Stroomuitval kan frustrerend, ongemakkelijk en zelfs gevaarlijk zijn in bepaalde situaties. Daarom werkt Northern Powergrid hard aan de ontwikkeling en het testen van goedkope voorfoutdetectietechnieken die zich ontwikkelende storingen in laagspanningscircuits kunnen lokaliseren voordat een stroomuitval plaatsvindt. In samenwerking met het moederbedrijf van VisNet, EA Technology, heeft het project deze technologie met succes getest op verschillende soorten laagspanningsnetwerken en kabeltypes. Met de waardevolle gegevens die zijn verzameld, is het uiteindelijke doel om een proces te creëren dat kan voorspellen wanneer storingen zullen optreden en hoe deze proactief kunnen worden aangepakt. Deze spannende ontwikkeling heeft het potentieel om de betrouwbaarheid en veiligheid van elektrische netwerken te verbeteren, wat uiteindelijk ten goede komt aan klanten en gemeenschappen over de hele linie.
Vooruitziendheid – Zichtbaarheid van Laagspanningsnetwerk en Storingsherkenning
Het Vooruitziendheid-project schetst een nieuwe benadering van laagspanningsstoringbeheer met behulp van innovatieve, baanbrekende goedkope technologie die niet alleen ontluikende storingen kan detecteren, maar deze ook succesvol kan lokaliseren voordat een stroomonderbreking optreedt. Het zal ook een indicatie geven of de storing op handen is of niet, zodat operationele middelen op de meest effectieve manier kunnen worden ingezet. Dit type aanpak vereist een volledige paradigma verschuiving in operationele cultuur binnen elektriciteitsdistributiebedrijven om effectief te zijn en het vermijden van deze storingen zou aanzienlijke kwaliteitsvoordelen opleveren voor de stroomvoorziening.
Elektriciteitsregulatoren blijven zich richten op verhoogde beschikbaarheid en betrouwbaarheid van netwerken. Veel Elektriciteitsnetwerkexploitanten hebben de prestaties van Hoogspanningsnetwerken verbeterd en daardoor komt nu een aanzienlijk deel van klantenonderbrekingen en verloren klantminuten voort uit Laagspanningsstoringen (LS). Bovendien worden koolstofarme technologieën, zoals elektrische voertuigen, warmtepompen en gedistribueerde generatie, in toenemende mate aangesloten op het LS-netwerk, waardoor de stroomstromen, spanningsprofielen en belastingen op het netwerk veranderen.
Door een verouderend netwerk, waarvan een groot deel meer dan 50 jaar oud is, wordt het beheer van LS-storingen steeds moeilijker. Hersteltijden kunnen lang zijn, aangezien het grootste deel van het LS-netwerk noch uitgebreid wordt gemonitord noch automatisch wordt bestuurd. Reacties op storingen zijn vaak reactief, omdat de toestand van LS-kabelsystemen op elk moment onbekend is en er geen mogelijkheid is om de timing en locatie van storingen te voorspellen voordat het evenement plaatsvindt.
Het Vooruitziendheid-project omvat het gebruik van een reeks LS-netwerkmonitoringsapparatuur in combinatie met geautomatiseerde schakelapparaten. Het doel van het project is om LS-voorstoringssignalen te herkennen en vervolgens goedkope monitoringapparatuur te gebruiken om zich ontwikkelende storingen te identificeren en te lokaliseren voordat stroomuitval optreedt. Dit maakt proactieve inzet van recloser-apparaten en proactieve kabelreparatie voor de storing mogelijk. Geplande ingrepen in plaats van post-storingsreparatie aan kabels leveren zowel financiële als klantenservicevoordelen op.
Elektriciteitsregulatoren blijven zich concentreren op het verhogen van de beschikbaarheid en betrouwbaarheid van netwerken. Veel exploitanten van elektriciteitsnetwerken hebben de prestaties van hoogspanningsnetwerken verbeterd, en als gevolg daarvan ontstaat nu een aanzienlijk deel van de klantenonderbrekingen en de verloren klantminuten door storingen in laagspanning (LV). Bovendien worden koolstofarme technologieën, zoals elektrische voertuigen, warmtepompen en gedistribueerde generatie, steeds vaker aangesloten op het LV-netwerk, waardoor de stroomstromen, spanningsprofielen en de belasting van het netwerk veranderen.
Vanwege een verouderend netwerk, waarvan veel meer dan 50 jaar oud is, wordt het beheer van LV-storingen steeds moeilijker. Hersteltijden kunnen lang zijn, omdat het merendeel van het LV-netwerk noch uitgebreid wordt gemonitord noch automatisch wordt bestuurd. Reacties op storingen zijn vaak reactief, aangezien de toestand van LV-kabelsystemen op elk moment onbekend is en er geen mogelijkheid is om de timing en locatie van storingen te voorspellen voordat de gebeurtenis plaatsvindt.
