizálás és hibahely meghatározás Dr. Raisz Dávid, docens, csoportvezető BME Villamos Energetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport

Villamos Energetika Tanszék

Villamos Művek és Környezet Csoport

Tartalom • Kiesési statisztikák, fontosabb mutatók • Elosztóhálózati fejlesztések költség-haszon elemzése • Hibahely-meghatározás jelenlegi gyakorlata

• Új módszer és berendezés, tesztüzem eredményei

2014.12.11.

[email protected]

2

Kiesési statisztikák

2014.12.11.

[email protected]

3

• Kiesési statisztikák

Kiesési mutatók – SAIDI (System Average Interruption Duration Index)

átlagos kiesési időtartam mutató, perc/fogyasztó/év – SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) átlagos kiesési gyakoriság mutató, kiesés/fogyasztó/év + egyebek, pl. – TIEPI (TIme of Equivalent Interruption per Power Installed) – NIEPI (Number of Equivalent Interruptions per Power Installed) – MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index)

2014.12.11.

[email protected]

4


Nemzetközi horizont Nem tervezett SAIDI:

2014.12.11.

[email protected]

5


Nemzetközi horizont Köf kábelarány és SAIDI (tervezett és nem tervezett) :

2014.12.11.

[email protected]

6


Egy hazai elosztó jellemzői • 2009-2011 között:

100% 90% rate by voltage levels

80% 70% 60%

50%

70% 86%

HV

40%

MV

30%

LV

20% 10% 0%

29% 12% unplanned SAIFI

unplanned SAIDI

• MEKH előírás:

2014.12.11.

[email protected]

7


Egy hazai elosztó jellemzői • Kiesések száma (esemény/100 km/év) 7 és 12 között • Átlagos „felvonulási idő”: 63 perc • Helyreállítási idő: 1,5 .. 2 óra

• Átlagos kiesési idő: 2 óra 39 perc (egy adott alállomási körzet 6 hónapos adatai alapján)

• Szélsőséges időjárás esetén sokkal hosszabb (2010. aug. 13-17, 149 esemény elemzése):

Átlag Maximum

2014.12.11.

Első kapcsolás

Első kézi kapcsolás

Behatárolás

0:13:04 11:53:00

1:58:14 24:58:00

4:11:02 24:41:00

[email protected]

Helyreállítás 3:34:37 38:22:00

8


Kiesési mutatók javítási lehetőségei • Táppontok sűrítése • Kábelesítés • Burkolt szabadvezetékek alkalmazása

• Hálózat redundanciájának növelése • Hálózatautomatizálás (TMOK-k, recloser-ek)

• Gyors hibahely meghatározás •…

Melyik a leggazdaságosabb???

2014.12.11.

[email protected]

9

Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzésére vonatkozó módszertan bemutatása Külföldi irodalom alapján

2014.12.11.

[email protected]

10

• Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése

„Minden forint számít”  Minden döntést (beruházás, korszerűsítés, automatizálás stb.) egy teljes élettartamra vonatkozó költség-haszon elemzés alapján optimálisan kell meghozni.  A tényleges költségeket el kell tudni ismertetni, alá kell tudni támasztani.  Átfogó, megalapozott, eljárások szükségesek.

2014.12.11.

transzparens

[email protected]

modellek

és

11


Irodalom • Henry Lägland: Comparison of Different Reliability

Improving Investment Strategies of Finnish MediumVoltage Distribution Systems, Universitas Wasaensis 2012

• Anna Taskanen: Analysis of electricity distribution network

operation business models and capitalization of control room functions with DMS, Lappeenranta 2010

2014.12.11.

[email protected]

12


Kiesési mutatók javítása • Hálózat redundanciájának növelése

2014.12.11.

[email protected]

13


Kérdésfelvetés • Változó körülmények • Szabályozási környezet, fogyasztói igények, öregedő hálózat, környezeti változások, új technológiák • Tanulmány egyik fő kérdése: elosztóhálózati üzemeltetés (DMS) mely funkcionalitásai milyen hatással vannak a kiesésekre (és azok költségeire)? Alapvető monitoring

Hiba kezelés

Üzemeltetés tervezés

Topológia felügyelet

Események elemzése, hibahely behatárolás

Tervezett kiesések

Hálózati állapot felügyelet

Hiba kiszakaszolása

U-Q optimalizálás

Szerelési munkák / szerelők ütemezése

Hiba elhárítása

Hálózatkép átrendezés

Autom. hibajelentések 2014.12.11.

