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Realitätsgerechte Alterungsmodelle von Mittelspannungs-Netzstationen als Basis optimierter Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien / von Petros Dalamaras, M.Sc. Wuppertal, 2022
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Stand der Wissenschaft und Technik
1.3 Einordnung und Ziel der Arbeit
2 Zustandsbewertung von Mittelspannungs-Netzstationen
2.1 Bauweisen und Anwendungsgebiete
2.2 Hauptkomponenten
2.3 Instandhaltung und Erneuerung von Mittelspannungs-Netzstationen
2.3.1 Alterung im Netzbetrieb
2.3.2 Instandhaltungsmaßnahmen und -strategien
2.4 Zustandsbewertungsverfahren
2.5 Analyse der Zustandsbewertungen von Mittelspannungs-Netzstationen
2.5.1 Anlagenkollektiv
2.5.2 Mängelverteilung
2.5.3 Mängelverteilung in Abhängigkeit des Alters
2.5.4 Einfluss der Instandhaltungsstrategie auf den Hauptkomponentenzustand
3 Alterungsmodelle auf Basis der Zustandsbewertungen
3.1 Darstellung der Zustandsbewertungen der Mittelspannungs-Netzstationen
3.1.1 Ergebnisse des Anlagenkollektivs
3.1.2 Einfluss der Instandhaltungsstrategie
3.2 Ableitung der Alterungsmodelle
3.2.1 Regression der Zustandsdaten
3.2.2 Korrelationsanalyse als Anzeichen des Zusammenhangs zwischen Alter und Zustand
3.2.3 Unsicherheitsbereiche der Alterungsmodelle mittels Konfidenzintervallen
3.2.4 Vergleich der Alterungsmodelle bei unterschiedlichen Typen und Bauarten
3.2.5 Vergleich der Alterungsmodelle bei unterschiedlichen Instandhaltungsstrategien
3.3 Inspektionszyklusanalyse
3.3.1 Verlauf des Zustands zwischen den Inspektionszyklen
3.3.2 Einflussfaktoren
3.3.2.1 Kriterium: Instandhaltung
3.3.2.2 Kriterium: Instandhaltungsstrategie
3.4 Markov-Ketten als weiterer Ansatz für Alterungsmodelle
3.4.1 Grundlegende Begriffe und Abbildung der Alterung
3.4.2 Ermittlung der Zustandsübergangsmatrix
3.4.2.1 Einfluss der Instandhaltungsstrategie
3.4.2.2 Einfluss des Alters
3.4.3 Simulation der Alterung
4 Laboruntersuchungen zur Verifizierung der Alterungsmodelle
4.1 MS-Schaltanlagen und Schaltgeräte
4.2 Mess- und Prüfverfahren zur Untersuchung von Alterungserscheinungen
4.2.1 Bewertungskategorien
4.2.2 Einfluss der Alterung auf den Kontaktwiderstand
4.2.2.1 Mikroohmmessung
4.2.2.2 Thermografie
4.2.3 Einfluss der Alterung auf die Isolationsfähigkeit
4.2.3.1 Isolationskoordination
4.2.3.2 Teilentladungsmessung
4.2.4 Einfluss der Alterung auf die Mechanik
4.2.4.1 Schaltzeitmessung
4.2.4.2 Funktionsprüfung
4.3 Kontaktwiderstand
4.3.1 Ergebnisse der Mikroohmmessung
4.3.2 Ergebnisse der thermografischen Untersuchung
4.4 Isolationsfähigkeit
4.4.1 Ergebnisse der Isolationskoordination
4.4.1.1 Ergebnisse der Blitzstoßspannungsprüfung
4.4.1.2 Ergebnisse der Wechselspannungsprüfung
4.4.2 Ergebnisse der Teilentladungsmessung
4.4.2.1 Ergebnisse der konventionellen Teilentladungsmessung
4.4.2.2 Ergebnisse der akustischen Teilentladungsdetektion
4.5 Mechanik
4.5.1 Ergebnisse der Schaltzeitmessung
4.5.2 Ergebnisse der Funktionsprüfung
4.6 Schlussfolgerungen aus den Laboruntersuchungen
4.6.1 Aussagekraft der Mess- und Prüfverfahren
4.6.2 Ergebnisvergleich der Untersuchungen zum Einfluss der Alterung auf die Bewertungskategorien
4.6.3 Aggregation und Regression der Labordaten
4.7 Einbindung der Erkenntnisse aus den Laboruntersuchungen in die Alterungsmodelle
5 Optimierte Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategie durch realitätsgerechte Alterungsmodelle
5.1 Ausfallverhalten von elektrischen Betriebsmitteln
5.1.1 Theorie der Badewannenkurve
5.1.2 Ableitung des finalen Alterungsmodells
5.2 Anwendung der Alterungsmodelle zur Optimierung von Instandhaltungs- und Erneuerungsstrategien
5.2.1 Bestimmung der ökonomischen Kenngrößen
5.2.2 Vergleichsbetrachtung der unterschiedlichen Alterungsmodelle
5.2.3 Vergleichsbetrachtung von unterschiedlichen Instandhaltungsstrategien
5.3 Kritische Würdigung der Alterungsmodelle
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Summary and outlook
8 Literaturverzeichnis
9 Formelzeichen und Abkürzungen
9.1 Formelzeichen
9.2 Abkürzungen
10 Anhang
10.1 Beispielhafte Inspektionscheckliste für die Zustandsbewertung einer MS-Netzstation
10.2 Aggregationssystematik zur Ermittlung des Zustandsindex einer MS-Netzstation
10.3 Stammdatenstruktur
10.4 Alters- und Baujahrstrukturen der Hauptkomponenten
10.5 Jährliche Mängelraten der Hauptkomponenten nach Dringlichkeit der Mängelbeseitigung
10.6 Einfluss der Instandhaltungsstrategie auf die Mängelverteilung
10.7 Ergebnisse der Zustandsbewertungen der MS-Netzstationen
10.7.1 Clusteranalyse der MS-Netzstationen
10.8 Ableitung der Alterungsmodelle
10.8.1 Betrachtung weiterer Regressionsfunktionstypen
10.8.2 Alterungsverläufe der Hauptkomponenten
10.8.3 Alterungsverläufe und Regressionsfunktionen unterschiedlicher Typen und Bauarten
10.8.4 Alterungsverläufe und Regressionsfunktionen unterschiedlicher Instandhaltungsstrategien
10.8.5 Korrelationsanalyse
10.9 Inspektionszyklusanalyse
10.10 Laboruntersuchungen
10.10.1 Laboruntersuchungen Isolationsfähigkeit
10.10.2 Laboruntersuchungen Mechanik
10.10.3 Gewichtungsfaktoren der Aggregationssystematik
10.10.4 Verhältnis der Relationsgrößen
10.11 Wartungszeiten für MS-Netzstationen
10.12 Störungsraten in Abhängigkeit des Alters unterschiedlicher Bauarten von MS-Schaltanlagen
10.13 Ableitung eines badewannenförmigen Alterungsmodells für die MS-Netzstationen
10.14 Vergleichsbetrachtung bei unterschiedlichen Nutzungsdauern