title: Realitätsgerechte Alterungsmodelle von Mittelspannungs-Netzstationen als Basis optimierter Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien
Creators: name: Dalamaras, Petros
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2022
Subjects: Alterungsmodelle
Badewannenkurve
Wuppergerade
Netzstationen
Instandhaltung
Erneuerung

description: Durch die Liberalisierung der Energiewirtschaft und die Anreizregulierung sind die Verteilungsnetzbetreiber angehalten, ihre Netze effizient bei gleichzeitiger Wahrung der heutigen Versorgungszuverlässigkeit zu betreiben. Da die Anwendung optimierter Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien zu erheblichen Einsparpotenzialen führen kann, gewinnen optimierte Instandhaltungs- und Erneuerungsentscheidungen für die Entwicklung geeigneter Asset-Strategien zunehmend an Bedeutung. Der aktuelle Zustand sowie das tatsächliche Alterungsverhalten der MS-Netzstationen stellen dabei wichtige Größen zur Asset-Optimierung dar. In dieser Arbeit sind Inspektionschecklisten einer Vielzahl von Verteilungsnetzbetreibern analysiert und vereinheitlicht worden, sodass erstmalig die valide Ableitung der Alterungsmodelle der MS-Netzstationen sowie derer Hauptkomponenten auf Basis einer sehr großen Grundgesamtheit von ca. 110.000 Zustandsbewertungen erfolgt ist. Die Ableitung der Alterungsmodelle erfolgt auf Basis statistischer Analysen. Mittels dieser kann eindeutig ein signifikanter linearer Zusammenhang zwischen dem Zustandsindex der Hauptkomponenten der MS-Netzstationen bzw. der MS-Netzstationen selbst und deren Alter nachgewiesen werden. Die Markov-Ketten werden als ein weiterer Ansatz für die Ableitung von Alterungsmodellen herangezogen, welche auf Basis der ca. 24.000 mehrfach bewerteten MS-Netzstationen erfolgt. Der Markov-Ansatz zeigt ebenso für die MS-Netzstationen einen signifikanten linearen Zusammenhang zwischen dem Zustandsindex und dem Alter auf. <br> In dieser Arbeit werden erstmalig mittels Mess- und Prüfverfahren an einem großen Kollektiv von 108 MS-Anlagen Anzeichen für Alterungserscheinungen ermittelt sowie die Auswirkungen der Alterungseffekte auf deren Zustand identifiziert. Insgesamt ergibt sich mithilfe des Einsatzes der relevanten Mess- und Prüfverfahren ein erheblicher Mehrwert für die Ableitung von realitätsgerechten Alterungsmodellen der für die Versorgungszuverlässigkeit essenziell wichtigen Hauptkomponente „MS-Schaltanlage“ der MS-Netzstationen sowie letztendlich der MS-Netzstationen selbst. Schließlich werden die Ergebnisse der Laboruntersuchungen mittels Relationsgrößen mit den auf visuellen Inspektionen basierenden Alterungsmodellen kombiniert und die Aussage bzgl. eines linearen Zusammenhangs zwischen Zustand und Alter wird damit zusätzlich bekräftigt.<br> Auf Basis der zustandsbasierten Alterungsmodelle können die für das Asset-Management wichtigen Störungsraten in Abhängigkeit des Alters (finalen Alterungsmodelle) ermittelt werden. Die finalen Alterungsmodelle liefern somit Informationen über die Veränderung des Störungsverhaltens der MS-Netzstationen mit steigendem Alter. Erstmalig kann damit bewiesen werden, dass das badewannenförmige Ausfallverhalten, welches im Asset-Management für Asset-Simulationen häufig angenommen wird, nicht existiert und damit die getroffenen Annahmen im Asset-Management nicht die Realität widerspiegeln. Vielmehr liegt ein lineares Alterungsverhalten der MS-Netzstationen vor, welches als Wuppergerade bezeichnet wird.
description: As a result of the liberalization of the energy industry and incentive-based regulation, distribution system operators are required to operate their grid efficiently while maintaining the current reliability of supply. Since optimized maintenance and replacement strategies can lead to considerable savings potentials, optimized maintenance and replacement decisions are becoming increasingly important for the development of suitable asset strategies. The current condition and the actual ageing behaviour of medium-voltage (MV)-substations represent important variables for asset optimization. <br> In this thesis, inspection checklists of a large number of distribution system operators have been analyzed and standardized so that, for the first time, the valid derivation of ageing models of MV-substations and their main components has been carried out based on a very large population of approximately 110,000 condition assessments. The ageing models are derived based on statistical analyses. Using these, a significant linear relationship between the condition index of the main components of the MV-substations and the MV-substations themselves and their age can be found. Markov chains are used as another approach for the derivation of ageing models, which is based on the approximately 24,000 multiple evaluated MV-substations. The Markov approach also shows a significant linear relationship between the condition index and age for the MV-substations.<br> In this thesis, signs of ageing are determined for the first time on a large collection of 108 MV-systems using measurement and test methods, and the effects of ageing on their condition are identified. All in all, the use of the relevant measurement and testing methods results in considerable added value for the derivation of realistic ageing models of the main component “MV-switchgear” of MV-substations, which is essential for the reliability of supply, and ultimately of the MV-substations themselves. The results of the laboratory tests are combined with the ageing models based on visual inspections through weighting factors and the statement regarding a linear relationship between condition and age is thus additionally confirmed. Based on the condition-based ageing models, the failure rates that are important for asset management can be determined as a function of age (final ageing models). Thus, the final ageing models provide information about the change in the failure behaviour of MV-substations with increasing age. For the first time, it can be proven that the bathtub-shaped failure behaviour that is often assumed in asset management for asset simulations does not exist and thus the assumptions made in asset management do not reflect reality. Rather, there is a linear ageing behaviour of the MV-substations, which is referred to as the “Wupper” (straight) line.