Ügyfélszolgálat [email protected]

14


Mintahálózat, bemenő adatok • 5 MW névl.terh. 40 km hosszú vonal. Átlagos terhelés: 800 kW, meghibásodási ráta:

7db/100 km/év. Normál üzemben SAIDI = 90 perc. Kiesés költségei: 1.34 EUR/kW és 12.85 EUR/kWh. • Kiesés költségei szektoronként és régiónként változnak, és a költség viselői közötti megosztás is bonyolítja az értékek meghatározását: Nem tervezett Ügyfél típus

Tervezett

GVA

LVA

€/kW

€/kWh

€/kW

€/kWh

€/kW

€/kW

Háztartás

0,36

4,29

0,19

2,21

0,11

0,48

Mezőgazdaság

0,45

9,38

0,23

4,80

0,20

0,62

Ipar

3,52

24,45

1,38

11,5

2,19

2,87

Közületi

1,89

15,08

1,33

7,35

1,49

2,34

Szolgáltatás

2,65

29,89

0,22

22,8

1,31

2,44

Súlyozott átlag

1,34

12,85

0,49

7,52

0,75

1,33

2014.12.11.

[email protected]

15


Eredmények Költségtényezőkre gyakorolt hatások Megtakarítás (%/év) OPEX

Megtakarítás (%/év), kiesés ktsg.

Hibahely meghatározás és elhárítás

4,6

11,5

Hibajelentések

0,9

2,25

Szerelés/szerelők ütemezése

1,8

4,5

Átrendezés

2,7

6,75

Összesen

10

25

Alkalmazások hatásai

2014.12.11.

[email protected]

17


Eredmények • Az elérhető eredmények és a megtérülés nagymértékben

hálózatfüggők:

2014.12.11.

[email protected]

18


„Primer” hálózati fejlesztések hatásai

2014.12.11.

[email protected]

20

• Alkalmazott modellek, forgatókönyvek

Hálózat típusok

2014.12.11.

[email protected]

21


Hálózatautomatizálási változatok

2014.12.11.

[email protected]

22


Hálózatrész leválasztási lehetőségek

2014.12.11.

[email protected]

23

• Szimulációs eredmények

Kiesési mutatók

!

Összehasonlítás alapja: szv, kézi szakaszolás 2014.12.11.

[email protected]

24


Megtérülési idők

Összehasonlítás alapja: a) Nincs automatizálás 2014.12.11.

b) TMOK a gerincvezeték felénél [email protected]

25


Új alállomások létesítése (táppont sűrűség megduplázása)

2014.12.11.

[email protected]

26


Kábelesítés

a) Meglévő SZV cseréje

2014.12.11.

[email protected]

b) Új létesítés

27


Következtetések • Léteznek olyan módszerek, amelyekkel teljes körűen

felmérhető a hálózati beruházások ill. üzemirányítási funkciók üzemvitelre gyakorolt hatása • Ezeket a módszereket lehetőleg az összes hazai elosztóra egységesen lenne célszerű bevezetni • Egy ilyen egységes módszer szolgálhatna megfelelően alátámasztott költség-elismerési igények alapjául • Burkolt szabadvezeték sokkal gyorsabban megtérül, mint

földkábel (olcsóbb) • Hálózatautomatizálás kevésbé „védett” hálózattípusok esetén hamar megtérül 2014.12.11.

[email protected]

28

Hibahely-meghatározás gyakorlata Hazai és külföldi gyakorlat

2014.12.11.

[email protected]

29

• Hibahely-meghatározás gyakorlata

Tartalom • Középfeszültségű szabadvezeték-hálózatokról lesz szó. • Középfeszültségű

hibahely meghatározás gyakorlata (hazai és külföldi módszerek)

jelenlegi

• Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés

ismertetése, az eddigi 3 éves üzem tapasztalatainak ismertetése

2014.12.11.

