HSV:N TOIMITUSVARMUUS JA MITEN SIIHEN ON PÄÄSTY Protect DG-hankkeen päätösseminaari Mika Loukkalahti Helen Sähköverkko Oy

Transkriptio

1 Protect DG-hankkeen päätösseminaari Mika Loukkalahti Helen Sähköverkko Oy

2 Sisältö Esitys perustuu CIRED2017-konferenssin session 3 paperiin nro 1037, tästä poimittu Protect DG-hankkeeseen liittyvät asiat (lihavoitu). HSV yhtiönä Toimitusvarmuuden parantamishankkeen taustat 2008 Toimitusvarmuuden parantamiskeinot 1. Uudet sähköasemat 2. Keskijänniteavojohtojen kaapelointi 3. Sähköasemien toisiouusinnat 4. Häiriöanalyysit ja harjoitukset 5. Muuntamoautomaatio 6. Kj-verkon maasulkuvirran kompensointi Parantamishankkeiden tulokset

3 Helen Sähköverkko Oy (HSV) yhtiönä Liikevaihto yli 100 MEUR, investoinnit 35 MEUR Henkilöstöä 105, sisältää jakeluverkon suunnittelun, -rakennuttamisen ja osin -käytön Omistaja Helsingin kaupunki emoyhtiö Helen Oy:n kautta asiakkaat omistajia Asiakkaita kpl, yli puolet tehosta ja energiasta menee palveluliiketoimelle Verkko: 110 kv: 218 km (39 % kaapeloitu) 10/20 kv:1610 km (99,7% kaapeloitu) 0,4 kv : 4470 km (97,7 % kaapeloitu) 25 sähköasemaa, 603 keskijännitelähtöä 2600 muuntamoa, joista 750 asiakasmuuntamoita Maksimiteho 830 MW, vuosienergia 4500 GWh

4 Toimitusvarmuuden parantamishankkeen taustat 2008 HSV:llä historiallisesti jo hyvä toimitusvarmuus, v vuoden T-SAIDIkeskiarvo 16 min Toimitusvarmuus vaihteli paljon vuosittain isojen sähköasemahäiriöiden vuoksi Vuonna 2007 oli sähköasemaviat Myllypuron, Vuosaaren ja Pitäjänmäen 20 kv asemilla, Myllypurossa koko aseman kuormat siirrettiin naapuriasemille Vuonna 2008 päätettiin aloittaa toimitusvarmuuden parantamishanke, siten että T- SAIDI puolitetaan vuoteen 2015 mennessä, hankkeiden piti olla teknistaloudellisesti kannattavia. T-SAIDI (5 v. keskiarvo) oli 16 min, T-SAIDIep 12 min tavoite T-SAIDIep 6 min vuonna 2015

5 Toimitusvarmuuden parantamishankkeen taustat 2008 Kehitettiin 6 keinoa tavoitteeseen pääsemiseksi: 1. Neljä uutta sähköasemaa 2. Loppujen kj-avojohtojen kaapelointi 3. Sähköasemien toisiouusinnat 4. Häiriöanalyysit ja harjoitukset 5. Kj-verkon muuntamoautomaatio 6. Kj-verkon maasulkuvirran kompensointi Keinot on esitetty satunnaisessa järjestyksessä, uudet teknologiahankkeet viimeisenä

6 Hanketarkastelua tehtiin mm. Osmo Siirron väitöstyössä, jossa esitetty oheinen kuva vm Toimitusvarmuuden kehittämisen kustannus/hyötyanalyysi annuiteettimetodilla laskettuna Vuonna 2008 kannattavimmaksi hankkeeksi saatiin maasulkuvirran kompensointi, avojohtokaapelointi ja verkostoautomaatio myös hyödyllisiä Laskentaa tehty HSV:n omalla KAH-arvolla 24 EUR/kWh CIC, Annuity k /a CIC value in correlation to reference value ~ Benefit in asset managemet Capital annuity + maint.cost ~ Benefit in asset managemet ΔSAIDI Cost/benefit analysis annuity method Distribution autom. only Not beneficial as only method SAIDI Reference value, min/customer,a Distribition Undergroung year Neutral compensation automation Cabling SAIDI-average

