Transcript
Page 1: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

Degree project in

Reliability centered asset managementtool

The development of RACalc

Claes Böös and Richard Göransson

Stockholm, Sweden 2009

XR-EE-ETK 2009:003

Electromagnetic EngineeringSecond Level, 30.0 HEC

Page 2: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

Abstract Electrical distribution with high delivery quality is crucial for the society. The need for high quality power supply grows as people put more trust in electrical devices. However there are no perfect electrical distribution systems and interruptions occur randomly. To reduce the risk of outage, actions can be taken by the distribution system operator in the form of preventive maintenance. This report presents some of the methods for analysis that are available for the asset manager. The methods are all connected to the area of reliability centered asset management and have been implemented in RACalc, a software tool. RACalc is able to analyze the provided electrical distribution system and point out on which components maintenance should be placed to enhance the total system performance. Depending on what properties the distribution system operator wants to enhance, different components need to be maintained. RACalc provides the answer in relation to the system performance indices SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI and AENS. The calculations have been validated by building small scale systems in RACalc and comparing results with hand made calculations.  

As illustrated in this report a significant theoretical improvement of the overall reliability can be achieved. By using RACalc to categorize the importance of the components in the electrical distribution system a better placement of the assets can be achieved. In the report, the results of the component importance calculation have been restricted to the twenty most significant components of the analyzed distribution systems. Furthermore, an investigation of the theoretical improvement of the overall system availability is conducted. It is shown that by reducing the failure rate on the twenty most important components found by RACalc with ten percent, the total system performance is improved by almost eight percent in average. 

Page 3: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

II 

 

Page 4: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

III 

 

Acknowledgements We want  to  thank our examiner at  the Royal  institute of Technology Patrik Hilber  for support and friendship  during  the  project.  He  has  been  a  supreme  source  of  knowledge,  tossing  challenging questions and donating great ideas to the project.  

Furthermore we really appreciate the support and friendship given by Carl Johan Wallnerström and Johan Setréus, both co‐supervisors at the Royal Institute of Technology for letting us disturb them in their mental blacksmith –Time after time after time.  

Special  thanks go  to Hans Reidemar and Mikael Eriksson,  supervisors at  the distribution company, Sandviken Energi Elnät AB. They both gave information which enabled us to conduct a pre study that gave data for simulations made by the developed tool. 

Finally, deepest  appreciation  to both of our  families  for  support,  love  and  encouragement during demanding times. 

 

Claes Böös & Richard Göransson Stockholm, February 2009 

 

Page 5: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

 

Page 6: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

 

 

Table of contents 1  Introduction..................................................................................................................................... 1 

1.1  Background.............................................................................................................................. 1 

1.2  Problem ................................................................................................................................... 3 

1.3  Assumptions and delimitations ............................................................................................... 5 

1.4  Definitions ............................................................................................................................... 6 

2  Theory............................................................................................................................................ 10 

2.1  Basic factors........................................................................................................................... 10 

2.2  Sustained interruption indices .............................................................................................. 10 

3  Logics of RACalc............................................................................................................................. 20 

3.1  Introduction........................................................................................................................... 20 

3.2  Finding the critical structure paths ....................................................................................... 21 

3.3  Categorization of components .............................................................................................. 25 

3.4  Implementation of system reliability indices in RACalc ........................................................ 30 

3.5  Implemented simulations...................................................................................................... 32 

4  Analysis.......................................................................................................................................... 38 

4.1  Pre study................................................................................................................................ 38 

4.2  Using RACalc to optimize asset management...........................Error! Bookmark not defined. 

4.3  Using RACalc to improve asset management ....................................................................... 46 

4.4  Validation of RACalc .............................................................................................................. 61 

5  Case study ..................................................................................................................................... 62 

5.1  Introduction........................................................................................................................... 62 

5.2  Analyzed systems in case study............................................................................................. 63 

6  Closure........................................................................................................................................... 74 

6.1  Conclusion ............................................................................................................................. 74 

6.2  Future work ........................................................................................................................... 74 

References............................................................................................................................................. 76 

Appendix................................................................................................................................................ 77 

A.  Basis for block diagram (ÄT34), taken from pre study. ................................................................................ 77 

B.  Components to be maintained according to RACalc (ÄT34) ........................................................................ 77 

C.  Basis for block diagram (MT8), taken from pre study. ................................................................................. 77 

D.  Components to be maintained according to RACalc (MT8) ......................................................................... 77 

Page 7: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

 

E.  Basis for block diagram (MT10), taken from pre study. ............................................................................... 77 

F.  Components to be maintained according to RACalc (MT10) ....................................................................... 77 

G.  Graphs obtained from calculations .............................................................................................................. 77 

Page 8: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

 

Page 9: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 1 

 

 

1 Introduction Electrical distribution with high delivery quality is crucial for the society. The need for a high quality power supply grows as people put more trust in electrical devices. However there are no perfect electrical distribution systems and interrupts occur randomly. Interruptions can be caused by falling trees that short circuit two phases of an overhead line or by interference from for example constructions sites. To reduce the risk of outage, maintenance actions can be taken by the distribution system operator (DSO). This thesis will provide a tool to ease the decision where to take action. The tool is based on the theory of reliability centered asset management. 

1.1 Background To understand the term “Reliability Centered Asset Management” the reader should start by getting familiar with  the  concept  of what  electrical  distribution  system maintenance  is  and why  it  is  the subject to so many thoughts and calculations.  