[email protected]

30


Kompenzált hálózat • Középfeszültségű szabadvezeték-hálózat esetén • Csillagpont és föld közé: Petersen tekercs • Ez

– megfelelő hangolás esetén – kompenzálja az egyfázisú földzárlatok során folyó kapacitív zárlati áramot • 100-200 A nagyságú áram helyett mindössze egy 10-15 A nagyságú ún. "maradékáram" fog folyni a hibahelyen • Ez íves zárlatok esetén megkönnyíti az ív kialvását, vagyis elősegíti a zárlat automatikus megszűnését • Ezáltal hozzájárul ahhoz, hogy a zárlatok jelentős része ne okozzon kiesést.

2014.12.11.

[email protected]

31


Kompenzált hálózat

forrás: VDE 2014.12.11.

[email protected]

32


Hazai gyakorlat Zárlat észlelése • U0>

Zárlatos vonal kiválasztása • FÁNOE bekapcsolásával

Zárlatos vonalszakasz meghatározása • Próbakapcsolások (TM)OK-k segítségével

Zárlat helyének pontos behatárolása • Bejárással • már nem engedélyezett a fz. tartás (Tungiloc…)

Földzárlatos üzem tartása (már nem eng.) • Ha a hibahelyi maradékáram RMS < 13A • gond: felharmonikusok 2014.12.11.

[email protected]

33


Jelenlegi hibahely-behatárolási módszerek hátrányai – FÁNOE problémás – Hosszadalmas – Ép vonalakról ellátott fogyasztók zavartatásával jár

(próbakapcsolások)

– Alternatív megoldás: zárlatjelzők – itt is „le kell járni” a vonalat, vagy – GSM kommunikáció - drága

2014.12.11.

[email protected]

34


Vonalkiválasztás FÁNOE nélkül is megy… Resonant grounding

Transient

Reignition

Temporary fault

qui

qu2

direct measurment

Stationary

cosfi increasing of active current component

in the vicinity of the fault

10 A

in the feeder with big Ic

300 A

sinfi

Short-term fault current increasing, >1kA

Evaluation

Type

Display

Resistive (FÁNOE)

Switch-off

inductive

harmonic

cosfi - sinfi

free frequency

250 Hz

217.5 Hz

150 Hz

25 Hz .. 350 Hz

Current measurement

Admittance

I0/U0

dI0/dU0 (fault start)

Pulse localization

dI0/dU0 fault

Symmetric

I0 injection

50 Hz

Active current Residual active current increase

not 50 Hz

Reactive current

45/55 Hz

Asymmentric

KüK

Directed

Undirected

Pulse localization

KüK

2014.12.11.

[email protected]

35


Tranziens módszer Zárlatos vonal

Ép vonal

Ha Rh < 50 Ω 2014.12.11.

[email protected]

36


A qu módszer • Ép vonalak zérus sorrendű áramának integrálja (töltés)

arányos az u0 feszültséggel, zárlatos vonalé nem

kΩ-ig jó 2014.12.11.

[email protected]

37


Németországi vonalkiválasztási gyakorlat • SZV esetén tranziens módszer • Kábel esetén hatásos teljesítmény irány módszer (néhol

tranziens módszer) • Vegyes hálózaton fentiek, ill. • admittancia vagy

• 5. harmonikus meddő irány vagy • impulzusok.

• Hálózatok kb. 5%-ában FÁNOE.

2014.12.11.

[email protected]

38

Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Az eddigi 3 éves üzem tapasztalatainak ismertetése

2014.12.11.

[email protected]

39


Felépítés

2014.12.11.

[email protected]

40


Működés elve Imag(Z ), Ohm 0

1000

R=1 R = 10  R = 100 

500

R = 500  0

R = 1 k

fault @ 40 km

R = 5 k

-500

fault @ 0 km

-1000

-1500

-2000

-2500

0

500

1000

1500

Real(Z ), Ohm 0

2014.12.11.

[email protected]

41


Polgár alállomásban működő berendezés • Mérés: 1,5 mp; hibahely meghatározása 10 mp alatt

2014.12.11.

[email protected]

42


Eredmények – Zárlatos vonal kiválasztása (szabadvezeték hálózat) Legnagyobb negatív P0 = Re {U0I0*}

vonal A B C D E F G H I

P0 (W) -1014 -2694 -2066 -13011 -1169 802 -728 -850 -39

Q0 (VAr) -13823 -59042 -30456 -60177 -13820 -50321 -44344 -27727 -11

S0 (VA) 13860 59104 30526 61568 13870 50327 44350 27740 41

szög, ° -94,2 -92,6 -93,9 -102,2 -94,8 -89,1 -90,9 -91,8 -164,9

Nem kell FÁNOE! 2014.12.11.

