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. raisz.david@vet.bme.hu 2
Kiesési statisztikák 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 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. raisz.david@vet.bme.hu 4
Kiesési statisztikák Nemzetközi horizont Nem tervezett SAIDI: 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 5
Kiesési statisztikák Nemzetközi horizont Köf kábelarány és SAIDI (tervezett és nem tervezett) : 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 6
Kiesési statisztikák Egy hazai elosztó jellemzői 2009-2011 között: 100% 90% 80% rate by voltage levels 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 86% 12% unplanned SAIFI 70% 29% unplanned SAIDI HV MV LV MEKH előírás: 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 7
Kiesési statisztikák 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): Első kapcsolás Első kézi kapcsolás Behatárolás Helyreállítás Átlag 0:13:04 1:58:14 4:11:02 3:34:37 Maximum 11:53:00 24:58:00 24:41:00 38:22:00 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 8
Kiesési statisztikák 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. raisz.david@vet.bme.hu 9
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzésére vonatkozó módszertan bemutatása Külföldi irodalom alapján 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 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, transzparens modellek és eljárások szükségesek. 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 11
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése Irodalom Henry Lägland: Comparison of Different Reliability Improving Investment Strategies of Finnish Medium- Voltage 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. raisz.david@vet.bme.hu 12
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése Kiesési mutatók javítása Hálózat redundanciájának növelése 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 13
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése 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 Topológia felügyelet Hiba kezelés Események elemzése, hibahely behatárolás Üzemeltetés tervezés Tervezett kiesések Hálózati állapot felügyelet Hiba kiszakaszolása U-Q optimalizálás Szerelési munkák / szerelők ütemezése Hiba elhárítása Autom. hibajelentések Ügyfélszolgálat Hálózatkép átrendezés 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 14
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése 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 Tervezett GVA LVA Ügyfél típus /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. raisz.david@vet.bme.hu 15
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése Eredmények Költségtényezőkre gyakorolt hatások Alkalmazások hatásai 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 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 17
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése Eredmények Az elérhető eredmények és a megtérülés nagymértékben hálózatfüggők: 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 18
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése Primer hálózati fejlesztések hatásai 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 20
Alkalmazott modellek, forgatókönyvek Hálózat típusok 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 21
Alkalmazott modellek, forgatókönyvek Hálózatautomatizálási változatok 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 22
Alkalmazott modellek, forgatókönyvek Hálózatrész leválasztási lehetőségek 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 23
Szimulációs eredmények Kiesési mutatók Összehasonlítás alapja: szv, kézi szakaszolás! 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 24
Szimulációs eredmények Megtérülési idők Összehasonlítás alapja: a) Nincs automatizálás b) TMOK a gerincvezeték felénél 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 25
Új alállomások létesítése (táppont sűrűség megduplázása) Szimulációs eredmények 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 26
Szimulációs eredmények Kábelesítés a) Meglévő SZV cseréje b) Új létesítés 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 27
Elosztóhálózati fejlesztések és üzemvitel költség-haszon elemzése 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. raisz.david@vet.bme.hu 28
Hibahely-meghatározás gyakorlata Hazai és külföldi gyakorlat 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 29
Hibahely-meghatározás gyakorlata Tartalom Középfeszültségű szabadvezeték-hálózatokról lesz szó. Középfeszültségű hibahely meghatározás jelenlegi gyakorlata (hazai és külföldi módszerek) Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés ismertetése, az eddigi 3 éves üzem tapasztalatainak ismertetése 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 30
Hibahely-meghatározás gyakorlata 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. raisz.david@vet.bme.hu 31
Hibahely-meghatározás gyakorlata Kompenzált hálózat forrás: VDE 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 32
Hibahely-meghatározás gyakorlata Hazai gyakorlat Zárlat észlelése U 0 > 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. raisz.david@vet.bme.hu 33
Hibahely-meghatározás gyakorlata 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. raisz.david@vet.bme.hu 34