A  electrical  distribution  system  is  dependent  of  its  components.  Components  such  as  cables, transformers  and breakers. All  the  components  in  a pre‐specified  area belong  to  a  single DSO.  In Sweden there are many DSO, but there  is always only one acting  locally. This means that there  is a sort  of  local  monopoly  for  the  DSO.  The  customers  living  in  this  area  cannot  choose  on  what distribution system the power should be delivered on. This decision lies on the company owning the concession  right  in  that area  [1]. This means  that  the  responsibility of ensuring  the power  supply rests on one company for each area. Hence, the customers must pay that one company for ensuring the distribution of electricity and  in here  lays the question; “How much compensation can a  legally monopolistic company claim for their services and who are to make that decision?” 

That task  lands on an authority called Energy Markets  Incorporate [2]. EI used until January 2009 a tool to evaluate the theoretical reliability of a company’s system. And by studying different reliability indices EI decides what rates the DSO is allowed to collect from customers [10]. 

The DSO can invest for example in new equipment with higher reliability or changing the medium the power  is transmitted by. This  is usually done by replacing overhead  lines with underground cables. Another good plan for maintenance is to reduce the risk of error. Maintenance provides a tool for the DSO  to manage  the  risk  for errors or  faults by making preventive maintenance or,  in other  cases, corrective  maintenance.  This  has  led  to  the  consequence  that  the  DSO  needs  a  cost  efficient maintenance plan. An optimal maintenance plan  is a plan that gives the accepted delivering quality to the lowest cost. To visualize the maintenance strategy has been one of the common maintenance problems for the DSO. 

Page 10: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 2 

 

 

 

Figure 1 source: [3]

This is where the asset management comes into the picture. By choosing what component should be maintained  and when, different properties  can be  given  to  the power  system. The  costs of  these operations however are not  to be  forgotten. Each operation has  its own costs which  is not always economical. Costs  could also  refer  to  factors  such as  interruption  time, unsatisfied  customers and bad  publicity.  How  can  these maintenance  operations  be  chosen  so  that most  values  are  to  be gained? Depending  on what  system  properties  the DSO wants  to  enhance  different maintenance operations should be initialized. 

When  the  DSO  orders  maintenance,  the  company  does  of  course  want  the  best  return  of  the investments made.  This since a profit‐driven company is always trying to cut losses. The question is, where should  the maintenance be placed  to get  that most value? This  is one of  the questions  this report will  try  to  provide  an  answer  to.  The DSO  uses  different  kinds  of  reliability  indices;  these indices are more thoroughly described in chapter 2.2. By changing specific component data and then study  the variation of  the different reliability  indices, a method can be developed  to evaluate how each component contributes to different system properties. Doing this by hand is a time consuming task,  and  it  is  not  interesting  from  a  DSO´s  point  of  view.  By  programming  a  computer  to  run different simulations for whole systems, the total analysis process will dramatically speed up. 

The  report  has  been  divided  between  the  authors  in  the  following way;  R.Goransson  focused  on describing  the  logics  of  the  tool  RACalc  and  described  the  assumptions  and  delimitations  of  the project. C.Boos  focused on describing  theories  in  the  field of reliability calculations, performed  the analyses  of  the  systems  and  validated  the  results  of  RACalc.  Both  authors  cooperated  in writing abstract and closure. The programming of RACalc was divided so that C.Boos enabled the save/load‐function,  parts  of  the  calculation  modules  and  the  result  presentation.  R.Goransson  has  more experience  of  programming  and  saw  through  that  the  interface  was  functioning,  the  logics  of algorithm was performing as it should and ensuring a flexible code. 

Page 11: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 3 

 

  

1.2 Problem The main  problems  this  report will  revolve  around  are  “On which  components  shall  a DSO  place maintenance efforts  to maximize  the  return of  the  investment?” and “How do distribution  system managers find these components?” 

This  master  thesis  presents  practical  methods  to provide answers to both questions. As illustrated in Figure 2 there are a few more common ways to manage  maintenance.  Today  most  electrical distribution  managers  follow  a  periodic‐based maintenance  schedule  which  means  that  the maintenance is ordered on regular time basis [3].  A  second  way  of  planning  maintenance  is  by assessing  the  condition  of  a  component.  This means  that  the  electricians  performing  the maintenance operations appreciate when the next one  should be  recommended. The  last method which will be described  in  this  report  is based on statistics for each type of component. The method is called reliability centered maintenance and the concept revolves around preventing the most common faults at the most risk exposed components. This is expected to be an increasingly more popular method [3].  

 

The accuracy of  these predictions can always be questioned and much  relies on  the extent of  the fault  reporting. By using  the  latter method,  simulations  can be made  to predict when  and where interruptions are likely to occur. These predictions are made by reliability calculations, often by hand. The goal for this project is to develop a simulation tool that performs reliability calculations and ranks the included components in relation to importance for system reliability. It all comes down to know what assets are available, how much that is allowed to be spent, how and when to spend it. 

 Assets can be broken down to the following six forms. [3] 

• Capital 

• Equipment 

• Employees 

• Customers 

• Corporate structure 

• Brands 

 

Figure 2 shows the three most commonly used preventive maintenance strategies.

Page 12: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 4 

 

  

With  these  instruments  presented,  the  asset manager  has  a  couple  of  closely  linked  actions  to choose from. [3] 

•  Acquire •  Maintain •  Dispose •  Replace •  Redesign/Rebuild 

Depending on what instruments are available, different actions are to be considered. To enhance the asset manager’s  ability  to make  informed  decisions  based  on  reliability  calculations,  this  projects main  goal  is  to  aid  the  asset  manager  to  visualize  the  maintenance  strategy  and  envision  the maintenance goal.  