7 1. Neljä uutta sähköasemaa 4 uutta jakelusähköasemaa päätettiin rakentaa, perusteet olivat seuraavat: 1-2% vuotuisen sähkönkulutuksen kasvun perusteella tarvittiin uutta jakelukapasiteettia uuden rakentamisen alueille (2010 -luvulla kuormituksen kasvu tosin pysähtyi) Vuoden 2007 vikojen jälkeen asetettiin uusi 100 % kj-reservitavoite kaikille kjasemille tämän tavoitteen saavuttaminen vaati uusia kj-jakeluasemia Uudet sähköasemat pienentävät vanhojen asemien jakelualueita ja parantavat näin toimitusvarmuutta Uudet jakeluasemat rakennettiin seuraavasti: Pukinmäki 110/20 kv v. 2009, ABB:n ja Siemensin prosessilaitteet Kluuvi 110/10 kv v (maanalaisasema), ABB:n prosessilaitteet Lauttasaari 10 kv v. 2013, ABB:n prosessilaitteet Ilmalantori 110/20 kv v (maanalaisasema), ABB:n prosessilaitteet

8 1. Neljä uutta sähköasemaa Asemat toimitettiin avaimet käteen periaatteella Kaikilla asemilla uusinta tekniikkaa, mm. älykkäät kenttälaitteet itsevalvontoineen ja häiriöntallennuksineen, IEC61850-väyläliikennöinti, uusia suojausfunktioita ja muita toimintoja, muuntajien ja kojeistojen kunnonvalvontaa Vuosien välillä: 7 kj-vikaa ollut näiden uusien sähköasemien jakelualueella 85 vikaa esiintynyt niiden naapuriasemien jakelualueella Uudet asemat pienensivät 21 % verran naapuriasemien jakelualueita, laskennallinen kokonaisvähennys SAIDIin 1,2 min Uusilla sähköasemilla ei ole ollut toisiolaitteiden aiheuttamia ongelmia asiakkaille

9 2. Loppujen kj-avojohtojen kaapelointi Vuonna 2007 kj-verkon kaapelointiaste oli 97 % 3 % avojohto-osuuksilla oli 30 % kj-verkon vioista (40 kpl kokonaismäärä) Käynnistettiin avojohtojen kaapelointiohjelma, jossa toteutettiin n. 20 kaapelointiprojektia Vuonna 2014 kj-kaapelointiaste oli noussut 99,7 % tasolle Kj-avojohtojen vikaosuus putosi noin 3 % tasolle, kj-vikamäärien pudotus tosin vähemmän kuin 30 %

10 Loppujen kj-avojohtojen kaapelointi % verkkopituudesta 33% keskeytysajasta 0,3% verkkopituudesta verkko täyttää sml 2013

11 3. Sähköasemien toisiojärjestelmien uusiminen HSV:llä suuret massat ja 1980-lukujen sähköasemia Vuosina 2004 ja 2005 esiintyi suuri määrä vikoja ja virhetoimintoja Strömbergin J- sarjan ja SPACOM-sarjan kj-releillä ABB:lta releiden modifiointisuositus, osavaihtoja jne. 10 vuotta lisää hyvää elinaikaa Autorisoidut HelenServicen koestajat tekivät määräaikaistestien yhteydessä relemodifioinnit v n. 10 sähköasemalle, virhetoiminnat loppuivat. 4 vanhinta jätettiin modifioimatta Vanhimmilla asemilla toision elinkaari lopussa (30v) ja uusimistarve n. 50 % primäärin elinkaaren kohdassa Aloitettiin myös toisiouusinnat 3:lle vanhimmalle kj-asemalle, Kruununhaan (2007), Meilahden (2008) ja Kannelmäen (2010) toisiouusinnat toteutettiin ABB:n laittein ja ABB:n ja VEO:n (Ml) toimesta, lisäksi Mk 110 kv laajennus ja toisiouusinta Schneiderin kanssa

12 3. Sähköasemien toisiojärjestelmien uusiminen Toisiouusinnoissa tauko ja tehtyjen uusintojen analysointi v uusintoja kannattaa jatkaa kiihtyvässä tahdissa Toisioita vanhenee massana eikä elinkaari kestä primäärin ajan, optimiuusinta n. 50 % primäärin elinkaaresta Osalla tuotteista vikataajuudet kasvussa Useiden tuotteiden tuki loppunut ja loppumassa: mm. Siemens Siprotec 2 ja 3, LSAja 8TK-automaatio Uudesta teknologiasta saadaan paljon hyötyjä: Itsevalvontaominaisuudet parempi luotettavuus ja määräaikaistestikustannusten puolitus (3 v 6 v) Häiriön- ja tapahtumantallennusominaisuudet laitteissa Uudet suojaus- ja apufunktiot mahdollisia (kaapelipääte- ja muuntajakennomaasulkusuojaus, I suojaus, I> vianpaikannus, tallenteet ) Asema-automaatio ja väylätekniikka (IEC61850) mahdollistaa ison signaalimäärän tuomisen ala-asemaan ja kaukokäyttöön tarkemmat vika-ja häiriötiedot käyttäjille, parempi valmistajayhteensopivuus, GOOSEn käyttö

