Übertragungsleitungsausfälle kommen vor...oft.
Die Anzahl der Ausfallstunden, die Versorgungskunden in einem Jahr erleben, kann von mehreren Faktoren abhängen, darunter die Größe und der Standort des Versorgungsunternehmens, das Alter und der Zustand seiner Infrastruktur sowie die Häufigkeit und Schwere von Wetterereignissen.
Dies hat auch wirtschaftliche Auswirkungen. Im Jahr 2021 schätzte das DOE, dass Stromausfälle die US-Wirtschaft jährlich bis zu 209 Milliarden Dollar kosten. Ähnlich sieht es in vielen anderen Ländern der Welt aus.
Der Anstieg der Ausfälle ist auf 3 Hauptfaktoren zurückzuführen.
1. Erneuerbare Energien erhöhen die Komplexität des Netzes.
Die USA verfügen derzeit über etwa 200.000 Meilen Hochspannungsleitungen (HVT). Um 100 Prozent erneuerbare Energien zu erreichen, müssten diese Übertragungsleitungen verdoppelt werden.
2. Das Klima ändert sich.
Von 2003 bis 2012 haben sich die wetterbedingten Ausfälle weltweit verdoppelt. Starke Winde, Wirbelstürme und Waldbrände sind dafür verantwortlich.
3. Das Netz altert.
Einige der ältesten Stromleitungen auf der Welt stammen aus den 1880er Jahren, und der größte Teil des heutigen Netzes wurde in den 1950er und 1960er Jahren mit einer Lebenserwartung von 50 Jahren gebaut.
Ausfälle haben massive Auswirkungen für Kunden und Versorger.
Versorgungskunden in den USA erlebten 1,33 Milliarden Ausfallstunden im Jahr 2020. Das ist ein Anstieg von 73 % gegenüber rund 770 Millionen im Jahr 2019.
Ausfälle von Übertragungsleitungen können die Versorgungsunternehmen je nach Region ca. $100k-$200k pro Stunde kosten. Bei einer durchschnittlichen ungeplanten Ausfalldauer von 2-4 Stunden sind die Kosten für ein Versorgungsunternehmen beträchtlich.
Außerdem haben laut dem NERC-Bericht "2020 State of Reliability" 50 % der analysierten Ereignisse in den letzten 5 Jahren keine definitive Ursache ergeben.
Dies hat auch wirtschaftliche Auswirkungen. Im Jahr 2021 schätzte das DOE, dass Ausfälle die US-Wirtschaft jährlich bis zu209 Milliarden Dollar kosten. Eine ähnliche Geschichte kann in vielen anderen Ländern der Welt erzählt werden.
Travelling Wave Fault Locator von Qualitrol hilft, Ausfallzeiten und Kosten zu reduzieren.
Historisch wurde die Lokalisierung eines Fehlers auf einer Stromleitung durch Schutzrelais und Fehleraufzeichnungsgeräte unter Verwendung einer Technik namens "Impedanzbasierter Abstand zu einem Fehler" durchgeführt. Dabei wurde eine vom Relais oder Störungsschreiber aufgenommene Störungsaufzeichnung analysiert.
Ein Fehler dauerte in der Regel mehrere Millisekunden, bevor das Schutzsystem ansprang und den Fehler löschte. Während dieser Zeit fällt die Spannung ab und der Strom steigt an. Anhand der Spannungs- und Stromwerte zum Zeitpunkt des Fehlers kann die Impedanz zu diesem Zeitpunkt berechnet werden.
Angenommen, die gesamte Impedanz wird durch das Kabel verursacht und der Kabelhersteller stellt die Impedanz pro Längeneinheit zur Verfügung, dann kann berechnet werden, wie viel Kabel im Spiel ist und wie weit der Fehlerort entfernt ist.
Diese Methode ist jedoch fehlerbehaftet. Wenn der Fehler durch ein Objekt mit hoher Impedanz, wie z.B. einen Baum, verursacht wird, würde dies eine zusätzliche Impedanz zum Boden erzeugen, was die Impedanzberechnung ungültig macht und Fehler bei der Entfernung zum Fehler verursacht. Andere Faktoren wie falsche Leitungsparameter, gegenseitige Kopplung, instabiler Fehlerlichtbogen usw. spielen ebenfalls eine Rolle. Diese verursachen Ungenauigkeiten, die die Berechnung der Entfernung zum Fehler um 1-15% der gesamten Leitungslänge verfälschen können.
Bei einer 100 km langen Leitung bedeutet dies einen Fehler zwischen 1k und 15 km. Außerdem: -
- Datenerfassung und -analyse ist abhängig von Experten.
- Es dauert etwa 7+ Jahre, um die Fehleranalyse zu beherrschen.
- Versorgungsunternehmen leiden unter einem Brain-Drain, da Fachingenieure in den Ruhestand gehen.
- Ein durchschnittliches Versorgungsunternehmen erlebt 70-100 Ausfälle pro Jahr und diese entwickeln sich zu 3-5 permanenten Ausfällen.
Daher ist eine genauere und vereinfachte Methode zur Fehlerortung erforderlich, um den Personal- und Zeitaufwand für die Suche zu verringern, Ausfallzeiten zu reduzieren und Fehlerstellen zu identifizieren, die zu weiteren Ausfällen führen können.