Page 13: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 5 

 

  

1.3 Assumptions and delimitations 

1.3.1  Fuses  Due  to  the majority of short circuits  that occur,  the calculation method has been designed  for  this type of errors. The consequence of this assumption is that the fuse will not break at a fault, instead the fault has to break at the nearest circuit breaker. Hence, the fuse is only contributing with failure rate while not providing any functionality. 

1.3.2 Circuit breakers are ideal The  circuit breakers are not modeled with a  failure  rate. These are assumed  to be perfect.  In  the calculation method the circuit breakers are not taken into consideration.  

1.3.3 Redundancy The  system  analysis method  of  RACalc  does  not  support  the whole  concept  of  redundancy;  this means that the effect of redundant buses or redundant cables will not be processed in the right way.  Calculations on these types of distribution systems will result in a result that is not correct. 

1.3.4 Costumer interruption cost The costumer interruption cost is based on the assumption that each of the costumers connected to the distribution system will receive the minimum interruption fee.  

1.3.5  Generators excluded from the analysis A generator that is connected to the distribution system is considered as either a bus or a customer. Since there generally are no generators that can operate without a bus connected to the distribution system the generators are considered as a costumer and can therefore be modeled as a transformer.    

Page 14: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 6 

 

  

1.4 Definitions Coherence:  Logically structured and connected. 

Line‐scheme:  A schematic specification which describes the incorporated components of a distribution system. 

Radial distribution system:   A distribution system with only one connection to a larger distribution system. 

Redundancy:  Literally it means overflow. In this text it is used in a context of an extra connection that does nothing but increases the fault tolerance of the system. 

Bus:   A node supplying the underlying system with power. 

Infinite bus:  A perfect node that never fails to supply. A common simplification when conducting calculations on a power system is that the start node is perfect. 

The definitions below have been quoted from the IEEE Std 1366‐2008 [4].   

Connected load: The  connected  transformer  kVA,  peak  load,  or  metered  demand  (to  be  clearly  specified  when reporting) on the circuit or portion of circuit that  is  interrupted. When reporting, the report should state whether it is based on an annual peak or on a reporting period peak. 

Distribution system: That portion of an electric  system  that delivers electric energy  from  transformation points on  the transmission system to the customer. 

Note: 

The distribution system is generally considered to be anything from the distribution substation fence to the customer meter. Often the initial overcurrent protection and voltage regulator are within the substation fence. 

Duration interruption: The period (measured in seconds, or minutes, or hours, or days) from the initiation of an interruption to  a  customer  or  other  facility  until  service  has  been  restored  to  that  customer  or  facility.  An 

Page 15: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 7 

 

 interruption may  require  step‐restoration  tracking  to provide  reliable  index  calculation.  It may be desirable to record the duration of each interruption. 

Forced interruption: An interruption caused by a forced outage. 

Interrupting device: A  device  capable  of  being  reclosed  whose  purpose  is  to  interrupt  faults  and  restore  service  or disconnect  loads.  These  devices  can  be  manual,  automatic,  or  motor‐operated.  Examples  may include transmission breakers, feeder breakers, line reclosers, and motor‐operated switches. 

Interruption: The loss of service to one or more customers. 

Note: 

It is the result of one or more component outages, depending on system configuration. See: outage. 

Interruptions caused by events outside of distribution: For most utilities, this type of  interruption  is a small percentage of the total  interruptions. It will be defined  here  to  account  for  the  cases  where  outside  influences  are  a major  occurrence.  Three categories that may be helpful to monitor are: transmission, generation, and substations. 

Lockout: The  final  operation  of  a  recloser  or  circuit  breaker  in  an  attempt  to  clear  a  persistent  fault.  The overcurrent protective device locks open their contacts under these conditions. 

Loss of service: The  loss of electrical power, a complete  loss of voltage,  to one or more customers or meters. This does not include any of the power quality issues (sags, swells, impulses, or harmonics). 

Major event: A catastrophic event that exceeds design limits of the electric power system and that is characterized by the following (as defined by the utility): 

a) Extensive damage to the electric power system; 

b) More than a specified percentage of customers simultaneously out of service; 

c) Service restoration times longer than specified. 

Some examples are extreme weather, such as a one in five year event, or earthquakes. 

Momentary interruption: 

Page 16: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 8 

 

 Single operation of an interrupting device that results in a voltage zero. For example, two breaker or recloser operations equals two momentary interruptions. 

Page 17: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     1. Introduction      Page 9 

 

  

Outage (electric power systems): The state of a component when it is not available to perform its intended function due to some event directly associated with that component. 

Notes: 

1. An outage may or may not cause an  interruption of service  to customers, depending on system configuration. 2. This definition derives from transmission and distribution applications and does not apply to generation outages.  

Scheduled interruption (electric power systems): A  loss  of  electric  power  that  results when  a  component  is  deliberately  taken  out  of  service  at  a selected time, usually for the purposes of construction, preventative maintenance, or repair. 

Notes: 

1.  This  derives  from  transmission  and  distribution  applications  and  does  not  apply  to  generation interruptions.  2.  The  key  test  to  determine  if  an  interruption  should  be  classified  as  a  forced  or scheduled interruption is as follows. If it is possible to defer the interruption when such deferment is desirable,  the  interruption  is  a  scheduled  interruption;  otherwise,  the  interruption  is  a  forced interruption.  Deferring  an  interruption  may  be  desirable,  for  example,  to  prevent  overload  of facilities or interruption of service to customers. 

Step restoration: The restoration of service to blocks of customers in an area until the entire area or feeder is restored. 