13 3. Sähköasemien toisiojärjestelmien uusiminen Toisiouusintoja päätettiin jatkaa kiihdytetysti Jatko 2-3 aseman vuosittaisissa uusintapaketeissa EU-kilpailutuksen kautta avaimet käteen -periaatteella Vuona 2014 aloitetussa uusimmassa aallossa on jo toteutettu 6 aseman kj-ja 110kV osuuden toisiouusinta vuosina : Pasila, Punavuori ja Töölö, sekä Laajasalo, Kamppi ja Suurmetsä. 3 erillistä projektia toteutettu Siemensin kanssa Siprotec 5 ja SICAM -laittein Menossa olevia ja tulossa olevia toisiouusintoja: 2017 PmE ja PmP 110kV ja 20 kv toisiouusinnat, Siemens 2018 Vs 110 kv ja 20 kv toisiouusinnat, ABB (kj REF620 -sarjalla) 2019 Ta ja Vl 110 kv/kj-toisiouusinnat kilpailutus vuodenvaihteesta Uusintavauhtia hidastetaan 1-2 asemaan vuodessa, 5 vuoden sisällä kaikilla HSV:n sähköasemilla asema-automaatio Toisiojärjestelmien EV-yksikköhinnoissa ongelmia 2-kiskokojeistojen ja moniryhmäkojeistojen osalta

14 TOISIOUUSINNAT ENNEN JA JÄLKEEN Adaton Sähköasemapäivät 2016, Mika L., 14

15 4. Häiriöanalyysit ja harjoitukset Häiriöanalyysit Siirtoverkon ja sähköasematason harjoituksista on aina tehty häiriöraportit, suojauksen oikea toiminta on perinteisesti aina tarkistettu kaikissa vikatilanteissa (oikea toiminta % tasolla). Häiriöraportti sisältää tapahtumakuvauksen, suojauskuvauksen, korjaamista vaativat toimenpiteet ja niiden seurannan. Vuodesta 2008 alkaen alettiin tekemään häiriöraportit merkittävimmistä kj-lähtöjen häiriöistä, tällöin aloitettiin myös viikkovastaavavarallaolojärjestelmä. Vuodesta 2012 lähtien alettiin tekemään häiriöraportit kaikista kj-häiriöistä. Häiriöraporttien ja huomioiden avulla on voitu parantaa järjestelmien ja käyttöhenkilökunnan toimintaa vikatilanteissa. Häiriöharjoitukset Erityisesti vuoden 2007 sähköasemavikojen yhteydessä havaittiin, että käyttöhenkilökunta kaipaisi häiriönselvitysharjoituksia.

16 4. Häiriöanalyysit ja harjoitukset Häiriöharjoitukset Sähköasemahäiriöharjoituksiin otettiin myös pelastuslaitoksen osuus mukaan. Häiriöharjoituksia järjestettiin vuosien välillä yhteensä 15 kpl. Lisäksi vuosina järjestettiin yhteensä 8 kpl erityisiä tyyppivikaharjoituksia, joissa keskityttiin mm. sähköasemasignaalien tulkitsemiseen. Mukana: viikkovastaava, käyttökeskus, sähköasemavarallaolijat ja kj-verkon varallaolijat. Tuloksena häiriöiden selvitysajat ovat lyhentyneet 50 min alle 30 min tasolle (vaikutusta myös muuntamoautomaatiolla). Esim. keväällä 2016 selvitettiin 3 kpl Laajasalon sähköaseman hankalia vikatilanteita muutamassa minuutissa kaukokäyttökytkentöjen avulla.

17 min / keskeytys T-Caidi vuosina ja Caidi vuonna vuoden keskiarvo on 40 min / keskeytys

18 5. Muuntamoautomaatio Muuntamoautomaatiota oli jo tutkittu pitkään ja v katsottiin, että tietoliikenteen ja automaation hinta ja tekniikka olivat tulleet järkeväksi. Vuonna 2008 spesifioitiin täysi muuntamoautomaatio sisältäen: tietoliikenne kaupallisella mobiiliverkolla, erottimien kauko-ohjaus, kj-vikaindikointi, muuntamohälytykset, jakelumuuntajan kuormitus ja pj-jännitteen laatutiedot. Automatisoitavat muuntamot valittiin sieltä, missä kustannus-/hyötyanalyysi suurin, pitkälti jakoraja- ja lähdön puolivälimuuntamoita. Automaatiohanke tehtiin erillishankkeena, erillinen automaatioboksi muuntamoihin, tarvittaessa erottimien moottoriohjainlisäykset. Hanke alkoi Netcontrolin kanssa pilotilla 2008, jonka jälkeen hanke laajeni. Vuoteen 2013 mennessä asennettiin yhteensä 300 kpl muuntamoautomaatioita. Vuonna 2013 hanke kilpailutettiin uudestaan, voittajaksi Emtele Oy. Vuosina asennettiin yhteensä 200 muuntamoautomaatiota, vuonna kpl, kokonaismäärä nyt 525 kpl.

