6.3.1 Simulaation rakenteet esittely
Vianrajausautomaation käyttöä voidaan laajentaa lisäämällä verkkoon kaukokäyt-töisiä erottimia sekä vianilmaisimia. Mainittujen komponenttien sijoittaminen ei kuitenkaan ole aina suoraviivaista, sillä automaation optimaaliset määrät ja paikat riippuvat suuresti tarkasteltavasta verkonosasta. Työn yhtenä tavoitteena oli myös tarkastella vianrajausautomaation elinkaarikustannuksia. Kuten luvussa4 mainit-tiin, vianrajausautomaation elinkaarikustannukset koostuvat investointi-, käyttö- ja ylläpito-, kunnossapito- ja keskeytyskustannuksista. Edellä mainituista kustannuksis-ta etenkin keskeytyskuskustannuksis-tannukset ovat tärkeässä roolissa. Niiden laskeminen käsin on kuitenkin hidasta, joten tätä varten kehitettiin simulaatio. Simulaatio alustana käytetään kanadalaisen Safe Softwaren FME-dataintegraatioalustaa. FME on mo-nipuolinen datankäsittelytyökalu, joka on suunniteltu muun muassa spatiaalisen tiedon käsittelyyn. Tämän ominaisuuden avulla verkkotietojärjestelmän tietoja voi-daan hyödyntää helposti laskennassa. Lisäksi FME:llä voivoi-daan tarkastella tietoja suoraan karttapohjalla, mikä auttaa hahmottamaan dataa helpommin ja auttaa kehittämään simulaatiota iteratiivisesti. FME:ssä on sisäänrakennettuja funktioita eli muunnostyökaluja (Transformers), joiden avulla dataa voidaan käsitellä helposti.
Kuvassa 24näkyy diplomityössä tehdyn FME-simulaation periaatekuva. Simu-laation perustana ovat NSV:n verkkotietojärjestelmän KJ-verkon johtoalkiot sekä erottimet. Näiden tietojen pohjalta muodostetaan verkon topologia eli verkon reaa-liaikainen kytkentätilanne johtolähdöittäin. Kun verkon topologia on muodostettu, voidaan hyödyntää käyttäjältä saatavia syötteitä. Käyttäjä antaa parametrejä ku-ten esimerkiksi tarkasteltavan johtolähdön ja muita tarvittavia parametrejä, joita tarvitaan elinkaarikustannusten muodostamisessa. Käyttäjän syötteiden perusteel-la voidaan rajata käyttäjän valitsema johtolähtö tarkasteluun ja siihen liittyvät komponentit.
Kun tarkasteltava KJ-verkko on rajattu, verkon johto-osille lasketaan kussakin osassa kulkeva keskimääräinen teho. Keskimääräinen teho lasketaan tarkasteltavan johtolähdön käyttöpaikkojen kulutusmittausten perusteella. Laskennassa käytetään mittaustuloksia viikon ajalta, minkä perusteella lasketaan keskimääräinen tuntite-ho. Keskimääräisen tuntitehon laskennassa käytetään pätötehoa. Keskimääräisen kulutuksen määrityksen jälkeen johto-osille määritellään käytettävissä olevat vara-syöttöyhteydet. Varasyöttöjen määrittämiseen käytetään reaaliaikaisia jakorajoja.
Varasyöttöyhteyksien jälkeen siirrytään teholaskentaan. Teholaskennassa lasketaan kaavan 18 määrittämät parametrit eli käytännössä, miten sähköt voidaan palauttaa, jos vika osuu tiettyyn johto-osaan.
Teholaskenta suoritetaan ensin johtolähdön pääsyöttösuunnassa. Jokaiselle johto-osalle määritellään, kuinka paljon koko johtolähdön tehosta voidaan palauttaa kauko-käyttöisillä ja käsikauko-käyttöisillä erottimilla. Jos tehoa ei voida palauttaa kummallakaan menetelmällä pääsyöttösuunnasta, tarkastellaan kyseisen osan kuorman palautusta verkkoon varasyöttösuunnasta. Varasyöttösuunnalle lasketaan samalla tavalla
kuor-Verkkotopologia
Kuva 24: FME-simulaation perusrakenne.
mat, jotka pystytään palauttamaan kaukokäyttöisten ja käsikäyttöisten erottimien avulla. Lopulta jäljelle jäänyt kuorma, jota ei voida syöttää pääsyöttösuunnasta tai varasyöttösuunnasta, voidaan palauttaa vasta viankorjauksen jälkeen.
Teholaskennan jälkeen viimeisenä lasketaan johto-osan elinkaarikustannukset.