Sustained interruption: Any interruption not classified as a momentary event. Any interruption longer than 5 min. 

Page 18: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 10 

 

 

2 Theory This Master of Science project is built on Patrik Hilbers doctoral thesis. His thesis presents a method to optimize  the asset management  for a power system. To do  this optimization, a necessary  initial step has been to create a reliability model of the power distribution system that the asset manager wishes to study. 

The following is recommended to be at hand when creating a reliability model: 

• Line‐scheme of the system. 

• Fault and interruption statistics. 

• Information  on  how  long  time maintenance  personal  use  to  operate  and  repair  different components included in the system. 

• Information on consumption and number of customers in system load points.  

2.1 Basic factors These basic factors specify the data needed to calculate some of the mentioned indices. i denotes an interruption event [4]. 

 = Restoration time for each interruption event 

 = Number of  interrupted customers  for each  sustained  interruption event during  the  reporting 

period. In this report   is calculated by multiplying failure rate (λ) with number of customers in the i load point. This will more thoroughly be explained in chapter 4.2.1. 

 = Total number of customers served for the areas 

2.2 Sustained interruption indices In this chapter how to measure the performance of an electrical distribution system and component importance  indices will be presented. The  importance of a  component  is dependent of where  it’s found in a system and fault and repair intensities [4].  

Page 19: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 11 

 

  

2.2.1 SAIFI, System average interruption frequency index The  system  average  interruption  frequency  index  indicates  how  often  the  average  customer experiences a sustained interruption over a predefined period of time [4]. 

 

 

(1)

2.2.2 SAIDI, System average interruption duration index This index indicates the total duration of interruption for the average customer during a predefined period of time. It is commonly measured in customer minutes or customer hours of interruption [4]. 

 

 

(2)

2.2.3 CAIDI, Customer average interruption duration index  CAIDI represents the average time required to restore service [4]. 

 

 

(3)

2.2.4 ASAI, Average service availability index The  average  service  availability  index  represents  the  fraction of  time  (often  in percentage)  that  a customer has received power during the defined reporting period [4]. 

 

 

(4)

In this report the number of hours per year is assumed to be 8760. 

 

Page 20: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 12 

 

  

2.2.5 Minimal cuts theory There are different ways to model a distribution system. One way  is to use the cuts for a system. A cut  is a set of components which non‐function state causes the system to fail. There  is a definition called a minimal cut, which  is a set of components which cannot be  further reduced and remain a cut. [5]  

To realize a whole system using this method paths are created to each and every load point. A path is formed using the included components enabling the power supply to a specific point in the system, and is consistently called a minimal path if it cannot be reduced further and still be a path. This will briefly be demonstrated.  

 

 

Figure 3 A simple system is used to explain the cut/mean cut and path/mean path theory.

As seen  in Figure 3 we have a block system. Each block represents a component, but  in this set,  it does not matter what type of component the blocks represent. The different components enable the system to supply the load point with power. Hence, a path to the load point is for example {1, 2, 3, 4} and the minimal paths are {1, 2, 3} or {1, 2, 4}. 

If component 1 or 2 should fail; the path to the load point would be interrupted, causing the system to fail. If component 3 fails, there is still a path to the load point via component 4 and vice versa. This means  that a  cut  for  this  system would be  {2, 3} and  the minimal  cuts are  thus  {1},  {2} or  {3, 4}. An analogy could be that each block represents a bridge crossing a river.  If there are no bridges to cross, the road is interrupted. 

A  benefit with  this way  of  building  reliability models  is  that  redundancy  is  fairly  easy  to model. However, minimal paths and minimal cuts are increasingly complex to find for larger systems.  

Page 21: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 13 

 

  

2.2.6 Birnbaum’s importance index   The first index that will be presented is Birnbaum’s reliability index. 

 

 

(5)

 

, where   is the non‐fault probability for component i, [6]. 

 is the system non‐fault probability and can be calculated from the system structure function.  

 

Figure 4 source: [7]

When Birnbaum’s  importance measure  is  used  on  a  coherent  system  ,  the  two  state model 

probability   can only enact the values 1 or 0.  

With this measure, the components with the highest availability that are the most critical in a series system. For parallel systems, the most  important components are the ones with  lowest availability. When using Birnbaum’s importance index to determine a components importance, one should take into  consideration  that  a  components  Birnbaum  value  is  independent  of  its  own  non‐fault probability. Hence, its value is only depending on system structure and relation to other components [8]. 

2.2.7 Critical importance index   The critical  importance  index  is related to Birnbaum’s  importance  index as can be seen  in equation (6).  

 

 

(6)

Page 22: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 14 

 

  

 

Figure 5 source: [7]

This measure is useful to asset managers, when planning preventive maintenance operations.  

2.2.8 The interruption cost based importance index   

The interruption cost based importance index  is an importance measure based on reliabilities, the expected total yearly interruption cost for each component. As will be shown, this index depends 

on reliabilities indirectly, due to expected yearly interruption costs. The index   is expressed in equation (7). 

 

(7)

 

  is  the  expected  total  yearly  interruption  cost  for  system  and  is  the  failure  rate  for component i. [6] 

 

Figure 6 source: [3]

 

 

(8)

 is a small change in failure rate, due to increased or decreased maintenance on a component i. [1]  

 

Page 23: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 15 

 

 The following relation is only valid for changes in one component at the time, which could be seen as a limitation. [9] 

 

However, that limitation is true for the other importance indices presented in this report as well. [9] 

2.2.9 Maintenance potential index   The  last  index  that will be presented  is  the maintenance potential  importance  index.  It  is  closely 

linked to the interruption cost based importance index  . The mathematical expression is found in equation (9). 

