Veikart for digitale transformatorstasjoner i Norge

Medforfatter: Maren Istad, SINTEF Energi

Veikart

Energibransjen står overfor et digitalt paradigmeskifte for transformatorstasjoner. Ny digital teknologi for stasjonene byr på nye muligheter og utfordringer, og elkraftfaget og IT-faget forenes på nye og mer omfattende måter.

I første fase av FoU-prosjektet ECoDiS (Engineering and Condition monitoring in Digital Substations) har nettselskapene Statnett (prosjektleder), Elvia, Skagerak Nett, Agder Energi Nett, BKK og Tensio samt NVE, NTNU og SINTEF Energi laget et «veikart» for digitale transformatorstasjoner i Norge.

I arbeidet med veikartet er det blitt kartlagt muligheter, utfordringer og risikoer, kost/nytte-verdi, samt sensor- og kommunikasjonsteknologier for de digitale stasjonene. I tillegg er deltakerne blitt enige om prinsipper for stasjonsutforming og strategier for implementering. I prosjektet inngår åtte digitale pilotstasjoner og én labplattform – se kart i Figur 1. Flere spennende og muliggjørende sensorteknologier planlegges installert i pilotstasjonene:

• Optiske måletransformatorer
• På Statnetts stasjon på Furuset i Oslo arbeider SINTEF med å utvikle en maskinlæringsbasert modell for temperaturutviklingen i en transformator, som kan inngå som en del av en digital tvilling. Modellen kan brukes til å predikere framtidig temperaturutvikling som en funksjon av last, samt detektere unormalt dårlig kjøling f.eks. som følge av feil på vifter.
• I Elvias stasjon på Raa i Fredrikstad skal SINTEF teste ut nye maskinlæringsmetoder for å gjenkjenne vibrasjonsmønstre ved inn- og utkobling av effektbryter. Dette for å kunne oppdage eventuelle feil i bryteren.
• Flere forskjellige state-of-the-art leverandørløsninger for tilstandsovervåkning av transformatorer og effektbrytere.

Muligheter og utfordringer med digitalisering av transformatorstasjoner

Feil i en transformatorstasjon kan forårsake strømbrudd med lange nedetider og store samfunnskostnader. Samtidig er det kostnadsdrivende å forhindre enhver feil som kan oppstå i en stasjon. Ved utbygging og drift av transformatorstasjoner er det derfor nødvendig å finne en akseptabel balanse mellom forsyningssikkerhet og drifts- og byggekostnader. En digital stasjon legger til rette for betydelige kostnadsreduksjoner ved å:

• Ta i bruk optiske måletransformatorer som er tryggere, mer nøyaktige og mer anvendelige enn konvensjonelle måletransformatorer.
• Redusere fotavtrykk ved utbygging – et hundretalls kobberledninger kan erstattes med et fåtall optiske fibre i en digital stasjon. Videre kan kontrollrommet bygges mye mer kompakt, med færre reléskap, se Figur 4 for illustrasjon.
• Muliggjøre bruk av fjerntilgang til å utføre testing, feilsøking og oppgraderinger av stasjonen. Ved prosjektering og idriftsettelse av stasjonen kan også mye av testingen gjøres virtuelt.
• Samle inn og analysere mer data om komponentenes tilstand, og slik forutsi vedlikeholdsbehov og optimalisere vedlikeholdsrutinene.
• Muliggjøre komponenter med enda mer fleksibel funksjonalitet, samt bedre interoperabilitet.

Samtidig er det utfordringer som må løses. Med den omfattende digitaliseringen av drift, datainnsamling og -kommunikasjon i digitale stasjoner medfølger nye cyber-sårbarheter. Det stilles også nye og mer omfattende krav til tverrfaglig IT- og elkraftkompetanse i nettselskapene. Håndteringen av de store datamengdene og signalene som kommer fra en digital stasjon er en spesielt viktig utfordring. Det ligger også en risiko i at denne teknologien er i rivende utvikling, slik at dagens løsninger på leverandørmarkedet kan bli utdaterte på relativt kort sikt.

Veien videre

ECoDiS-prosjektet skal danne et grunnlag for fremtidens digitale stasjoner i Norge gjennom å dele erfaringer, bygge kompetanse og lage en enhetlig tilnærming til den nye teknologien. Mot slutten av prosjektperioden, i 2023, vil ECoDiS ha utarbeidet anbefalinger for implementering av digitale stasjoner i Norge.  Slik vil prosjektet bidra til at vi kommer et stort skritt nærmere å realisere det «cyberfysiske kraftsystemet».