Qualitrols Wanderwellen-Fehlerortungsgerät ist ein One-Stop-Shop zur Identifizierung des Fehlerortes. Es verwendet eine andere Technik zur Lokalisierung von Fehlern in Stromübertragungsleitungen. Wenn ein Fehler in einer Übertragungsleitung auftritt, erzeugt er eine Störung, die sich in Form einer Welle entlang der Leitung ausbreitet. Durch die Messung der Zeit, die die Welle benötigt, um von einem Ende der Leitung zum anderen zu gelangen, kann der Ort des Fehlers bestimmt werden.
Dieses Verfahren beruht auf präzisen, zeitsynchronisierten Messungen der Spannungs- und Stromsignale an beiden Enden der Übertragungsleitung. Qualitrols Wanderwellen-Fehlerortungsgerät ist in der Lage, die ankommende Wanderwelle mit einer Genauigkeit von 100 Nanosekunden zu messen. Dies ermöglicht eine Genauigkeit der Fehlerentfernung bis auf eine Mastspanne, unabhängig von der Leitungslänge. Alle Faktoren, die den Impedanzabstand beeinflussen, entfallen. Die Messungen werden automatisch von Qualitrols iQ+ Master Station Software durchgeführt. Abbildung 1 zeigt eine grafische Darstellung der doppelseitigen Wanderwellen-Fehlerortungstechnik.
Abbildung 1 Doppelendige Wanderwellen-Fehlerortungstechnik.
Doppelendige Wanderwellen-Fehlerortungstechnik. Dieselbe iQ+ Master Station Software kann so konfiguriert werden, dass sie mehrere automatisierte Aufgaben ausführt, einschließlich geplanter Abfragen, Überwachung des Gerätezustands und E-Mail-Benachrichtigungen. Durch die Automatisierung von Aufgaben wird der Prozess standardisiert und die Schwankungen innerhalb des Unternehmens reduziert. Abbildung 2 zeigt einige der verfügbaren automatisierten Aufgaben, darunter das Herunterladen von Daten aus dem Gerät im Netzwerk und das Versenden von E-Mails an Mitarbeiter, die sich in der Nähe von Fehlerergebnissen befinden.
Abbildung 2: Automatisierte Aufgaben.
Visualisierung der Fehlerortungsergebnisse.
Nachdem die relevanten Daten automatisch erfasst und verarbeitet wurden und eine genaue Entfernung zum Fehler ermittelt wurde, listet die Software alle Fehlerortungsergebnisse in chronologischer Reihenfolge auf dem Hauptbildschirm auf. Der Benutzer kann sich auf eine Störung konzentrieren, indem er auf die Zeitmarke doppelklickt und die Wellenformen von jedem Ende der Leitung aufruft.
Abbildung 3: Auflistung von Störungen im Stromnetz.
Die Software geht noch einen Schritt weiter und stellt den Fehlerort in einem GIS-System dar. Dies kann Qualitrols eigenes GIS sein oder auch in ein bestehendes GIS eines Versorgungsunternehmens integriert werden.
Die Visualisierung von Störungsstandorten auf einer Karte mit Satellitenbildern kann das örtliche Terrain und die Infrastruktur identifizieren und dem Streifenteam bei der Suche nach Störungen wichtige Informationen liefern.
Die Darstellung historischer beginnender Störungen auf einer Karte, bei der sich Cluster an derselben Stelle bilden, kann auch dazu beitragen, Schwachstellen in der Übertragungsleitung zu identifizieren und Korrekturmaßnahmen zu ermöglichen, bevor das Problem zu einem dauerhaften Ausfall führt. Abbildung 4 zeigt die einzelnen Leitungsdiagramme überlagert auf einem Qualitrols GIS-System. Dieses kann über eine Schaltfläche in der iQ+ Software aufgerufen werden.
Abbildung 4 Anzeige der Ergebnisse im GIS
Schlussfolgerung
Qualitrol ist seit 30 Jahren führend in der Netzüberwachungsbranche und beliefert jährlich 50-60 verschiedene Versorgungsunternehmen in 20-25 verschiedenen Ländern. Qualitrol war in dieser Zeit an der Spitze der Innovation mit einer Reihe von Weltneuheiten, darunter:
- Weltweit erste digitalisierte Fehleraufzeichnung (1982 BEN)
- Weltweiterste langsame Abtastung (1984 IDM+)
- Weltweit erstes Wanderwellen-Fehlerortungsgerät (1999 TWS)
- Weltweit erstes wirklich multifunktionales Überwachungsgerät (2013 IDM+)
Qualitrol arbeitet nun an der siebten Generation von Fehlerortungsgeräten mit 30 Jahren Erfahrung in diesem Bereich. Mit einer installierten Basis von über 3000 Fehlerortungsgeräten in mehr als 25 Ländern auf allen Kontinenten der Welt ist Qualitrol weiterhin führend in der Bereitstellung von schnellen und präzisen Ergebnissen zur Entfernung von Fehlern.
Die Automatisierung der Aufgabe von der Störung bis zum Ergebnis stellt sicher, dass die richtigen Informationen innerhalb von Minuten nach einer Störung an die entsprechende Ressource gelangen, was potenziell 15-30 Minuten pro Störungsanalyse einspart.
Die Verkürzung der Zeit, die ein Patrouillenteam zu einer Störungsstelle benötigt, um 0,5 Stunden, kann einem durchschnittlich großen Versorgungsunternehmen ca. $516k pro Jahr für 100 Fahrten und 5 Ausfälle sparen.