 

(9)

 

Where all included parameters have been defined earlier in the report. [9] 

In [2], the following approximation has been noted 

 

 

(10)

 

However, the approximation only seems valid with linear interruption costs. [9] 

 

Figure 7 source: [3]

Page 24: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 16 

 

 

2.2.10 Example of theory To visualize  the component  importance  indices  that were described  in  the previous subchapters, a small system will be analyzed with each and every one of the  indices. All values will be specified as thoroughly as possible. 

 

 

Figure 8 shows the block diagram of a simple system used for applying theories to practice.

To perform an initial calculation of this simple system, resolve the structure formula   . 

The following input data is specified for the example system, shown in Table 1: 

Table 1 shows the input of the reliability calculations

Name of component 

Failure rate [int./year, km or pcs] 

Length [km] 

λ [Expected int./year] 

Repair time [h] 

Fault location time [h] 

Total time [h] 

C1  0,01 * length  2  0,0200  0,25  1,5  1,75 C2  0,001* length  0,5  0,0005  6  6  12 C3  0,009 * # pieces  ‐  0,0090  2  4  6 C4  0,009 * # pieces  ‐  0,0090  2  4  6 C5  0,001* length  0,2  0,0002  6  6  12 C6  0,01* length  1,5  0,0150  0,25  1,5  1,75  

The components that is critical for each load point is shown in Table 2. 

Table 2 shows the critical components for each load point.

Load point  Critical components Load point 1  C1, C2 and C3 Load point 2  C1, C2, C3, C4, C5 and C6 

For  Load  point  1  the  non‐fault  probability  is: 

 

Page 25: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 17 

 

 For Load point 2 the non‐fault probability is:  

 

Indices may be calculated, shown in Table 3. 

Table 3 shows calculated importance indices for the included components.

Index  C1  C2  C3  C4  C5  C6 IB for LP1  0,999993  0,999990  0,999995  N/A  N/A  N/A IB for LP2  0,999984  0,999980  0,999986  0,999986  0,999980  0,999983 

ICR for LP1  0,36842  0,063160  0,568420  N/A  N/A  N/A ICR for LP2  0,19701  0,033770  0,303960  0,197010  0,197010  0,197010 

 

When introducing costs for each load point, see Table 4, one can start making calculations on costs depending on what component that fails.  

Table 4 shows specifications for the load points.

Name of component 

# of Customers Average consumption [kW] 

Fixed cost for interruption [SEK/f,kW] 

Cost for energy not supplied [SEK/kWh] 

Load point 1 (LP1)  100  500  34  169 Load point 2 (LP2)  3000  3000  2  4  

The cost, in case of interruption, for the different components per hour is presented in Table 5. 

Table 5 shows the cost for an interruption with the duration of one hour for each component.

Index  C1  C2  C3  C4  C5  C6 

Initial failure cost  500*34+3000*2  500*34+3000*2  500*34+3000*2  3000*2  3000*2  3000*2 

Hourly cost  169*500+3000*4  169*500+3000*4  169*500+3000*4  3000*4  3000*4  3000*4 

Fault duration  1 hour  1 hour  1 hour  1 hour  1 hour  1 hour 

Total cost  23000+96500  23000+96500  23000+96500  6000+12000  6000 +12000  6000+12000 

IH  ∑ 119500 [SEK]  ∑ 119500 [SEK]  ∑ 119500 [SEK]  ∑ 18000 [SEK]  ∑ 18000 [SEK]  ∑ 18000 [SEK] 

 

Calculating the system reliability indices SAIFI, SAIDI, ASAI, and AENS is described in chapter 2.2 and will only be presented as values in this chapter. The studied system receives the following reliability indices, see Table 6. 

Table 6 shows the results of the handmade reliability calculations.

SAIFI [int./y] SAIDI [h/y] AENS [kWh]0,0529  0,1750  0,1872 

Page 26: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 18 

 

  

Page 27: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     2. Theory      Page 19 

 

  

Page 28: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 20 

 

 

3 Logics of RACalc RACalc  is a computer software that has been developed to simplify the analyses that can provide a better understanding of a distribution system behavior.   

3.1 Introduction RACalc was  developed with  the  aim  to  simplify  the  large  data  processing which  is  needed when implementing  the  reliability  analysis.  The  benefit  is  present  when  the  distribution  system  is composed of many components. This  software also minimizes  the potential  risk  that exists due  to human error. Although, the risk with the software  is  its  logics that governs the calculations. A great challenge has been to try to validate the methods accuracy. The problem is to be able to guarantee the methods correctness on a general  level. All methods that are of an  interest for the accuracy of the calculations will be explained later on in this chapter.  

RACalc has built‐in features that make construction of large system fast and easy. There is an option that forces all failure‐rates to a certain value after all components have been placed. This feature was developed during  the  thesis due  to all  components of  same  type, had  the  same  failure  rates and realizing that this option, of setting all failure rates afterwards, would reduce the model time. Also, much effort has been put  in RACalc  to make  it easy  to use. Only a  few  inputs are needed and  the theory of reliability calculations is unnecessary for the user to know. 

Another reason for the development of this calculation tool  is that there are  few available tools at present day, which can derive a prioritized list of components based on their importance for the total distribution  system.  This  is  a  feature  which  comes  in  handy  when  dealing  with  a  maintenance scheduling.  

The  benefits  of  RACalc  are  that  it  provides  a  better  understanding  of  where  the  greatest improvements  for the total distribution system can be made.  In  this case  it  is the prioritized  list of components which is the indicator. These optimizations of the maintenance scheduling are based on a comparison of the impact a change in the failure rate has for the system reliability indices.  