Elinkaarikustannuslaskennassa käytetyt kaavat esiteltiin kokonaisuudessaan luvussa 4. Investointikustannusten yksikköhintoina käytetään Nurmijärven Sähköverkko Oy:n laitetoimittajien hintoja, joita ei julkaista tässä työssä.
6.3.2 Simulaatiossa tarkasteltavat tilanteet
Simulaatiossa tarkastellaan kahta skenaariota. Ensimmäisessä skenaariossa tarkas-tellaan, miten FLIR:n käyttöönotto vaikuttaa keskeytyskustannuksien elinkaarikus-tannuksiin nykyisen verkonrakenteen avulla. FLIR-tapauksen elinkaarikustannukset muodostuvat tässä tapauksessa keskeytyskustannuksista, FLIR:n asennuskuluista ja lisenssikuluista, jotka ovat suhteutettuna NSV:n johtolähtöjen määrään, jotta vaikutuksia yksittäiseen johtolähtöön voidaan tarkastella helpommin. Edellä mai-nitun tapauksen verrokkitapaus koostuu vain johtolähdön keskeytyskustannuksista ilman vianrajausautomaatiota. Molemmissa tapauksissa käytetään luvun 5.3 kysely-tutkimuksen tuloksia vianhallintaan kuluvasta ajasta. FLIR-tapauksessa oletetaan, että vianrajausautomaatio aloittaa tekemään kytkentöjä nopeasti ennen kuin käy-tönpäivystäjä ehtii aloittamaan vianrajauksen. Näin ollen FLIR-järjestelmä aloittaa vianrajauksen noin 15 minuuttia aikaisemmin, mistä syntyy automaattisen vianra-jausjärjestelmän hyöty.
Toisessa skenaariossa tarkastellaan FLIR:n käyttöönoton hyötyjä tilanteeseen, jos-sa kaukokäyttöisiä erottimia lisätään verkkoon päivittämällä nykyisiä käsikäyttöisiä erottimia. Käyttäjältä pyydetään päivitettävien erottimien määrä, jonka perusteella simulaatio päättää mitkä erottimet päivitetään kyseisessä tapauksessa. Erottimien
valinta tapahtuu kuvan 25 mukaisesti. Kun määräksi valitaan 1 niin, halutaan päi-vittää yksierotin. Täten simulaatio etsii erottimen noin johtolähdön puolivälistä.
Vastaavasti, jos valitaan määräksi 2, johtolähtö jaetaan kolmeen osaan niin, että risteyskohtien erottimet päivitetään kaukokäyttöisiksi. Mikäli päivitettävä erotin on jo alun perin kaukokäyttöinen, sen tyyppiä ei vaihdeta. Simulaatiossa oletetaan, että jakorajaerotin on kaukokäyttöinen, jotta varasyöttöjä voitaisiin hyödyntää nopeasti etäkäytöllä, vaikka todellisuudessa kaikki jakorajaerottimet eivät ole kaukokäyttöisiä.
Määrä = 0
Kaukokäyttöinen jakorajaerotin
Määrä = 1
Käsikäyttöisiä erottimia
Katkaisija
Määrä = 2
Määrä = 3
Kaukokäyttöerotin Sähköaseman
KJ-kiskosto
...
Kuva 25: Periaatekuva toisessa skenaariossa päivitettävistä erottimista johtolähdöllä.
Molemmissa tapauksissa tarkastellaan vaikutuksia kuuteen eri johtolähtöön. Joh-tolähdöt ovat Nummenpää, Lintumetsä, Lepsämä, Raala, Rajamäki II ja Metsäkylä.
Johtolähtöjen perustiedot ovat esitelty taulukossa 10. Taulukon perusteella huoma-taan, että Nummenpää, Lepsämä sekä Metsäkylä ovat ilmajohtoverkko painotteisia johtolähtöjä, kun taas Rajamäki II, Lintumetsä ja Raala koostuvat myös kaapeli-verkosta. Koska keskimääräinen johtolähdön teho vaikuttaa keskeytyskustannuksiin olennaisesti, voidaan arvioida, että suurimmat FLIR-järjestelmän säästöt kohdistuvat johtolähtöihin, joissa on paljon kuormaa. Simulaatioiden tarkasteluaikana käytettiin 25:tä vuotta.
Taulukko 10: Simulaatiossa tarkasteltavat johtolähdöt, niiden pituudet, kaapeloin-tiasteet ja keskimääräiset pätötehot.