[email protected]

43


Eredmények – Hibahely meghatározás pontossága (szv)

Mérés: 1.5 sec, kiértékelés: <30 sec! 2014.12.11.

[email protected]

44


Eredmények – hibahely meghatározás

2014.12.11.

[email protected]

45


Eredmények – hibahely meghatározás

2014.12.11.

[email protected]

46


Eredmények – hibahely meghatározás Pontos hely 6. 7. 9.

3. 1.

8.

2. 350 m

2014.12.11.

[email protected]

47


Rossz eredmény

2014.12.11.

[email protected]

48


Jobb eredmény

2014.12.11.

[email protected]

49


Jó eredmény

2014.12.11.

[email protected]

50


Eredmények – múló zárlatok behatárolása

Gallyazás szükséges

2014.12.11.

[email protected]

51


Eredmények – múló zárlatok behatárolása Alállomás

5-10 jelzés > 10 jelzés

FZ jelzések a) 2010.08. – 2011.03. (nyiladéktisztítás előtt) b) 2011.03. – 2011.06. (nyiladéktisztítás után) 2014.12.11.

[email protected]

52



Laza kötés Laza kötés

2014.12.11.

[email protected]

53



Ívnyomok

2014.12.11.

[email protected]

54



Törött szigetelő

2014.12.11.

[email protected]

55


Eredmények • Polgár alállomás • September 2011 – April 2014 • 27 maradó földzárlat

• Kétfajta kiértékelés: • Eredetileg telepített szoftver • Első javítás implementálása után

2014.12.11.

[email protected]

56


Eredmények Nincs használható eredmény

< 5 km hiba

< 1 km hiba

Eredeti SW

67 %

7%

26 %

Első javítás után

48 %

15 %

37 %

• Megjegyzések • Néhány esetben egyidejű események • Néhány esetben nem helyes vonalkiválasztás – későbbi javítás… • Néhány esetben 1FN zárlat szakadással járt együtt – erre még nem volt felkészítve • Mért adatok pontos elemzése alapján jóval jobb eredmények várhatók…

2014.12.11.

[email protected]

57


Továbbfejlesztési lehetőségek Kiértékelés során tucatnál több javítási lehetőséget tártunk fel: Negatív valós részű mért impedanciák figyelmen kívül hagyása 2. 400Hz és 500Hz –es értékek külön történő kiértékelése 3. Az előnyben részesített frekvencia kiválasztásának módja… 4. Mérési adatokat súlyozó eljárás továbbfejlesztése 5. Aktuális hálózati topológia használata 6. Számított impedanciák burkolóján kívüli mérési pontok törlése 7. 50Hz-es értékek figyelembe vétele 8. Vonalkiválasztás pontosítása 9. Részletesebb kábelmodell implementálása 10. Stb. 1.

2014.12.11.

[email protected]

58


Eredmények – hibahelyi maradékáram 5. harmonikus tartalma (ELMŰ területen történt mérés) • Helyszíni mérés I.: (A)

IF (250 Hz)

6 5 4 3 2 1 0 9:00:00

9:01:26

9:02:53

9:04:19

9:05:46

• Helyszíni mérés II.:

250 Hz : 8.3 A  0.3 A 2014.12.11.

[email protected]

59

Összegzés

2014.12.11.

[email protected]

60

• Összegzés

• Változó

kihívásokra (szigorodó szabályozói igények, bizonytalan termelés, öregedő berendezések, költségcsökkentés igénye) egy optimalizált választ kell adni  elosztóhálózati beruházások optimalizálása (kiesések és költségek szempontjából)

• Innovatív technológiák további fejlesztése, alkalmazása

(elsősorban a hibahely meghatározás területén)

2014.12.11.

[email protected]

61

Villamos Energetika Tanszék

Villamos Művek és Környezet Csoport

Köszönöm a figyelmet! Dr. Raisz Dávid, [email protected]

2014.12.11.

[email protected]

62

Hálózatautomatizálás és hibahely meghatározás

Recommend Documents