19 HSV:N MUUNTAMOAUTOMAATIO Käyttökeskus SCADA/Käytöntukijärjestelmä Ohjaukset, hälytykset, vikaindikaatiot, tilatiedot, mittaukset Omaisuudenhallinta Mittaustietokanta Sähkön laadun raportointi VPN-tunnelointi Gateway Palveluntarjoaja IEC-104 2G/3G 2G/3G SF6-kaasunpaine Laitekaappi Muuntamo Ovikytkin Gateway PT100 Kauko-ohjausyksikkö Mittari PJ: 3*I, 3*Uv Erotinohjaukset Oikosulkuilmaisin Maasulkuilmaisin

20 5. Muuntamoautomaatio Automaatioaste HSV:n omien muuntamoiden osalta nyt 27 %, kaikkien muuntamoiden osalta 20 %, tavoitteena 30 % taso. Emtelen kanssa tehty myös 15 v. kunnossapitosopimus automaatioista, sama tehtiin Netcontrolin kanssa Projekti jatkuu Emtelen kanssa hidastuvalla tahdilla: automatisoidaan 150 muuntamoa. Hyödyt: Muuntamoautomaatio-ohjauksia käytetty tuhansissa normaalikytkennöissä Muuntamoautomaatiota käytetty yli 80 vikatapauksessa vuodesta 2011, yleensä puolelle vikalähdön asiakkaista voidaan palauttaa sähköt nopeasti ja nopeuttaa loppupätkän vianhakua Vuodesta 2011 alkaen muuntamoautomaatio on pudottanut HSV:n SAIDI-arvoa keskimäärin 0,4 min vuodessa

21 5. Muuntamoautomaatio Hyödyt: Omaisuudenhallinta muuntamoiden osalta tehostuu lisätiedon avulla, esim. elinkaaren pidentäminen Mittauksia on hyödynnetty mm. seuraavasti: muuntajien ylikuormituksia ja jäähdytysten hajoamisia havaittu, muuntamotunkeutumisia havaittu, korkeita kjjännitteen yliaaltotasoja havaittu, loistehoa tuottavia muuntopiirejä havaittu Tietoliikenne muuntamoihin toiminut yli 99 % luotettavuudella Kj-maasulkuindikoinnit eivät ole täydellisen luotettavia, HSV:n hälyttävälle suojaukselle kuitenkin riittävät

22 6. Kj-maasulkuvirran kompensointi 10 kv maasta erotetussa verkossa kj-maasulkusuojaus ollut pitkään hälyttävä, 20 kv verkossa suurempien maasulkuvirtojen takia laukaiseva suojaus Vuonna 2008 päätettiin lähteä 20 kv maasulkuvirran kompensointihankkeeseen, tavoitteena: 20 kv kompensoidun verkon maasulkusuojaus hälyttäväksi, jolloin 70 % maasuluista voidaan ajaa käyttö päällä puolet 20 kv vioista ei aiheuta asiakaskatkoja Kompensoidun verkon maasulut aiheuttavat vähemmän jm.-rasituksia, vrt. 10 kpl 20 kv jännitemuuntajaoikosulkuja luvuilla. Tutkimusten mukaan kompensoidun verkon maasulut aiheuttavat vähiten jänniterasituksia (piikkejä) pj-verkkoon Hankkeesta on tehty kahteen otteeseen kannattavuustarkastelu, viimeksi v. 2014

23 HSV:N TOIMITUSVARMUUS JA MITEN SIIHEN ON PÄÄSTY Maasulkuvirran kompensointi-investoinnin nettonykyarvo 5 % diskonttauskorolla, HSV:n KAHarvolla 24 /kwh

24 6. Kj-maasulkuvirran kompensointi Hanke aloitettiin pilottiprojektilla v valmistuneen Pu 20 kv uudisaseman yhteydessä Vuonna 2012 jatkettiin kahdella asennuksella Vm ja Ta asemille Vuosina asennettiin Ps, Im, Kn, Hn, Lj ja Sm asemille Nyt kompensointi 9 asemalla (18 järjestelmää), loput 4 asemaa kompensoidaan vuoden sisällä. Ensimmäiset 7 toteutusta tehtiin Multirel Oy:n kanssa a-eberlen ja EGE:n laittein, siitä alkaen toimittajaksi vaihtui Maviko Oy Trenchin laittein. Kyseessä keskitetty kompensointi A keloilla, suoraan pm 20 kv tähtipisteissä kiinni, virtainjektio käytössä, 10 A ylikompensointi, lisävastus kytketään hetkeksi vian synnyn jälkeen, lisäpaikannuslaitteet releiden ohessa käytössä (transientti, katkeilevan maasulun ja harmonisfunktiot).

