Uusi mittaustaustekniikka jatkuvaan kunnon ja lämpötilan seurantaan

Kunnossapidon tueksi on kehitetty teknologia, jossa komponentin kunnon mittaus voidaan tehdä moottorin ollessa toiminnassa tai sähköverkon jännitteellinen.

Kyse on osittaispurkausten (PD, Partial Discharge) mittauksesta ja analysoinnista, josta on muutamassa vuodessa ehditty kerätä paljon kokemusta Suomessakin.

- Se on täysin uusi tapa mitata moottorin, generaattorin tai sähköverkon ja -laitteiston komponenttien kuntoa niin, että mitattavan komponentin toimintaa ei tarvitse keskeyttää. Näin huollon tai korjauksen tarve havaitaan hyvissä ajoin, jolloin yllättävät häiriöt kustannuksineen voidaan välttää, kertoo myyntijohtaja Olli Anttonen Prysmian Group Finland Oy:stä.

Konsepti on laajentunut alkuperäisestä Pry-Cam-kamerasta mittalaiteperheeksi, joka palvelee myös teollisuuden ja voimalaitosten tarpeita. Se on useille tuttu Jyväskylän Sähkö Tele Valo AV -messuilta, joilla ratkaisu voitti Innovatiivinen tuote 2016 -kilpailun. 

Konseptiin kuuluvat nyt Pry-Cam Drives, joka on optimoitu pyörivien koneiden kuten moottoreiden ja generaattoreiden PD-mittaukseen sek kaapeleita ja verkon komponentteja mittaava Pry-Cam Grids. Mukana ovat myös kohteen pinnalle kiinnitettävät Pry-Cam Wings PD-anturit.

Teollista internetiä käytännössä

PD-anturit on kiinnitetty muuntajan, kaapelin, jatkoksen tai päätteen ulkopinnalle. Yhteen mittalaitteeseen voi olla kytkettynä yhdestä kolmeen PD-anturia. Laite analysoi mittaustulokset ja tallentaa ne omaan SSD-muistiinsa sekä hälyttää poikkeamista LAN- tai GPRS-yhteyden välityksellä halutulle monitorointijärjestelmälle.

Mittalaite on etäohjattavissa ja tarjoaa tarvittaessa mittaustulokset analysoitaviksi internetin välityksellä. Näin se toteuttaa paljon puhuttua teollista internetiä käytännössä.

Luenta- ja tietokantapalvelussa verkonhaltija voi tarkastella eri laitteista kerättyä dataa selkeästi jäsenneltynä ja haluamallaan tavalla. Trendien tarkastelun lisäksi on mahdollista säätää yksittäisen mittauslaitteen hälytysrajoja ja poimia mittausdataa toisiin tietojärjestelmiin.

Internet-käyttöliittymän avulla työskentely ja näkymien jakaminen kollegojen kanssa onnistuu helposti omasta sijainnista riippumatta. Omaa palvelinta ei tarvita, tietoturva on varmistettu ja palvelu on räätälöitävissä tarpeen mukaan.

Investoinnit oikeaan järjestykseen

- Olemme tehneet jo lähes kaksi tuhatta mittausta eri puolilla Suomea. Sähköverkkojen lisäksi kohteena ovat olleet tuulipuistot sekä teollisuus, Anttonen sanoo.

Mittaustekniikan käytettävyyttä kuvaa mittauskohteiden painopisteen siirtyminen uusien laitteistojen tai verkon osien käyttöönottotarkastuksista kohti vanhempien verkon osien mittausta palvelemaan kunnossapidon suunnittelua.

- Nykyisen laitteiston tai verkon mittaus auttaa tekemään investointiohjelman todellisen kuntotiedon pohjalta, jolloin heikoimpien verkon osien uudistamista voidaan aikaistaa ja hyväkuntoisten lykätä. Näin on mahdollista edet asteittain investointibudjetin puitteissa ilman, että sähkönjakelu vaarantuu.

Anttosen mukaan teollisuus ja verkonhaltijat arvostavat mittauksen tuomaa tietoa ja useat yhtiöt ovat ottaneet osittaispurkausmittauksen osaksi vuotuista kunnossapito-ohjelmaansa. 

Korvaa useita eri menetelmiä

Sähköturvallisuuslaki vaatii uusille sähkölaitteistoille käyttöönottotarkastuksen ja uusille tai korjatuille sähköverkoston osille varmennustarkastuksen. Lisäksi on tehtävä määräaikaistarkastukset sekä verkoille sähkönjakelun luotettavuuden varmistavat säännölliset kunnossapitotarkastukset.

