Strømbrudd kan være frustrerende, upraktiske og til og med farlige i visse situasjoner. Derfor har Northern Powergrid jobbet hardt for å utvikle og teste lavkostnads detekteringsteknikker før feil oppstår, som kan lokalisere utviklende feil i LV-kretser før et strømbrudd inntreffer. I samarbeid med morselskapet til VisNet, EA Technology, har prosjektet med suksess testet denne teknologien på forskjellige typer LV-nettverk og kabeltyper. Med de verdifulle dataene som er samlet, er det endelige målet å skape en prosess som kan forutsi når feil vil oppstå og prioritere hvordan man skal håndtere dem proaktivt. Denne spennende utviklingen har potensial til å forbedre påliteligheten og sikkerheten til elektriske nettverk, til slutt til fordel for kunder og samfunn over hele linjen.
Innsikt – LV-nettverkets synlighet og feilgjenkjenning
Prosjektet Innsikt skisserer en ny tilnærming til LV-feilhåndtering ved bruk av innovativ, banebrytende lavkostnadsteknologi som ikke bare kan oppdage utviklende feil, men også med suksess lokalisere dem før tap av forsyning inntreffer. Det vil også gi en indikasjon på om feilen er umiddelbar eller ikke, slik at operative ressurser kan rettes på den mest effektive måten. Denne typen tilnærming vil kreve en helt ny paradigmeskifte i operasjonell kultur innenfor elektrisitetsdistribusjonsselskaper for å være effektiv, og å unngå disse feilene vil gi betydelige fordeler i kvaliteten på strømforsyningen.
Elektrisitetsregulatorer fortsetter å fokusere på økt tilgjengelighet og pålitelighet i nettverk. Mange strømnettoperatører har forbedret ytelsen til høyspenningsnett, og dermed stammer nå en betydelig andel av kundeavbrudd og kundemintap fra lavspennings (LV) feil. I tillegg blir lavkarbonteknologier, som elektriske kjøretøy, varmepumper og distribuert generasjon, stadig koblet til LV-nettverket, noe som endrer strømflyt, spenningsprofiler og øker belastningen på nettverket.
På grunn av et aldrende nettverk, hvor mye er over 50 år gammelt, blir LV-feilhåndtering stadig mer utfordrende. Restaureringstider kan være lange, ettersom det meste av LV-nettet verken overvåkes omfattende eller kontrolleres automatisk. Respons på feil har en tendens til å være reaktiv, ettersom tilstanden til LV-kabelsystemene på ethvert tidspunkt er ukjent, og det finnes ingen kapasitet til å forutsi tidspunkt og sted for feil før hendelsen inntreffer.
Prosjektet Innsikt innebærer bruk av en rekke LV-nettovervåkningsutstyr i kombinasjon med automatiserte bryteranordninger. Målet med prosjektet er å gjenkjenne LV pre-feilsignaler og deretter bruke lavkostnadsovervåkningsenheter for å identifisere og lokalisere utviklende feil før strømavbrudd inntreffer. Dette muliggjør proaktiv utplassering av gjensluttende enheter og proaktiv kabelreparasjon før feilen. Planlagte inngrep i stedet for reparasjon etter feil på kabler gir både økonomiske og kundeservicefordeler.
Tradisjonelt har LV-kabelutskifting blitt drevet av kabelseksjonenes pålitelighetshistorikk, men prosjektet Innsikt har gitt muligheten til å radikalt endre denne strategien for å inkludere tilstandsbasert informasjon for å veilede utskiftningsbeslutninger. Dette er spesielt viktig ettersom alderen på LV-kabelaktivabasen nærmer seg slutten av sin designlevetid, hvor det er behov for kostnadseffektiv aktivautskifting.