The  purpose  of  RACalc  is  to  be  an  easy  tool  for  economic  as well  as  technical  analyzes  of  radial distribution systems. One drawback is the ability to only handle radial electrical distribution systems and the dependability of graph handling software such as Excel.  

Page 29: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 21 

 

 3.2 Finding the critical structure paths  RACalc  is  based  on  load  point‐driven  reliability  calculations.  This means  that  each  load  point  is analyzed by  its dependency of each and every component. The more components the  load point  is relying on, the more vulnerable it becomes.  One way to minimize the number of critical components is by dividing the distribution system  into smaller subsystems. The circuit breaker  is the component that makes  this breakdown of the distribution system possible.  It  is automatic and so  fast that the error  does  not  spread  to  higher  subsystems. However,  a  fault  can  affect  other  subsystems  if  the component which is in a state of fault is critical for the power flow.  

The distribution  system  seen  in  Figure 9  is divided by  circuit breakers  (crosses)  into  five  separate subsystem.  Each  subsystem  except  for  number  1  affects  none  of  the  other  subsystems.  This  is explained by the fact that each of the components in subsystem 1 is critical for the power flow for at least one of the other subsystems. 

 

Figure 9 shows a distribution system and the five subsystems.

The difference between a circuit breaker and a load disconnector is that the load disconnector is not automatic and therefore not isolating the fault until manually disconnected. This means that a fault will affect the system during a shorter period of time compared to the total reparation time for the component. These components are categorized as subcritical.     

The behavior of a distribution system is the fundamentals for the distribution system analysis module in RACalc. A general method taking into account all the different compositions a distribution system may consist of must be applied. The method that has been developed to meet these design criteria is shown in Figure 10.  

Page 30: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 22 

 

 

 

Figure 10 shows the simplified workflow of the method for finding the critical structure paths.

 

The  simplification of  the  actual workflow  that  is made  in  Figure  10 due  to  the  complexity of  the method is quite extensive.   

A more detailed explanation of the method is seen below. This explanation is written to give a better insight in how the method is programmed.    

1. The  infinite  bus must  be  found  and  enqueued  in  a  queue which  holds  the  next  starting component.  

2. The  first element  in  the queue  for  the next  starting  component  is dequeued and  is  set as starting component. 

3.  Check for a connected component. 

4. If the found component is a circuit breaker, put it in the queue for circuit breakers. 

5. If the found component is a disconnector, put it in the queue for disconnectors. 

6. If none of 4 or 5, put the found component in the queue for the next starting component and put it in the list for the critical path. 

Page 31: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 23 

 

 7. Repeat  from 3, until  there are no more connected components  to  the starting component 

that has not been handled.  

8. Save the critical path in a queue for critical paths and enqueue it as many times as there are disconnectors  in the queue for disconnectors. Clear the critical structure path and  load the critical structure path by dequeuing the queue for critical paths. 

9.  Try to repeat from 2, if there are no components in the queue for next starting components try to dequeue the queue for disconnectors and put it in the queue for starting components.  

10.  If  there  are  no  components  in  the  queue  for  next  starting  components  and  the  trial  to dequeue  the  queue  for  disconnectors  failed.  Try  to  dequeue  the  queue  for  the  circuit breakers and put it in the queue for starting components.  

11. Repeat from 2 until all components have been handled.  

12. When done return the system list.  

Page 32: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 24 

 

  

3.2.1 Example of critical structure path search method The purpose of this method is to achieve the critical components for each load point. An example is demonstrated below.  

 

Figure 11 shows the system with the components names

These are the results which are achieved when applying the method that has been described on the distribution system that  is shown  in Figure 11.   Each of the structures represent a substructure and the  list  from  a  to  h  represent  the  system  list which  contains  the  critical  structure  paths  for  the system. There are conclusions that can be made when analyzing  the results below. The number of components  in a substructure  is not  relative  to  the  substructures place  in  the system  list. To  that, there are substructures that does not contain any transformer or  load point. This however  is not a negative aspect of the analysis method or the distinction of a substructure. These substructures will later be searched for transformers in the other calculation methods.   

a. Bus, 1, f12 

b. Bus, 1, f12, 2, 4, f23, f45 

c. Bus, 1, f12, 2, 4, f23, f45, 3 

d. Bus, 1, f12, 2, 4, f23, f45, 51, 52 

e. Bus, 1, f12, n2722 

f. Bus, 1, f12, 2, 4, f23, f45, n2789 

g. Bus, 1, f12, 2, 4, f23, f45, 3, n2783 

Page 33: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 25 

 

 h. Bus, 1, f12, 2, 4, f23, f45, 51, 52, n2791 

3.3 Categorization of components When the critical paths are at hand the next analysis will try to achieve the subcritical components for  each  load  point.  This  is  quite  easy  since  a  component  only  has  three  categorizes;  Critical, subcritical and non critical.  Non critical components are the ones that never cause a disturbance for the specified load point. Ideal components can still be critical or subcritical although they never cause a fault.  

Subcritical components have a smaller impact for the availability of the load point, whilst the critical components affect the load point for the longest period of time. Typically the subcritical components will cause a fault duration that is determined by the disconnecting time for the specified component.  

The assumption that has been made in this study is that the total time is only the disconnection time and not  the sum of  the disconnection  time and  the  fault  location  time. This assumption originates from the reasoning that the  fault  location time can be neglected when  the  locating  is restricted to which substructure the fault  is eminent. The major part of the fault  location time  is  imposed when locating which component in the substructure is in error state.      

