Keskijänniteverkon viat ovat yksilöllisiä niin vikapaikan kuin ajan suhteen. Nurmi-järven Sähköverkon verkkotietojärjestelmään kirjattujen pysyvien KJ-verkon vikojen keskimääräinen pituus on 55 minuuttia vuonna 2020. Tämä ei kuitenkaan kerro, miten vikakeskeytyksen pituus jakautuu vianhallinnan eri vaiheisiin. Vianhallinnan vaiheiden pituuksien kartoittamiseen toteutettiin kyselytutkimus, joka suunnattiin Nurmijärven Sähköverkon käytönpäivystäjille. Nurmijärven Sähköverkolla on seitse-män käytönpäivystäjää, jotka päivystävät viikon kerrallaan. Kyselytutkimuksessa tarkasteltiin perinteistä vikatapausta ilmajohtoverkossa, jossa puu on kaatunut lin-jalle aiheuttaen sähkönjakelun keskeytyksen, kun päivystäjä on nukkumassa. Päivys-täjiltä kysyttiin keskimääräistä aikaa, joka kuluu tiettyyn vianhallinnan vaiheiseen.
Vaiheita on neljä kappaletta.
Ensimmäinen vaihe kuvaa aikaa, joka kuluu vikailmoituksesta siihen, että päi-vystäjä aloittaa vianetsinnän. Tämän vaiheen aikana päipäi-vystäjä herää ja avaa kan-nettavan tietokoneen, joka on yhteydessä sähkönjakeluverkon valvomoon. Toisessa vaiheessa päivystäjä aloittaa vianetsinnän pyrkien rajaamaan vian pienimpään mah-dolliseen kokoon ennen maastoon lähtemistä. Maastossa päivystäjä ajaa jakeluverkon vikaantunutta johtolähtöä lävitse etsien vikaa. Kun vika paikallistetaan, se erotetaan verkosta niin, että puun poisto voidaan tehdä turvallisesti. Kun vikaantunut kohta on erotettu, siirrytään kolmanteen vaiheeseen eli viankorjaukseen. Sähkölinja maa-doitetaan ja puu poistetaan sähkölinjalta. Sen jälkeen tarkistetaan, että kannattimet, eristeet sekä johdin on kunnossa, jonka jälkeen siirrytään viimeiseen vaiheeseen.
Viimeisessä vaiheessa sähkönjakelu palautetaan korjatulle johto-osalle.
Kyselylomakkeella kartoitettiin edellä mainittuihin vaiheisiin kuluvaa aikaa kes-kimäärin. Kyselytutkimuksen palautteen perusteella huomattiin, että vianetsintään kuluva aika oli arvioitu väärin vastausvaihtoehtoja aseteltaessa. Tästä syystä toteu-tettiin myös toinen kysely, jossa kysyttiin vianetsintään kuluvaa aikaa laajemmilla vastausvaihtoehdoilla. Ensimmäisen kyselylomakkeen vastausprosentti oli 100 % käy-tönpäivystäjistä, kun toisen tarkentavan kyselylomakkeen vastausprosentti oli noin 71 % käytönpäivystäjistä.
Tutkimuksen ensimmäisen kysymyksen perusteella voidaan todeta, että käytön-päivystäjällä menee keskimääräisesti 11 minuuttia, kunnes hän ehtii aloittamaan vianetsinnän. Tarkentavan kyselyn mukaan vianetsintään kuluu keskimäärin 1,1 tuntia. Vian korjaukseen kuluva aika ei ole FLIR:n kannalta olennainen aikamääre, sillä vian korjaukseen kuluu siihen vaadittava aika, mikäli siis vikaa ei voida erottaa niin, että siitä ei aiheudu keskeytystä asiakkaille. Puun poistamiseen ilmalinjalta menee tuloksien perusteella keskimäärin 40,7 minuuttia. Viimeisenä kysymyksenä tiedusteltiin, että miten kauan sähkönjakelun palautuksessa kestää, kun vika saadaan korjattua. Tähän menee keskimäärin 26,8 minuuttia.
Kyselytutkimuksen mukaan ilmajohtoverkon hypoteettisen vian hoitamiseen ku-luu keskimäärin noin 2,4 tuntia. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että vianra-jausautomaatiolla on paljon potentiaalia lyhentää vikakeskeytyksen kokonaispituutta.