Northern Powergrid har samarbeidet med EA Technology for å utvikle og teste nye, lavkostnads pre-feildeteksjons- og lokaliseringsteknikker. Disse teknikkene har vist seg å oppdage og lokalisere utviklende feil i LV-kretser før et tap av forsyningstilfelle. Prosjektet har benyttet denne teknologien på forskjellige typer LV-nettverk og kabeltyper, og dataene som er samlet, brukes til å utvikle en prosess som tar sikte på å forutsi når feil vil oppstå og gi et prioriteringsnivå når det gjelder å håndtere feil proaktivt før et tap av forsyning inntreffer.
Tilbake i 1974 da EA Technology var Senter for Forskning av Elektrisitetsdistribusjon, ble det startet arbeid med å gjenkjenne ‘forbigående feil’ på lavspenningsnettet. En av de samarbeidende elektrisitetsselskapene var Yorkshire Electricity. Disse hendelsene ble observert som dips eller hakker i spenningsbølgeformene målt av, på den tiden, dyrt utstyr ved transformatorstasjoner. De ble funnet å skyldes degradering av kabelisoleringen på et bestemt sted som, etter en kort strømpassasje, helbredet seg selv før sikringer blåste, og derfor før kunder mistet forsyninger. I 2017 samarbeidet de samme selskapene, nå kalt EA Technology og Northern Powergrid, igjen for å videre forske på disse fenomenene.
Ved starten av Innsikt-prosjektet i 2017, undret prosjektteamet om disse hendelsene (nå kalt pre-feilhendelser) kunne brukes til å muliggjøre en helt ny måte å håndtere feil på LV-underjordiske kabler. Ved slutten av prosjektet i 2021 oppdaget vi at de kunne. Innsikt-sluttrapporten kartlegger reisen mellom disse to datoene og presenterer utstyret, systemene og metodene som brukes for å gå bort fra reaktiv feilhåndtering til håndtering basert på proaktiv handling.
Dette kommer på et kritisk tidspunkt i Storbritannia og andre steder i verden. Mens elektrisitetsnettverk blir sett på som en kritisk alliert i overgangen til nullutslipp og bevegelse bort fra fossile brensler, er de også aldrende, de fleste er over 50 år gamle. Økende sannsynlighet for feil samtidig som økt avhengighet av det for tilkoblede kunder er en uvelkommen kombinasjon og krever et skifte i måten nettverksytelsen håndteres på.
Innsikt-prosjektet har demonstrert gjennom forsøk at utstyret, systemet og metodene som er foreslått, vil gjøre det mulig å oppdage, lokalisere og proaktivt dempe en del av utviklende feil i tidlig utviklingsstadium, drastisk redusere uforutsette avbrudd sammenlignet med nåværende metoder. Den presenterte proaktive metoden for å håndtere LV-feil bruker nytt lavkostnads/ raskt-utplasserings overvåkningsutstyr (Vakter) designet for utbredt bruk. Signaturer fra data fra det utstyret skaper et målt kabeltilstandsdatasett. Dette datasettet har blitt brukt til to formål. I den operative tidsrammen (måneder, uker) brukes det til å gjenkjenne kretser som akselererer mot feil. Disse prioriteres for proaktiv intervensjon for å dempe effekten av den utviklende feilen. Intervensjonen som ble testet involverte målrettet utplassering av feilhåndteringsutstyr (Gjenlukkere) og nye teknikker for å finne den nøyaktige plasseringen av den utviklende feilen med det ultimate målet om å kunne finne og reparere disse feilene mens de fremdeles er i de tidlige stadiene av utvikling og før de feiler. I nettverksinvesteringstidsskalaer (år), har det samme kabeltilstandsdatasettet også blitt brukt til å gi tidligere utilgjengelige kretstilstandsdata. Dette har blitt integrert i en LV Cable Asset Management Model (EA Technologys CNAIM-modell) i stand til å gi strategisk innsikt i bevegelser på helseindeksene til denne betydelige aktivagruppen.