Het Foresight-project omvat het gebruik van een reeks LV-netwerkmonitoringsapparatuur in combinatie met geautomatiseerde schakelapparaten. Het doel van het project is het herkennen van LV-voorstoringssignalen en vervolgens het gebruik van goedkope monitoringapparatuur om zich ontwikkelende storingen te identificeren en te lokaliseren voordat stroomuitval plaatsvindt. Dit maakt proactieve inzet van herinschakelapparaten en proactieve kabelreparatie voor de storing mogelijk. Geplande interventies in plaats van post-storingsreparatie aan kabels bieden zowel financiële als klantenservicevoordelen.
Traditioneel werd de vervanging van LV-kabels aangedreven door de betrouwbaarheidsgeschiedenis van kabelsecties, maar het Foresight-project heeft de mogelijkheid geboden om deze strategie radicaal te veranderen en conditiegebaseerde informatie op te nemen om vervangingsbeslissingen te sturen. Dit is vooral belangrijk omdat de leeftijd van de LV-kabelactivabasis nadert tot het einde van de ontwerplevensduur, waarbij er behoefte is aan kosteneffectieve activavervanging.
Northern Powergrid heeft samengewerkt met EA Technology om nieuwe, goedkope voorstoringsdetectie- en locatietechnieken te ontwikkelen en te testen. Deze technieken zijn bewezen om zich ontwikkelende storingen in LV-circuits te detecteren en te lokaliseren voordat een stroomuitval plaatsvindt. Het project heeft deze technologie gebruikt op verschillende soorten LV-netwerken en kabeltypes, en de verzamelde gegevens worden gebruikt om een proces te ontwikkelen dat gericht is op het voorspellen wanneer storingen zullen optreden en een niveau van prioriteit te bieden in termen van proactief omgaan met storingen voordat een stroomuitval plaatsvindt.
Terug in 1974, toen EA Technology het Elektriciteitsdistributieonderzoekscentrum was, is enig werk gestart met de herkenning van ’transitoire storingen’ op het laagspanningsnetwerk. Een van de samenwerkende elektriciteitsbedrijven was Yorkshire Electricity. Deze gebeurtenissen werden waargenomen als dips of inkepingen in de spanningsgolfformen gemeten door, destijds, dure apparatuur in onderstations. Ze werden gevonden te wijten aan degradatie van de kabelisolatie op een bepaalde locatie die, na een korte doorgang van stroom, zelf genas voordat zekeringen doorsloegen en dus voordat klanten leveringsverliezen hadden. In 2017 werkten dezelfde bedrijven, nu EA Technology en Northern Powergrid genoemd, opnieuw samen om deze fenomenen verder te onderzoeken.
Aan het begin van het Foresight-project in 2017 vroeg het projectteam zich af of deze gebeurtenissen (nu pre-storingsgebeurtenissen genoemd) gebruikt konden worden om een geheel nieuwe manier van beheren van LV-ondergrondse kabelstoringen mogelijk te maken. Aan het einde van het project in 2021 ontdekten we dat ze dat konden. Het eindrapport van Foresight beschrijft de reis tussen die twee data en presenteert de apparatuur, systemen en methoden die zijn gebruikt om over te gaan van reactief storingsbeheer naar beheer op basis van proactieve actie.
Dit komt op een kritiek moment in het VK en elders in de wereld. Terwijl elektriciteitsnetwerken worden gezien als een cruciale bondgenoot in de transitie naar nul koolstof en het afstappen van fossiele brandstoffen, verouderen ze ook, waarbij de meeste meer dan 50 jaar oud zijn. Het verhogen van de waarschijnlijkheid van storingen terwijl er tegelijkertijd een verhoogde afhankelijkheid van verbonden klanten is, is een ongewenste combinatie en vraagt om een fundamentele verandering in de manier waarop netwerkprestaties worden beheerd.