Tarkastettavaa siis riittää jo yksin sähköverkon kaapeloinneissa, joita on keskijänniteverkossa lähes 30.000 km. Tähän tulee lisätä vielä kaupunkien kaapeloidut suurjänniteyhteydet sekä sähköasemat ja muuntamot eri komponentteineen.

Perinteisesti tarkastuksia tehdään aistinvaraisesti, lämpökameralla, kellottamalla ja ottamalla näytteitä. Kaapeliyhteyksien osalta mittaaminen on vaatinut sähkönjakelun keskeyttämistä mittalaitteiden kytkemiseksi ja poistamiseksi, mikä vaatii aina erikoisjärjestelyjä.

Teollisuus puolestaan toimii käytännössä sähkölaitteistojen ja pyörivien koneiden varassa. Tarkastukset vaativat yleensä keskeytyksen, joista jokaisen tulee olla huolella suunniteltu ja ajoitettu.

Helen optimoi ja ennakoi

Helen Sähköverkko Oy rakensi noin kaksi vuotta sitten uuden 110 kV suurjännitekaapeliyhteyden, johon on integroitu osittaispurkausmittausjärjestelmä (PD) ja jatkuva-aikainen lämpötilavalvonta (Distributed Temperature Sensing, DTS).

Molempia järjestelmiä on maailmalla käytössä erillisinä, mutta yhteen integroitua ratkaisua ei ollut aiemmin toimitettu Prysmian Groupin toimesta. Näin Helsinki sai maailman ensimmäinen PD:n ja DTS:n yhdistävä uuden sukupolven Grids-mittausjärjestelmän.

- Rakensimme uuden kaksoiskaapeliyhteyden, joka on osa laajempaa Helsinginniemen sähkönsiirtoverkon kehittämistä. Vaatimustaso luotettavuudelle on erittäin korkea, sillä tämä on yksi kolmesta sähkönsiirtoyhteydestä keskusta-alueelle, sanoo investointipäällikkö Markus Parviainen Helen Sähköverkko Oy:stä.

- Verkossamme on nyt ensi kertaa jatkuva-aikainen kaapelin lämpötilan mittaus. Lämpötilatieto tulee suoraan käytönvalvontajärjestelmäämme, jolloin käyttökeskuksessamme on luotettavampi tieto kaapeleiden todellisesta kuormitettavuudesta teoreettisen laskennan sijaan.

- Tämä parantaa käytettävissä olevan siirtokapasiteetin arviointia niin keskeytystöiden suunnittelussa kuin verkon poikkeustilanteissa, Parviainen sanoo.

Ajoissa tietoa korjaustarpeesta

Hän näkee Lämpötilan jatkuvan mittauksen hyötyjä monessa muodossa myös pitkällä tähtäimellä. Järjestelmä mm. havaitsee ympristössä tapahtuvien muutosten vaikutukset kaapelin lämpötilaan, jolloin tilanteeseen voidaan puuttua ennen kaapelirakenteen nopeutunutta vanhenemista.

- Todellinen tieto kuormitettavuudesta antaa myös paremman lähtökohdan tulevien investointien suunnittelulle. Siirtokapasiteetti voi olla laskennallista arvoa huomattavasti suurempi, mikä tarjoaa mahdollisuuden optimoida tulevien investointien laajuuksia ja aikatauluja.

Osittaispurkausten mittaus puolestaan palvelee ennakoivan kunnossapidon suunnittelua. Kummassakin kaapeliyhteydessä on jatkuva mittaus, jonka tuottama data analysoidaan Prysmianin järjestelmässä. Mikäli tuloksissa havaitaan poikkeamia tai merkittäviä muutoksia, saa Helen Sähköverkko niistä tiedon johtopäätöksiä varten.  

Parviainen kertoo, ettei 110 kV kaapeliyhteyksissä aiemmin ole saatu vastaavaa kunnossapitotietoa, vaan käytännössä korjaus on tehty vasta yhteyden vikaannuttua.

- Vaikka suurjännitteisten kaapeleiden viat ovat erittäin harvinaisia, osittaispurkausmittaus antaa mahdollisuuden suunnitella korjaus huolella sekä ajoittaa se muun verkon käyttövarmuuden kannalta parhaimpaan ajankohtaan.

Kuvat: Prysmian Group ja Pekka Mäkynen