The method for determining the subsystems for each load point is presented below in Figure 12.  

 

 

Figure 12 shows the workflow for the component categorization

 

Page 34: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 26 

 

  

A more detailed explanation of the method is seen below. This explanation is written to give a better understanding how the method is programmed.    

1. Find the infinite bus and add it to a list. 

2. Find the connecting component. Add it to the list if it is not a circuit breaker and repeat from step 2. 

3. If  the  component  is  a  circuit breaker  the  counter  should be  increased by one. The  circuit breakers are then added to a queue and then try finding other connected components to the starting component (repeat from step 2).  

4. If there are no more components that are not a circuit breaker. Enqueue the achieved list for the number of  times described  in  the counter and save  the  list  in a  list at  the consecutive element. Reset the counter. 

5. Clear the list and load it by dequeuing the queue holding the components. Start with the first circuit breaker in the queue for the circuit breakers.  

6. Repeat from step 2 until all components have been handled.   

This method has a major resemblance with the method for achieving the critical structure paths. The only difference  is  that  the division  is determined by  fewer components and conditions. Hence  this method is a lighter version of the critical structure path analysis method.  

 

Page 35: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 27 

 

 

 

Figure 13 shows the test system that the example analyze.

Page 36: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 28 

 

 When following the detailed method description the first two substructures will be found according to Table 7. The table should be read from top to bottom and right to left.   

Table 7 shows iteration with the intention to clarify the method.

1  Comp: Bus  

Sys.struct :Bus 

Circuit breaker queue: Null  Counter:0 

3 Comp: Circuit breaker 2 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45 

Circuit breaker queue: Sw 1, Sw2  Counter:2 

2  Comp:1  

Sys.struct: Bus, 1 

Circuit breaker queue: Null  Counter:0 

2 Comp: Circuit breaker 3 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45 

Circuit breaker queue: Sw 1, Sw2  Counter:2 

2  Comp: Circuit breaker1 

Sys.struct:Bus,1 

Circuit breaker queue: Null  Counter:0 

3 Comp: Circuit breaker 3 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45 

Circuit breaker queue: Sw 1, Sw2,Sw3  Counter:3 

3  Comp: Sw1  

Sys.struct: Bus, 1 

Circuit breaker queue: Sw 1  Counter:1 

2 Comp: 51 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51 

Circuit breaker queue: Sw 1, Sw2,Sw3  Counter:3 

2  Comp: f12  

Sys.struct: Bus, 1,f12 

Circuit breaker queue: Sw1  Counter:1 

2 Comp: 52 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52 

Circuit breaker queue: Sw 1, Sw2,Sw3  Counter:3 

2  Comp: 2   

Sys.struct: Bus, 1,f12,2 

Circuit breaker queue: Circuit breaker 1  Counter:1 

2 Comp: Circuit breaker 4 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52 

Circuit breaker queue: Sw 1, Sw2,Sw3  Counter:3 

2  Comp: f23   

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23 

3 Comp: Circuit breaker 4 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52 

Page 37: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 29 

 

 Circuit breaker queue: Circuit breaker 1  Counter:1 

Circuit breaker queue: Sw 1, w2,Sw3,Sw4  

Counter:4 

2  Comp: 4   

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4 

Circuit breaker queue: Circuit breaker 1  Counter:1 

4 Structure queue: {Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52} 

System list: {Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52} 

Counter: 0 

2  Comp: 3   

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3 

Circuit breaker queue: Sw1  Counter:1 

5 Structure queue: {Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52 

System list: {Bus,1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52} 

Circuit breaker queue: Sw2,Sw3,Sw4   

Counter: 0  

Comp: Circuit breaker1 

2  Comp: f45   

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45 

Circuit breaker queue: Sw 1  Counter:1 

2 Comp: N2722 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52,N2722 

Circuit breaker queue: Sw2,Sw3,Sw4  Counter:0 

2  Comp: Circuit breaker 2 

Sys.struct: Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45 

Circuit breaker queue: Sw1  Counter:1 

4 Structure queue: {Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52 

System list: {Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52},{ Bus, 1,f12,2,f23,4,3,f45,51,52,N2722} 

Counter: 0 

Page 38: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 30 

 

 3.4 Implementation of system reliability indices in RACalc The different indices that are commonly used are SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI and AENS. Their meaning is presented in chapter 2.2. The calculation of each index in RACalc will be presented later on in this chapter. As mentioned earlier on in the previous chapter RACalc uses a LP‐driven (load point driven) calculation method. To solve the different obstacles, which are involved at the attempt to automate a sophisticated analysis of a complex system, a fragmentation of the calculations has been applied. That means  that  a  part  of  the  index  calculation  are  performed  independently  of  each  other  and combined at a later instruction.  

To clarify  the  implementation of  the calculation method, an example  is given.  In  the example  it  is assumed  that  the  system analysis described  in  the previous  chapter has been performed and  the system data is at hand. 

 

Figure 14 shows the workflow for the calculation of the systems reliability indices

 

 

 

Page 39: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 31 

 

 A more detailed explanation of the method is seen below. This explanation is written to give a better insight in how the method is programmed.    

1. Search the critical structure path for the first transformer that has not been handled. Set a pointer at the first element  in the critical structure path  list. Summarize the contribution of total number of clients that are connected to the selected transformer.  

2. For  the component at  the  specified element  in  the critical  structure path  list calculate  the failure rate and  the unavailability. Here  the unavailability  is  the  failure rate multiplied with the sum of the reparation time and the fault location time.  

3. Summarize  the contribution  from  the component  to  the  total  load point unavailability and summarize the contribution from the component to the total load point failure rate. 