I en demonstrasjon av den proaktive forvaltningsmetodikken beskrevet i rapporten, ble en utviklende feil lokalisert, kunder informert og reparert som planlagt arbeid. Ikke bare ble den (åpenbart) skadede komponenten fjernet fra systemet mens den var (overraskende) fortsatt i stand til å levere forsyninger (se figur nedenfor), et tilsynelatende sunt tilstøtende skjøt av lignende type og alder ble også fjernet og sendt for rettsmedisinsk undersøkelse. Selv om den visuelt så sunn ut, viste den rettsmedisinske undersøkelsen indikasjoner på akselerert aldring ansett å være konsistent med en forventning om feil innen 5 år. LV-kabelnett, som flertallet av kunder er koblet til og blir stadig mer avhengige av, blir ikke yngre.
Ofte stilte spørsmål
I metoden som brukes for å lokalisere pre-feilhendelser, trenger du å ha en sensor i nettverkets fjerne ende (dvs. sensorer på begge sider av feilstedet)?
Nei, du trenger ikke sensorer/målinger på begge sider. Alle målingene blir tatt fra transformatorstasjonen. Uansett er de fleste britiske LV-underjordiske nettverk forgrenet (dvs., de har flere endepunkter), og når plasseringsutstyr blir utplassert, ville det normalt ikke være kjent hvilken gren den utviklende feilen var på. Målingene vi gjør på transformatorstasjonen søker å adressere dette noe. Vi fanger informasjon som fører til at vi etablerer en impedans til feil og en avstand til feil. På forgrenede nettverk med forskjellige kabeltyper i ulike seksjoner, kan disse fungere som ‘koordinater’ som ofte kan prioritere en gren over en annen som kandidatsted.
Hvor mange transformatorstasjoner overvåket prosjektet?
For å få en bedre forståelse av aktivitetsnivåene per krets, bestemte vi oss for å utplassere i mye større skala. Med over 1800 måleenheter og nesten 1000 forskjellige transformatorstasjoner, hadde vi muligheten til å få verdifull erfaring i utstyrsinstallasjon på tvers av ulike nettverkstyper. Denne tilnærmingen ga oss ikke bare innsikten vi trengte, men det tillot oss også å utvikle våre ferdigheter og kunnskap i en praktisk setting.
Klarte dere å måle effektiviteten av å bruke metoden, timer til reparasjon osv.?
Nei, dette var ikke en eksplisitt del av Innsikt-prosjektet. I prosjektet ble den proaktive feilhåndteringsmetoden og støtteutstyret utviklet, testet og forbedret. Et av de neste nødvendige trinnene vil være å observere effektivitetsbesparelsene som vi forventer vil akkumuleres i ‘forretningsmessig vanlig’ bruk av metoden.
Er det planlagt å utplassere denne metoden mer bredt nå som den har vist seg å fungere?
Ja, det er det. Northern Powergrid har vært instrumentell i utviklingen av en innovativ feilhåndteringsmetodikk som er satt til å revolusjonere måten vi nærmer oss dette kritiske aspektet av våre operasjoner. Med deres førstehåndserfaring med å jobbe med denne tilnærmingen, er de like begeistret for potensialet som vi er. De har identifisert betydelige fordeler for sine kunder, samt for forbedret operasjonell effektivitet.
Er det et spesielt krav til transformatorstasjonene du vil bruke for å utplassere denne metoden?
Nei, ikke egentlig, selv om noen transformatorstasjonsdesign gjør det enklere enn andre. Pre-feil detektoren (Vakten) er et veldig lite stykke utstyr som kan utplasseres i distribusjonsskap.
Har dere en ide om presisjonen av lokasjonsmetoden?
Svaret er ikke en enkel prosentandel. Metoden har vist seg å være svært nøyaktig, men er avhengig av tre faktorer, ikke alle er under kontroll av EA Technology. Nøyaktigheten av målingene på transformatorstasjonen, antagelsene gjort som en del av metoden/algoritmene brukt på disse målingene og, viktig, nøyaktigheten av kabelplanene både geografisk og når det gjelder kabelaktivinformasjon. Nøyaktig lokasjon er derfor et lagarbeid