25 6. Kj-maasulkuvirran kompensointi Kokemuksia: Käyttöönottojen yhteydessä tehdään maasulkutestit yöaikaan, alkuvaiheessa oli joissakin testeissä ongelmia Kompensoidussa kaapeliverkossa käytännössä kaikki maasulut ovat alussa katkeilevia, muuttuvat yleensä myöhemmin suoriksi maasuluiksi Lähtökohtainen vianpaikannus releillä ja paikannuslaitteilla erittäin luotettavaa Trenchin admittanssipaikannus kaapeliverkon suurimpedanssivioissa? Kompensoidussa kj-verkossa oli vuoden 2017 alkuun mennessä ollut 20 luonnollista maasulkua, joista 14 kpl on ajettu maasulussa (lyhyitä kytkentäkatkoja saattanut olla), loput laajentuneet oikosuluiksi tai kaksoismaasuluiksi Kompensoinnin vaikutus HSV:n SAIDI:ssa oli vuoden 2017 alussa kumuloidusti 1,4 min (0,325 min/v lähtien), vaikutus suhteessa lisääntymässä, koska asennukset uusia Yhtään kj-jännitemuuntajavikaa ei ole ollut 10 vuoteen

26 min / asiakas T-Saidiep vuosina ja Saidiep vuonna Vuoden 2015 tavoite alle 6,0 min 10 vuoden keskiarvo on 5,62 min 5 vuoden keskiarvo on 2,79 min ,61 12, ,47 5,52 5 3,69 2,16 3,43 2,36 4,12 1,

27 Toimitusvarmuuden parantamishankkeen tulokset HSV alitti tavoitteensa 6 min (5 v. ka.) T-SAIDIep vuoteen 2015 mennessä, tämä on aiemmin esitettyjen hankkeiden ansiota, lisäksi muita yksittäisiä vaikutuksia (kaapeliuusinnat, kaapelikäyttöönottotestit, KRES-vaihdot ) Vuoden 2015 jälkeen kyseinen (5 v. ka.) T-SAIDIep oli 3,52 min Vuonna 2016 SAIDIep oli vain 1,89 min (tulos sisältää 1. kerran pj-viat) ja 5 v. ka. vain 2,79 min, kyseessä lienee Euroopan alueen jakeluverkkoyhtiöiden paras toimitusvarmuus Erityisesti häiriöiden vaikuttavuus ja kesto pienentynyt Nykyinen tavoite on pitää vikataso 2-4 min tasolla, nykyisen tason ylläpidossa on työtä ja pj-vikojen hallinnassa (merkittävyys kasvanut) on myös tekemistä Tällä toiminnalla on ollut hieman vaikutusta myös siirtohintoihin, mutta uuden teknologian suuren volyymin käyttöönotto ja siirto normaaliin toimintaan pienentävät vaikutusta HSV:n verrokkiyhtiöitä ovat muut EU-alueen pääkaupungit, tässä ostovoimakorjatussa hintavertailussa HSV:llä on selvästi halvin sähkön kokonaishinta ja myös siirtohinta.

28 EU:N PÄÄKAUPUNKIEN SÄHKÖN KOKONAISHINTAVERTAILU

29 Palautetta regulaatiosta Uuden teknologian alkuvaiheen yksikkökustannukset ovat korkeammat kuin myöhemmin massatoimintana varhainen toimija kärsii suhteessa perässätulijoihin Uudelle teknologialle ei välttämättä ole sopivia EV yksikköhintoja - menettelynä arvostus tasearvoin pitää olla ok (ko. alkuvaiheen kalliiden laitteiden osalta koko elinkaaren?) EV:n hyväksymä t&k 1 % innovaatiokannustin periaatteessa hyvä tiettyä väljyyttä pitää olla tulkita hyväksyttäväksi, jos teknologia jossain päin maailmaa jo jossain muodossa käytössä muttei Suomessa, niin pitää olla ok

30 KIITOS!