Keskijännitemaakaapeleille suoritettavien jaksottaisten osittaispurkausmittausten kannattavuuden arviointi

Abstract

Jakeluverkon kaapelointiaste on kasvanut merkittävästi Suomessa viime vuosien aikana ja kasvun odotetaan jatkuvan lähivuosina. Toimintaympäristön muutos luo uusia haasteita verkon kunnossapidolle. Yhtenä potentiaalisena kunnonvalvontamenetelmänä voidaan pitää osittaispurkausmittauksia, joilla voidaan havaita kaapelien heikot kohdat ennen yli- tai läpilyöntiä. Purkaustiheyden, purkausten näennäisvarausten ja syttymisjännitteen perusteella saadaan tietoa kaapelin kunnosta. Mittauksilla voidaan välttyä keskeytyksiltä, vähentää korjauskustannuksia sekä pidentää kaapelin pitoaikaa. Pitoajan kasvu perustuu ennenaikaisten investointien minimointiin. Vikatiheyden muutos pienentää keskeytyskustannusten ohella korjauskustannuksia, koska purkausten aiheuttajat on mahdollista korjata ennakoivilla toimenpiteillä.

Diplomityön laskentametodiikalla määritetään rajakustannukset mittaustiheyden funktiona sekä ulkoistetusti että sisäisesti operoiduille mittauksille. Osittaispurkausmittausten kannattavuutta arvioidaan rajakustannuksia hyödyntäen. Rajakustannuksia vertaamalla voidaan lisäksi optimoida mittaustiheys sekä toimintamalli. Tapauskohtaisesti muuttuvia rajakustannuksia vertailemalla arvioidaan kannattavuutta erilaisissa verkkoympäristöissä sekä selvitetään kannattavuuteen vaikuttavat tekijät ja niiden vaikutus.

Tarkasteltavien verkkojen laskennalliset rajakustannukset erosivat merkittävästi toisistaan. Tärkeimmät kannattavuuteen vaikuttavat tekijät ovat vyöhykkeen pituus ja keskiteho. Mittaustiheyden optimointi riippuu keskeytyskustannushyödystä, johon vaikuttaa pääosin verkon rakenne. Osittaispurkausmittausten kannattavuuden arviointi ja kunnonvalvontamallin optimointi vaatii tapauskohtaista analyysiä, sillä kannattavuus on monen tekijän summa.

Työtä voidaan hyödyntää kunnonvalvonnan optimointiprosesseissa ja kannattavuustarkasteluissa käytännön verkkoympäristöissä. Jaksottainen kunnonvalvonta vaatii lisätutkimuksia, sillä vikatiheyden muutos ja pitoajan kasvu perustuvat arvioihin. Näillä parametreillä on merkittävä vaikutus kannattavuuden arviointiin, jonka takia tämä epävarmuus vaikuttaa myös tämän työn tuloksiin ja johtopäätöksiin.

The cabling rate of a distribution network in Finland has increased in recent years, and the growth is expected to continue in the next few years. Change in the operational environment creates new challenges for maintenance. Partial Discharge (PD) measurements can be considered as one potential preventive maintenance method, which can be used to detect the weak spots of the cables before breakdown. The condition of the cable is based on the density of discharges, apparent charge and inception voltage. With the measurements, interruptions of distribution can be avoided, repair costs can be reduced, and the lifetime of the cable can be extended. Premature investments can be minimized with monitoring, which leads to an increase in lifetime. The change in fault rate reduces the cost of interruptions and repairs because those can be fixed by preventive actions.

The calculation methodology of the Master’s thesis determines marginal costs as a function of measurement rate for both outsourced and internally operated measurements. The viability of PD measurements is evaluated by using these values. In addition, by comparing the marginal costs, the measurement rate and operating model can be optimized. By comparing case-by-case marginal costs, viability is assessed in different grid environments, and the factors affecting viability and their impact are clarified.

The calculated marginal costs of the examined grids differed significantly from each other. The most important factors affecting viability are the length and the average power of the sector. The optimization of the measurement rate depends on the interruption cost benefit. This is mainly influenced by the structure of the grid. Evaluating the viability of PD measurements and optimizing the preventive maintenance model requires a case-by-case analysis, as viability is the sum of many factors.

The thesis can be used in the optimization processes of condition monitoring and viability reviews in practical grid environments. Periodic condition monitoring requires additional studies, as the change in failure rate and the increase in lifetime are based on estimates. These parameters have a significant effect on the profitability assessment, which is why this uncertainty also affects the results of this thesis.