Ratasähköverkon syöttöjärjestelmien käyttövarmuuden ja elinkaarikustannusten hallinnan kehittäminen

Abstract

Tässä diplomityössä selvitetään, miten sähkönjakeluverkoissa käytettävää luotettavuus- ja elinkaarikustannusten laskentamallia voidaan käyttää ratasähköverkon syöttöjärjestelmien investointi- ja kunnossapitopäätöksiä tehdessä. Työ on tehty Väylävirastolle, joka vastaa Suomen valtion rautateiden, vesiväylien ja tiestön kunnossapidosta ja kehittämisestä.

Työn lähtötiedot koottiin sähkönjakelu-, sähkönsiirto- ja rautatietekniikan kirjallisuudesta. Työn alkuvaiheessa koottiin yhteen sähkönjakelu- ja sähkönsiirtoverkoissa käytettävät luotettavuus- ja elinkaarikustannuslaskennan metodiikat sekä kerättiin tietoa syöttöjärjestelmätekniikasta ja niiden kunnossapidosta. Syöttöjärjestelmälle suoritettiin luotettavuusanalysointia, jonka avulla tarkastelun kohteena olevan vikatapahtuman vaikutukset on helpompi ymmärtää. Luotettavuusanalyysin jälkeen suoritettiin eri syöttöasematopologioiden luotettavuus- ja elinkaarikustannusten laskentaa määritetyn laskentametodiikan avulla. Työssä tarkasteltiin yhteensä kuutta eri syöttöasematopologiaa käyttövarmuuden ja elinkaarikustannusten osalta.

Laskentatulosten ja suoritetun herkkyystarkastelun perusteella voidaan todeta, että keskeytyskustannukset eivät ole merkittävässä roolissa, kun määritetään syöttöjärjestelmän elinkaarikustannuksia. Vikataajuudet ja syöttöasema-alueella liikkuvien junien määrä puolestaan vaikuttavat eniten keskeytyskustannuksiin ja täten myös käyttövarmuuteen. Työn tulosten perusteella voidaan todeta, että sähkönjakelu- ja sähkönsiirtoverkoissa käytettävät metodiikat soveltuvat myös ratasähköverkon syöttöjärjestelmiin käytettäviksi.

This thesis investigates how the reliability and life cycle costs calculation methods used in electricity distribution and transmission networks applies to the use of electrified railway supply systems. This thesis work has been done for the Finnish Transport Infrastructure Agency, which is responsible for the maintenance and development of the Finnish state railways, waterways, and roads.

During this thesis was investigated how the reliability and life cycle cost calculation models used in electricity distribution networks can be utilized in the supply systems of the railway electricity network. The initial data of the work was compiled from the literature of electricity distribution, electricity transmission and railway technology. At the beginning of the work, the reliability and life cycle costing methodologies used in electricity distribution and transmission networks were compiled, and information on supply system technology and their maintenance was gathered. A reliability analysis was completed on the supply system to make the effects of the fault event under review easier to understand. After the reliability analysis, the calculation of the reliability and life cycle costs of different feed station topologies were completed by using the defined calculation methodology. Six different feed station topologies were examined in terms of reliability and life cycle costs.

Based on the calculation results and the sensitivity analysis performed, it can be concluded, that the interruption costs do not play a significant role in determining the life cycle costs of the supply system. Fault frequencies and the number of train units running in the feed station area have the biggest impact on interruption costs and reliability. Based on the results of the thesis, it can be stated that the methodologies used in electricity distribution and transmission networks are also suitable for use in the supply systems of the railway electricity network.