A growing use of sensors on the electric grid has opened the door to new methods of asset management: Distribution System Operators are now looking into conditionbased maintenance, as opposed to the traditional corrective or time-based methods. As an emerging field, the methodology must be constructed from the ground, with the little data available. The focus is put on cross-linked polyethylene medium voltage overhead lines (XLPE MVOHL)asthe asset to manage, and the aim of this work is to study under which conditions the use of sensors to improve maintenance scheduling on those lines is economically profitable. Solving this problem starts with a necessary review of key ageing mechanisms of XLPE MV overhead lines, followed by the identification of sensors which can monitor the quantities behind these mechanisms. Statistical models for the lifetime of electrical assets and economic models for the analysis of investments are also described. From this preliminary study, a condition-based maintenance methodology was devised using the concept of Health Index to gather data from multiple types of sensors into one unique indicator. Using existing literature, this health index is used to dynamically estimate the failure rate of the line. This failure rate is the key to condition-based maintenance scheduling: maintenance operations are triggered when the failure rate reaches a threshold. Selecting one ageing mechanism- electrical stress-, and one type of sensorpartial discharge inductive sensors-, a Python simulation was built (and is shared at the end of this thesis) allowing to compare the cost of predictive maintenance to the cost of corrective maintenance over several decades, with the key parameters clearly identified and analysed. Beyond the methodology in itself, the main result of the work is that the use of sensors is economically profitable in most of the studied conditions. This project also reveals the strong influence of some parameters on this profitability: condition monitoring is particularly justified for short-lived assets, with a narrow distribution of failures. The failure rate threshold must be set carefully as it has a major impact on the analysis: setting it too high leads to an unprofitable scenario. / Den ökande användningen av sensorer i elnätet har öppnat dörren för nya metoder för förvaltning av tillgångar: Distributionsnätsoperatörer tittar nu på tillståndsbaserat underhåll, i motsats till de traditionella korrigerande eller tidsbaserade metoderna. Eftersom det rör sig om ett nytt område måste metoden byggas upp från grunden, med de få data som finns tillgängliga. Fokus ligger på luftledningar av tvärbanden polyeten med medelhög spänning (XLPE MV OHL) som den tillgång som ska förvaltas, och syftet med detta arbete är att undersöka under vilka förhållanden det är ekonomiskt lönsamt att använda sensorer för att förbättra underhållsplaneringen på dessa ledningar. För att lösa detta problem börjar man med en nödvändig genomgång av de viktigaste åldringsmekanismerna för XLPE MV luftledningar, följt av identifiering av sensorer som kan övervaka de kvantiteter som ligger bakom dessa mekanismer. Statistiska modeller för livslängden för elektriska tillgångar och ekonomiska modeller för analys av investeringar beskrivs också. Utifrån denna preliminära studie utarbetades en metod för tillståndsbaserat underhåll med hjälp av begreppet hälsoindex för att samla data från flera olika typer av sensorer till en unik indikator. Med hjälp av befintlig litteratur används detta hälsoindex för att dynamiskt uppskatta felfrekvensen för ledningen. Denna felfrekvens är nyckeln till en tillståndsbaserad underhållsplanering: underhålls åtgärder utlöses när felfrekvensen når ett tröskelvärde. Genom att välja en åldringsmekanism- elektrisk belastning- och en typ av sensor- induktiva sensorer med partiell urladdning- byggdes en Python-simulering (som delas i slutet av denna avhandling) som gör det möjligt att jämföra kostnaden för förebyggande underhåll med kostnaden för korrigerande underhåll under flera decennier, med de viktigaste parametrarna tydligt identifierade och analyserade. Utöver själva metoden är det viktigaste resultatet av arbetet att användningen av sensorer är ekonomiskt lönsam under de flesta av de studerade förhållandena. Projektet visar också att vissa parametrar har ett starkt inflytande på denna lönsamhet: tillståndskontroll är särskilt motiverat för tillgångar med kort livslängd och en snäv fördelning av fel. Tröskelvärdet för felfrekvensen måste sättas med omsorg eftersom det har stor inverkan på analysen: om det sätts för högt leder det till ett olönsamt scenario.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-318830 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Vincenti, Hugo |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:235 |
Page generated in 0.0018 seconds