Het Foresight-project heeft aangetoond dat de voorgestelde apparatuur, het systeem en de methoden een deel van de zich ontwikkelende storingen in een vroeg stadium kunnen detecteren, lokaliseren en proactief kunnen mitigeren, waardoor ongeplande stroomonderbrekingen drastisch worden verminderd in vergelijking met de huidige methoden. De gepresenteerde proactieve methode voor het beheer van LV-storingen gebruikt nieuwe goedkope/snel inzetbare monitoringsapparatuur (Bewakers) ontworpen voor wijdverspreide implementatie. Handtekeningen uit de gegevens van die apparatuur creëren een gemeten kabeltoestanddataset. Deze dataset is gebruikt voor twee doeleinden. In de operationele tijdsperiode (maanden, weken) wordt het gebruikt om circuits te herkennen die versnellen naar falen. Deze worden geprioriteerd voor proactieve interventie om de impact van de zich ontwikkelende storing te mitigeren. De beproefde interventie omvatte gerichte inzet van storingsmanagementapparatuur (Reclosers) en nieuwe technieken om de locatie van de zich ontwikkelende storing nauwkeurig te bepalen met het uiteindelijke doel om deze storingen te vinden en te repareren terwijl ze zich nog in een vroeg stadium van ontwikkeling bevinden en voordat ze falen. In netwerkinvesteringstijdschalen (jaren) is dezelfde kabeltoestanddataset ook gebruikt om eerder niet beschikbare circuittoestandgegevens te verstrekken. Dit is geïntegreerd in een LV-kabelactivabeheermodel (CNAIM-model van EA Technology) dat strategisch inzicht biedt in de bewegingen op de gezondheidsindices van deze belangrijke activagroep.
In een demonstratie van de in het rapport beschreven proactieve beheermethodologie werd een zich ontwikkelende storing gelokaliseerd, klanten geïnformeerd en gerepareerd als gepland werk. Niet alleen werd het (duidelijk) beschadigde onderdeel uit het systeem verwijderd terwijl het (verrassend) nog in staat was om leveringen te bieden (zie figuur hieronder), maar een schijnbaar gezond aangrenzend gewricht van vergelijkbaar type en leeftijd werd ook verwijderd en verzonden voor forensisch onderzoek. Hoewel visueel gezond, toonde het forensisch onderzoek tekenen van versnelde veroudering die consistent waren met een verwachting van falen binnen 5 jaar. LV-kabelnetwerken, waarmee de meerderheid van de klanten is verbonden en waarvan ze steeds meer afhankelijk zijn, worden niet jonger.
Veelgestelde Vragen
In de methode die gebruikt wordt om pre-storingsevenementen te lokaliseren, moet u een sensor aan het verre einde van het netwerk hebben (d.w.z. sensoren aan beide kanten van de storingspositie)?
Nee, u hoeft geen sensoren/metingen aan beide kanten te hebben. Alle metingen worden gedaan vanaf het onderstation. In elk geval zijn de meeste ondergrondse laagspanningsnetwerken in het VK vertakt (d.w.z. ze hebben meerdere eindpunten) en wanneer locatieapparatuur wordt ingezet, is het normaal gesproken niet bekend op welke tak de zich ontwikkelende storing zich bevindt. De metingen die we doen in het onderstation proberen dit enigszins aan te pakken. We verzamelen informatie die leidt tot het vaststellen van een impedantie naar de storing en een afstand tot de storing. In vertakte netwerken met verschillende soorten bekabeling in verschillende secties, kunnen deze fungeren als ‘coördinaten’ die vaak een tak prioriteren boven een andere als de kandidaatlocatie.
Hoeveel onderstations heeft het project gemonitord?
Om een beter begrip te krijgen van de activiteitsniveaus per circuit, hebben we besloten om op een veel grotere schaal in te zetten. Met meer dan 1800 meetapparaten en bijna 1000 verschillende onderstations hadden we de kans om waardevolle ervaring op te doen bij de installatie van apparatuur in verschillende netwerktypen. Niet alleen gaf deze aanpak ons het inzicht dat we nodig hadden, maar het stelde ons ook in staat om onze vaardigheden en kennis in een praktische setting te ontwikkelen. Het is belangrijk om verschillende wegen te verkennen wanneer men met een uitdaging wordt geconfronteerd, en deze grootschalige inzet bleek zeker een effectieve oplossing voor ons project.
Heeft u de efficiëntie van het gebruik van de methode kunnen meten, uren tot reparatie, etc.?
Nee, dit was geen expliciet onderdeel van het Foresight Project. In het project werd de proactieve storingsbeheermethode en de ondersteunende apparatuur ontwikkeld, getest en verfijnd. Een van de volgende noodzakelijke stappen zal zijn om de efficiëntiebesparingen te observeren die we verwachten dat zullen optreden bij ‘normaal gebruik’ van de methode. Onder bestaande storingsbeheerpraktijken wordt de storingslocatie en -reparatie uitgesteld tot de storing permanent wordt, op welk punt traditionele locatiemethoden kunnen worden gebruikt. Een permanente storing is er een waarbij de kring niet opnieuw kan worden ingeschakeld door een zekering te vervangen of een ander circuitbeveiligingsapparaat te resetten/herinschakelen. Storingen kunnen permanent worden op elk moment van de dag of nacht, ongeacht of er voldoende personeel beschikbaar is om reactief te reageren. Met de proactieve methode, zelfs als de storing wordt gelaten om permanent te worden, is er een voordeel in het al hebben geïdentificeerd van de waarschijnlijke locatie. Efficiënties in dit gebied zouden worden gemeten in termen van uren per storing, niet dagen. Er zijn echter duizenden LV-kabelstoringen waaraan deze efficiënties elk jaar zouden kunnen worden toegepast.