Johtolähtön Johtolähdön Kaapelointiaste Keskimääräinen
nimi pituus (km) (%) pätöteho (kW)
NUMMENPÄÄ 53,0 2,2 372,0
LEPSÄMÄ 35,0 3,2 607,0
RAJAMÄKI II 23,1 12,5 135,0
LINTUMETSÄ 17,7 17,1 118,0
METSÄKYLÄ 15,2 4,7 300,0
RAALA 11,5 15,2 57,0
Simulaation avulla olisi haluttu tutkia vianilmaisimien lisäämisen vaikutusta kes-keytyskustannusten elinkaarikustannuksiin, mutta kokemuksen puutteen ja vähäisen tutkimuksen vuoksi vianilmaisimien hyötyjä ei voitu arvioida tämän työn simulaatios-sa. Simulaatiota voidaan kuitenkin laajentaa tulevaisuudessa, jolloin vianilmaisimien vaikutuksia voidaan arvioida. Myös uusien erottimien lisääminen päivittämisen sijais-ta voidaan sijais-tarvitsijais-taessa lisätä jälkeenpäin, mikä ei ollut diplomityölle varatun ajan puitteissa mahdollista toteuttaa.
6.3.3 Simulaation tulokset
Simulaation tuloksia on esitetty kuvissa26 ja 27. Sininen ja tumman vihreä kuvaa ensimmäistä skenaariota. Sinisen ja tumman vihreän palkin välisestä erosta saadaan FLIR-järjestelmän luoma säästö elinkaarikustannuksissa. Suurimmat hyödyt saadaan Nummenpään, Lepsämän ja Metsäkylän johtolähdöillä. Kyseiset johtolähdöt ovat suurimmaksi osaksi ilmajohtoa, joten niiden vikaantumistaajuus on suurempi. Tämän lisäksi kyseisten johtolähtöjen tehot ovat suuremmat kuin Lintumetsän, Raalan ja Rajamäki II:n. Lintumetsän tapauksessa elinkaarikustannuksissa saatava hyöty on melko pieni noin 500€, kun suurin hyöty, noin 76 000€, saadaan Lepsämän johtoläh-döllä. Raalan johtolähdön tapauksessa huomataan, että elinkaarikustannukset vain kasvavat FLIR-järjestelmän myötä. Elinkaarikustannusten kasvu on kuitenkin pientä verrattuna saatuihin hyötyihin kaikissa johtolähdöissä. Kuvassa 27 näkyy paremmin johtolähtökohtaiset tulokset suhteutettuna kyseisen johtolähdön alkutilanteeseen.
Kuva 26: Simulaation tulokset johtolähtökohtaisesti, kun tarkasteluaika on 25 vuotta.
Vaalean vihreä väri kuvaa toista skenaariota. Neljässä johtolähdössä erottimien päivittäminen ei tuonut yhtään hyötyä, sillä saavutettu hyöty oli pienempi kuin erottimien päivittämiseen investoitava summa. Lepsämän johdolla kuitenkin huo-mattiin, että kolmen erottimen päivittäminen FLIR-järjestelmän kanssa tuottaa pienemmät elinkaarikustannukset kuin pelkästään FLIR-järjestelmän käyttöönotto.
Päivittämisellä ja FLIR-järjestelmän käyttöönotolla saavutettu säästö verrattuna
al-Kuva 27: Simulaation tulokset suhteutettuna kyseisen johtolähdön alkutilanteeseen ilman vianrajausautomaatiota.
kutilanteeseen on jopa 110 000€ elinkaarikustannuksissa. Samanlainen hyöty saadaan, jos Nummenpään johtolähtöön päivitetään yksi käsikäyttöinen erotin kaukokäyt-töiseksi. Nummenpään tapauksessa erottimen päivitys laskisi elinkaarikustannuksia alkutilanteeseen verrattuna on noin 73 000€.
Simulaatiossa käytetään oletuksia ja yksinkertaistuksia simuloinnin mahdollis-tamiseksi. Tämän takia simulaation tulokset ovat vain suuntaa antavia. Oletuksien lisäksi verkon analysointia vaikeuttaa verkkotietojärjestelmän digitoinnin muuttumi-nen vuosien varrella. NSV:n verkkotietokannassa on paljon erilaisia tapoja digitoida verkkoa, mikä vaikeuttaa verkon tarkkaa simulointia FME:n näkökulmasta. Etenkin varasyöttöyhteyksien määrittäminen on FME:llä vaikeaa, mikä vääristää keskeytys-kustannusten laskemista. Myös vikatapauksen yksinkertainen mallintaminen ei kerro koko totuutta, sillä vikatapaukset ovat erilaisia niin sijainniltaan kuin kestoltaan.
Epävarmuustekijöistä huolimatta, voidaan todeta, että FLIR-järjestelmä laskee keskeytyskustannuksien elinkaarikustannuksia huomattavasti enemmän kuin mitä investointi ja lisenssikulut nostavat niitä. Suurimmat elinkaarikustannusten laskut saavutetaan johtolähdöillä, joilla on paljon ilmajohtoverkkoa ja kuormaa.