Etenkin vianetsintään käytettyä aikaa pystytään lyhentämään vianrajausautomaa-tion keinoin. Todellisuudessa vikatapaukset vaihtelevat hyvin paljon niin ajallisesti
kuin sijainnillisesti. Parhaimmassa tapauksessa käytönpäivystäjä on valveilla ja esimerkiksi työpaikalla, jolloin vianhoito voidaan aloittaa nopeasti useamman henki-lön voimin. Tällöin vianrajausautomaation hyödyt ovat pienemmät kuin verratessa kyselytutkimuksen tilanteeseen, jolloin päivystäjä on nukkumassa vian sattuessa.
Tämä on tärkeä asia, kun tarkastellaan keskikokoista jakeluverkkoyhtiötä, jolla ei ole ympärivuorokautisesti miehitettyä valvomoa kuten esimerkiksi jakeluverkkoyhtiö Carunalla [33].
6 Vianrajausautomaation käyttöönottosuunnitel-ma
Tässä luvussa esitellään Nurmijärven Sähköverkko Oy:n vianrajausautomaation käyttöönottosuunnitelma. Kuten luvussa 3.3.1 mainittiin, Nurmijärven Sähköver-kolla on käytössään Hitachi ABB:n MicroSCADA -käytönvalvontajärjestelmä sekä Trimble DMS -käytöntukijärjestelmä. Edellä mainitussa luvussa kerrottiin lyhyesti, miten FLIR toimii kyseisillä järjestelmillä. Luvun alussa tarkastellaan lähemmin käytettävien järjestelmien FLIR-toimintaa, jonka jälkeen siirrytään käsittelemään käyttöönottoprosessia kronologisessa järjestyksessä. Tämän jälkeen tutkitaan FLIR:n vaikutuksia NSV:n jakeluverkkoon simulaation avulla. Luvun lopussa esitellään käyttöönottosuunnitelman yhteenveto sekä tulevaisuuden kehitysideat.
6.1 Trimble DMS:n ja Hitachi ABB MicroSCADA:n välinen vianrajausautomaatio
Trimble DMS:n FLIR-toiminnallisuus kehitettiin vuonna 2011 nopeuttamaan haja-asutusalueiden vianrajausta. Kehityksessä oli alun perin mukana Trimblen (entinen Tekla) lisäksi Netcontrol Oy sekä Vattenfall Verkko Oy, joka on nykyään Elenia Verkko Oy. FLIR-järjestelmää on kehitetty vuosien varrella. Järjestelmään on lisätty muun muassa tuki vianilmaisimille ja normaalin käyttötilan rinnalle on kehitetty myrskytila. Vuonna 2018 ABB kehitti omaan SCADA-järjestelmäänsä tuen Trimble DMS:n rajapinnalle. Kyseinen rajapinta on tärkeä, sillä sen avulla FLIR-liikenne voidaan ohjata niin, että se ei häiritse normaalia SCADA:n ja DMS:n välistä liikennettä. [76]
Kuten todettu jo aikaisemmin luvussa 3.3.1, SCADA on aloitteellinen osapuoli FLIR-järjestelmässä. SCADA pyytää DMS:ltä sekvenssejä vianrajauksessa sekä säh-köjakelun palautuksessa. Vianrajaussekvenssin laskeminen alkaa, kun SCADA on tarkistanut DMS:n lähettämän kytkinmallin sisältämät kaukokäyttöiset erottimet.
Vianerotussekvenssi lasketaan käyttämällä laskennallista vikapaikkaa tai vianilmaisi-mien tietoja. DMS laskee kaikki mahdolliset vikavyöhykkeet samanaikaisesti, joista se valitsee todennäköisimmän vikapaikan perustuen johto-osien rakenteeseen sekä laskennan tuloksiin. Laskennassa voidaan myös hyödyntää komponenttien yksilökoh-taisia vikaantumistaajuuksia, mikäli sellaisia on tarpeeksi saatavilla vikaantuneelta johtolähdöltä. SCADA:n välittämien kytkintilatietojen perusteella DMS seuraa, mitä verkossa tapahtuu jokaisen askeleen jälkeen. Näin vianrajauksen alussa lasketuista tuloksista saadaan suodatettua pois vikapaikkoja, jotka todettiin viattomiksi.