Hibahely-meghatározás gyakorlata Vonalkiválasztás FÁNOE nélkül is megy Resonant grounding Transient Reignition Stationary Temporary fault qui cosfi sinfi cosfi - sinfi Admittance Current measurement qu2 direct measurment increasing of active current component Short-term fault current increasing, >1kA harmonic free frequency I0/U0 di0/du0 (fault start) di0/du0 fault Pulse localization in the vicinity of the fault 10 A Evaluation Type 250 Hz 217.5 Hz I0 injection Symmetric Asymmentric KüK in the feeder with big Ic 300 A Display Resistive (FÁNOE) 150 Hz 25 Hz.. 350 Hz 50 Hz not 50 Hz Directed Switch-off inductive Active current Reactive current 45/55 Hz Undirected Residual active current increase Pulse localization KüK 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 35
Hibahely-meghatározás gyakorlata Tranziens módszer Zárlatos vonal Ép vonal Ha Rh < 50 Ω 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 36
Hibahely-meghatározás gyakorlata A qu módszer Ép vonalak zérus sorrendű áramának integrálja (töltés) arányos az u 0 feszültséggel, zárlatos vonalé nem kω-ig jó 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 37
Hibahely-meghatározás gyakorlata 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. raisz.david@vet.bme.hu 38
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Az eddigi 3 éves üzem tapasztalatainak ismertetése 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 39
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Felépítés 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 40
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Működés elve 1000 500 0 Imag(Z 0 ), Ohm fault @ 40 km R = 1 R = 10 R = 100 R = 500 R = 1 k R = 5 k -500-1000 fault @ 0 km -1500-2000 -2500 0 500 1000 1500 Real(Z 0 ), Ohm 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 41
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Polgár alállomásban működő berendezés Mérés: 1,5 mp; hibahely meghatározása 10 mp alatt 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 42
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények Zárlatos vonal kiválasztása (szabadvezeték hálózat) Legnagyobb negatív P 0 = Re {U 0 I 0 *} vonal P 0 (W) Q 0 (VAr) S 0 (VA) szög, A -1014-13823 13860-94,2 B -2694-59042 59104-92,6 C -2066-30456 30526-93,9 D -13011-60177 61568-102,2 E -1169-13820 13870-94,8 F 802-50321 50327-89,1 G -728-44344 44350-90,9 H -850-27727 27740-91,8 I -39-11 41-164,9 Nem kell FÁNOE! 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 43
Eredmények Hibahely meghatározás pontossága (szv) Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Mérés: 1.5 sec, kiértékelés: <30 sec! 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 44
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények hibahely meghatározás 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 45
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények hibahely meghatározás 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 46
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények hibahely meghatározás 6. 7. Pontos hely 1. 3. 2. 9. 8. 350 m 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 47
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Rossz eredmény 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 48
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Jobb eredmény 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 49
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Jó eredmény 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 50
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények múló zárlatok behatárolása Gallyazás szükséges 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 51
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés 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. raisz.david@vet.bme.hu 52
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények múló zárlatok behatárolása Laza kötés Laza kötés 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 53
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények múló zárlatok behatárolása Ívnyomok 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 54
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények múló zárlatok behatárolása Törött szigetelő 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 55
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények Polgár alállomás September 2011 April 2014 27 maradó földzárlat Kétfajta kiértékelés: Eredetileg telepített szoftver Első javítás implementálása után 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 56
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés 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. raisz.david@vet.bme.hu 57
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Továbbfejlesztési lehetőségek Kiértékelés során tucatnál több javítási lehetőséget tártunk fel: 1. 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. 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 58
Újfajta hibahely behatárolási módszer és berendezés Eredmények hibahelyi maradékáram 5. harmonikus tartalma (ELMŰ területen történt mérés) Helyszíni mérés I.: 6 5 4 3 2 1 (A) I F (250 Hz) 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. raisz.david@vet.bme.hu 59
Összegzés 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 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. raisz.david@vet.bme.hu 61
Villamos Energetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport Köszönöm a figyelmet! Dr. Raisz Dávid, raisz.david@vet.bme.hu 2014.12.11. raisz.david@vet.bme.hu 62