Evaluating the detail level of reliability analyses used in the investment planning at Fortum Distribution AB

• Main Author: Stenberg, Sabina
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Elektroteknisk teori och konstruktion 2012
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-93950

This master thesis project is a cooperation between Fortum Distribution AB and The Royal Institute of Technology (KTH). When maintaining and operating a power distribution system, which is the task of Fortum Distribution AB, the aim is to always be able to deliver electric energy to the customers. A 100% reliability is however not a realistic goal since too high reliability would cost too much. The net planners at Fortum have to choose the most cost effective investments. Due to the complexity of the power system, grid analyses are expensive and simplifications have to be made. In this master thesis it is examined if Fortum Distribution AB’s methods for prioritizing between different reliability investments for the rural power distribution system are detailed enough to give the same result as more complex methods. This is done by creating theoretical models of two 11 kV lines out of two different substations in a rural part of Fortum’s grid. The fault management process at Fortum Distribution AB is thoroughly described and implemented in the theoretical models of the two case lines. The time it takes to perform specific tasks in the fault management are listed for future reference. A couple of investments for better reliability are applied to the case lines. The effect on reliability and cost efficiency of different investments allow for the investments to be prioritized after which are better to implement. One of the case lines is in an area where reliability investments have already been performed. This line is chosen because the results from the analysis then can be compared to the real investments. To test and apply the result the other case study is performed on an area that has not yet been renovated. For this case line cost-efficient investments are recommended. The conclusion of the analyses is that the detail level of the analyses made by Fortum Distribution AB most likely are sufficient for today’s grid. However, because of the ongoing project to weather-secure the grid, changing overhead lines for underground cables is the number one priority. The analysis in this thesis could have reflected the effect of extreme weather better, but even so, the result shows such a significantly lower cost-efficiency for investing in cables that it might be favorable for Fortum Distribution AB to review the benefits of changing overhead lines for underground cables. In some cases other investments might be more beneficial. === Denna svenska sammanfattning av examensarbetet riktar sig kanske främst till personer på Fortum eller den som annars har en inblick i arbetet på ett elnätsföretag. Det här examensarbetet är ett samarbete mellan Fortum Distribution AB och KTH.  Målet med examensarbetet är att undersöka om Fortum Distibution AB’s metoder för att prioritera mellan olika investeringar för bättre tillförlitlighet på lokala landsbygdsnät ger samma resultat som mer komplexa metoder. Projektet har genomförts genom att göra teoretiska modeller av två linjer i Fortums nät. Den ena, 102A Lesjöfors, är en linje där omfattande upprustningar redan genomförts. Där görs modellen av hur linjen såg ut innan den byggdes om för att sedan kunna jämföras mot verkligheten. Den andra linjen, 020E Charlottenberg, är en linje som är i behov av renovering. För denna linje kommer rekommendationer baserade på resultatet av denna studie att ges. Indata till modellerna är felintensiteter för ett par olika komponenter och åtgärdstiderna för att återställa funktionen då ett avbrott inträffat. Komponenterna som beaktas är luftledningar, kablar, brytare, frånskiljare och lågspänningskomponenter (vars felintensitet aggregeras till en). Felintensiteterna uppskattas från historiska data över avbrott i området. Ett mål är att använda så lokala avbrottsdata som möjligt för att spegla de lokala variationerna av hur ofta fel inträffar. Åtgärdstiderna har uppskattats genom intervjuer med nätplanerare, driftoperatörer och montörer på Fortum och Infratek. Infratek är ett bolag som bygger och underhåller infrastruktur. Linjen delas upp i olika segment efter var frånskiljarna sitter placerade, och kunderna som bor mellan samma två frånskiljare slås samman till en s.k. lastpunkt. För varje lastpunkt beräknas felintensitet och åtgärdstid för olika typer av felfall, som t.e.x. fel på luftledning. För varje lastpunkt beräknas det total antalet avbrott och den totala tiden då lastpunkten varit utan ström. Dessa multipliceras sedan med antalet kunder vid varje lastpunkt, och det totala antalet kundavbrott och kundavbrottstimmar används sedan för att beräkna SAIFI och SAIDI (se definition i avsnitt 2.1). Ett antal olika investeringsscenarier undersöks för linjen. De olika investeringsalternativen är både vanliga typer av investeringar, så som kablifiering, men även lite nyare investeringar undersöks. Att sänka spänningen på en mindre radiell ledning till 1 kV och att installera en linjebrytare är exempel på sådana investeringar som ännu inte har användts speciellt mycket. Utöver dessa investeringar undersöktes även alternativet att uppgradera de manuella frånskiljarna till automatiska och att lägga till en möjlighet till sekundär matning. Kablifiering var den investering som tidigare har utförts på den verkliga Lesjöforslinjen. En modell gjordes därför även av Lesjöforslinjen som den ser ut idag. På så vis kunde den i verkligheten genomförda investeringen jämföras mot de teoretiska investeringarna. Övriga investeringar beräknades genom att modifiera de befintliga modellerna för linjerna. För investeringarna beräknas nya SAIFI och SAIDI, samt minskningen av kundavbrottsminuter. En LCC-analys görs av kostnader och inkomster från investeringarna under dess livslängd, som antas vara 40 år. I den totala kostnaden ingår investeringskostnad, underhållskostnader, kundavbrottsersättningar för långa avbrott och förändringar på intäktsramen via regleringen. Förändringarna på intäktsramen beror dels av en kvalitetsjustering baserat på hur mycket SAIFI och SAIDI har sänkts, dels på om kapitalbasen ändras genom investeringen. Med de totala kostnaderna och sänkningen av kundavbrottsminuter tas nyckeltalen SEK/kundavbrottsminut och SEK/isolerad km ledning fram. Dessa nyckeltal används av Fortum i investeringsplaneringen. Investeringarna sorteras sedan efter kostnadseffektivitet. Slutsatserna av projektet kan sammanfattas i ett antal punker: Vädersäkring har högsta prioritet inom investeringsplaneringen på Fortum idag. Analyserna i detta examensarbete kunde ha speglat effekten av extremväder starkare. Trots detta är kostnadseffektiviteten för kablifiering så signifikant mycket lägre än för de andra investeringarna att det kan vara värt för Fortum att räkna på vinsterna med att kablifiera för att se om det kanske finns situationer där andra investeringar hade varit lönsammare. I Fortums analyser görs flera förenklingar, bl.a. att kablar är felfria. Beräkningarna i denna rapport har visat att kablar har mycket liten effekt på systemets tillförlitlighet och att denna förenkling nog kan anses vara acceptabel. Detta kan dock komma att förändras. Om kablifieringen av nätet fortsätter kommer en större och större del av det bestå av kabel. Detta gör att kablarnas felintensitet får en allt större procentuell betydelse. Det kan vara värt att fundera på hur detaljerade beräkningar man bör ha på sikt om luftledningsnäten byggs bort. Regleringen har en mycket stor påverkan på hur kostnadseffektiva investeringar blir. Det är därför fördelaktigt att ta med regleringens inverkan i beräkningarna för att kunna avgöra vilken investering som ger bäst resultat. Regleringen av elnätsföretagen har dock, och kan komma att, skifta och det är inte säkert att de regler som gäller idag även gäller nästa reglerperiod. Därför kan det även vara bra att välja investeringar vars lönsamhet inte rasar om en förändring av regleringen skulle ske, med tanke på att livslängden på investeringen beräknas vara 40 år.