Is het gepland om deze methode nu deze als werkend is aangetoond, breder in te zetten?
Ja, dat is het plan. Northern Powergrid heeft een cruciale rol gespeeld bij de ontwikkeling van een innovatieve storingsbeheermethodologie die de manier waarop we deze kritieke aspecten van onze operaties benaderen, zal revolutioneren. Met hun eerste-hand ervaring van werken met deze aanpak, zijn ze net zo enthousiast over het potentieel als wij. Ze hebben aanzienlijke voordelen geïdentificeerd voor hun klanten, evenals voor verbeterde operationele efficiëntie. Deze aanpak heeft al de interesse gewekt van andere Britse netwerkexploitanten, die graag willen verkennen hoe ze het in hun eigen operaties kunnen opnemen. Met zoveel positieve feedback is het duidelijk dat deze nieuwe aanpak een echte impact zal hebben op de industrie.
Is er een speciale vereiste voor de onderstations die u wilt gebruiken om deze methode in te zetten?
Nee, niet echt, hoewel sommige ontwerpen van onderstations het eenvoudiger maken dan andere. De voorstoringdetector (de Bewaker) is een zeer klein stukje apparatuur dat kan worden ingezet binnen distributiekasten.
We hebben veel tijd besteed in het project om de minimale sensorset te bepalen die nodig is om de informatie te leveren die nodig is om de aanwezigheid van zich ontwikkelende storingen op de LV-circuits die vanuit Grondgemonteerde Onderstations worden gevoed en hun waarschijnlijkheid van falen te bepalen. Sommige problemen werden ondervonden met ontwerpen van volledig omsloten distributiekasten die de toegang tot de spanningsaansluitingen beperken en enig slim denken was ook nodig op sommige kabelaansluitingen om de vereiste meting van de neutrale stroom te krijgen.
De grootste problemen ontstaan wanneer extra inzet van ‘Lokaliseren en Beheren’ apparatuur wordt aangegeven. Niet alle distributiekasten zijn in staat om de reclosers te herbergen die de ‘ga-naar’ apparaten zijn om de impedantie naar de storing te bewijzen terwijl het beheren van de klantleveringen, mochten er transitoire storingen optreden tijdens de lokalisatiefase van de methodologie. Om deze reden hebben we een apart stuk apparatuur ontwikkeld (de Pre-storing Lokalisator) die dezelfde metingen van afstand tot de storing en impedantie naar de storing levert in situaties waar reclosers niet de voorkeursoptie zijn.
Heeft u een idee van de precisie van de lokaliseringsmethode?
Het antwoord is niet een eenvoudig percentage. De methode is zeer nauwkeurig gebleken, maar is afhankelijk van drie factoren die niet allemaal onder de controle van EA Technology vallen. De nauwkeurigheid van de metingen in het onderstation, de aannames die als onderdeel van de methode/algoritmes op die metingen worden gemaakt en, belangrijk, de nauwkeurigheid van de kabelplannen zowel geografisch als wat betreft kabelactiva-informatie. Nauwkeurige lokalisatie is dus een teamprestatie. Pre-storingen met hogere energie (soms gemanifesteerd als transitoire stroomonderbrekingen) geven nauwkeurigere resultaten dan pre-storingen met lage energie die worden vastgelegd tijdens de vroege stadia van storingontwikkeling. De metingen in het onderstation, gemarkeerde plannen en melding identificeren het gebied van de storing in plaats van een ‘X markeert de plek’ lokalisatie. Bevestiging van de daadwerkelijke locatie met behulp van normale site technieken (bijv. foutgas snuffelen, etc.) is zeer voordelig vóór proactieve reparatie. Deze methoden zijn ook succesvoller voor hogere energie-evenementen.
Gezien dit, heeft het Foresight-project de ontwikkeling van een stoepniveau foutdoorgangindicator ondernomen die kon worden gebruikt om de doorgang van de pre-storingstroom te bepalen terwijl deze stroomt van het onderstation naar de zich ontwikkelende storing (StreetSense). Dit is een zeer opwindende ontwikkeling die we verder willen testen en, als het succesvol is, zijn we er zeker van dat het een gamechanger zal zijn in de Foresight Vind-en-Repareer-voor-Falen-methodologie