Trimble DMS hyödyntää vianerotussekvensseissä karkeaa ja tarkkaa vyörytystä.
Karkea vyörytys kuvaa sellaista tilannetta, että vyöhykkeitä yhdistetään isommiksi alueiksi, joita vyörytetään. Vyöhykkeet muodostuvat kaukokäyttöisten erottimien väliin. Tarkkavyörytys tarkoittaa perinteistä vyörytystä eli vikapaikka etsitään yksi erotinväli kerrallaan. Vianilmaisimien avulla vika voidaan täsmäerottaa, mikäli niitä on verkossa tarpeeksi ja niiden hälytykset eivät ole ristiriitaisia esimerkiksi maasulun aikana. Ristiriitaisella indikoinnilla tarkoitetaan tilannetta, jossa vianilmaisimien
hälytykset eivät tue yhden vikapaikan hypoteesia. Ristiriitaisen indikoinnin syy voi johtua esimerkiksi yksittäisen vianilmaisimen konfigurointivirheestä. [76]
Käytetty menetelmä riippuu myös DMS:n toimintatilasta. Trimble DMS:ssä on kaksi FLIR:n toimintatilaa: normaali ja myrsky. Myrskytila eroaa normaalitilasta niin, että myrskytilan vianrajaussekvenssissä verkko rajataan nopeasti säävarmaan ja säälle alttiiseen verkkoon. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että maakaapeloidut verkon alkupäät erotetaan säälle alttiista ilmajohtoverkosta. Mikäli johtolähdön alkupäässä ei ole säävarmaa verkkoa, suoritus palautuu normaalitilaan. [77] [76]
Kuvassa 23 näkyy sekvenssiehdotuksen toimintaperiaate. Vikapaikka voidaan karkeasti jakaa kolmeen kategoriaan perustuen siitä saatuihin tietoihin: luotettava vika-alue, todennäköinen vika-alue ja tuntematon vika-alue. Vaaleammalla vihreällä on korostettu ideaalinen tilanne, jossa vikapaikka tiedetään suurella todennäköisyydel-lä. Tämän tiedon avulla voidaan yrittää tehdä täsmäerotus. Vianrajaussekvenssi voi koostua kahdesta kokeilukytkennästä. Ensimmäinen kokeilukytkentä tarkistaa onko vika poistunut ennen erotuskytkentäsekvenssiä, joten sitä voidaan kutsua ensivaiheen kokeilukytkennäksi. Vastaavanlainen kokeilukytkentä suoritetaan vianrajaussekvens-sin jälkeen, jota voidaan kutsua erotusvaiheen kokeilukytkennäksi. Tämä tehdään siksi, koska täsmäerotuksessa ei välttämättä tiedetä, onko vika oikeasti kyseisel-lä erotinvälilkyseisel-lä, jolla sen kuvitellaan olevan. Kokeilukytkennän avulla tarkistetaan siis, että vika sijaitsee oletetussa paikassa. Kokeilukytkennän jälkeen kytkentäti-lanne palautetaan sitä edeltään tilanteeseen, jos vikapaikka varmistetaan. Mikäli arviointi epäonnistuu ja vika ei olekaan oletetulla erotin välillä, suoritus siirtyy tun-temattoman vika-alueen etsintään, joka on korostettu kuvassa23 tumman vihreällä.
Vianrajaussekvenssiin kuuluu aina myös pääsyöttösuunnan sähköjen palauttaminen niin pian kuin se vai on mahdollista. Vianerotusekvenssin jälkeen SCADA pyytää palautussekvenssiä vikapaikan takana olevalle verkolle. [76]
Varasyöttöyhteyksien laskennassa huomioidaan varasyöttöyhteyden kuormitusas-te, jännitealenema sekä pienin mahdollinen kaksi vaiheinen oikosulku epäsuotuisim-massa kohdassa, jotta varasyötön suojarele pystyy havahtumaan mahdolliseen vikaan.
Näihin suureisiin perustuen DMS päättää parhaimman mahdollisen varasyöttömah-dollisuuden vian takana olevalle verkolle.