4. Increase the pointer for the critical structure path list. 

5. Repeat from step 2 until there are no more components in the critical structure path.  

6. Find  the  first  element  in  the  list with  all  the  system  structures which  holds  the  specified transformer. Set a pointer at the first element in the specified system list.  

7. Search for the component at the specified element  in the selected system  list  in the critical structure path that was found in step 1.   

8. If there  is no hit  in the search  in step 7 proceed to step 9. Otherwise the pointer should be increased to the next element in the selected system list and then step 7 should be repeated.  

9. Calculate  the  failure  rate  and  the  unavailability  for  the  specified  component.  Here  the unavailability is the failure rate multiplied with the disconnecting time. 

10. Summarize  the contribution  from  the component  to  the  total  load point unavailability and summarize the contribution from the component to the total load point failure rate. 

11. Increase the pointer for the specified system list.  

12. Repeat from step 7 until there are no more unhandled components  in the specified system list.  

13. Calculate the partial system reliability indices.  

14. Repeat from step 2 with the next occurring transformer in the critical structure path list. Set a  pointer  at  the  first  element  in  the  specified  critical  structure  path  list.  Summarize  the contribution of total number of clients that are connected to the selected transformer. 

15. Complete the system reliability indices calculations for the whole system.  

Page 40: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 32 

 

 3.5 Implemented simulations  Simulations are a great help to expand the understanding of the dynamics of a distribution system. This chapter will give an insight in the simulations that have been implemented in RACalc. 

3.5.1 Introduction In addition to the traditional reliability calculations that have been described earlier  in this report a couple of  simulation methods have been  implemented as well. There are a  total of  four different simulation methods  which  can  be  performed  to  extend  the  analysis  of  the  distribution  systems reliability.  The  simulations  are designed  to  target possible weaknesses  in  the distribution  systems structure.  

The storm simulation performs a calculation with altered failure rates for all overhead lines.  Thus, an insight  in the distribution systems possible reliability during such a condition can be reached.  If the distribution systems dependency of underground cables  is  the main  interest  the cold simulation  is most suitable.  The cold simulation only increases the reparation time as an attempt to simulate the prolonging  that  occurs  due  to  frost.  This  reasoning  is  due  to  the  idea  that maintenance  is more demanding when working under cold circumstances.  

There  is also a simulation method that tries to describe the variations that exist during a year. This simulation is called 12‐month simulation and here all components failure rates is altered in such way that it corresponds to the environmental variations.  

Page 41: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 33 

 

 3.5.2 Storm simulation   The storm simulation method is designed to measure the analyzed distribution systems dependency of overhead lines functionality. A storm simulation will result in an increase of the system reliability indices (except for the availability), which  is a negative consequence. The amount of the  increase  is dependent of the percentage of overhead line and overhead cable in the distribution system that is being analyzed. 

 

 

Figure 15 shows the workflow for storm simulation

As  seen  in Figure 15  the  storm  simulation method  is  just a  reliability calculation where  the  failure rates for the overhead lines and overhead cables have been scaled by the factors that are shown in Table 8. 

Table 8 shows the factors that scales the failure rates

Component type:  Failure rate scale factor:

Transformer  1 

Overhead line  10 

Overhead cable  3 

Disconnector  1 

Circuit breaker  1 

Underground cable 1 

 The scale factors that are shown in Table 8 have been derived only by assumptions and discussions. They have been set so that there is a well defined difference between the overhead lines and cables and  the other  components. Therefore  the exact achieved  system  reliability  indices are not at any interest, only the percentage of change that was imposed is relevant.  

Page 42: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 34 

 

 3.5.3 Cold simulation  The frost simulation method has the purpose to show how much an increase of the reparation time embosses to the total unavailability of the distribution system that  is being analyzed.   Here,  like  in the  storm  simulation  the  simulation  is  nothing more  than  a  reliability  analysis  with  parameters changed  to  reflect  the  conditions  that  exist  during  frost.  Unlike  the  storm  simulation  the  frost simulation only scales  the reparation  time and not  the  failure rates. This approach  is based on  the reasoning  that  the  failure  rate  of  the  underground  cables  is  not  affected  by  a  decrease  of temperature.  

 

Figure 16 shows the workflow for frost simulation

The reparation time scale factors that are shown in Table 9 are not based on any scientific report or research.  The  scale  parameters  have  been  derived  by  discussions  and  reasoning  that  a  good distinction  is  needed  to  reflect  the  difference  between  the  components  reparation  time  that  is embossed by the frost. 

Table 9 shows the scale factors used in the frost simulation

Component type:  Reparation time scale factor:

Transformer  1 

Overhead line  1,5 

Overhead cable  1 

Disconnector  1 

Circuit breaker  1 

Underground cable 10 

 

Page 43: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 35 

 

 3.5.4 12­month simulation The 12‐month simulation method has its background in the desire to understand how a distribution system is affected by variations in the environmental conditions that exist during a year. This method is not  fully perfected because of  the manipulations  that are  introduced  to  the original distribution system. The only parameter that is scaled is the failure rate. This is however not the only parameter that change during a year. During a year the reparation time is absolutely changing.  

In this study  it  is decided that the failure rate will be the only parameter that will be scaled  in this simulation. This due to the fact that the scaling factors are derived by Patrik Hilber in his research [8]. Hence,  a  higher  reliability  in  the  accuracy  of  the method  is  achieved  by  not  implementing  the variations of the reparation time.   

 

 

Figure 17 shows the workflow for the 12-month simulation

 

As mentioned earlier, the failure rate scale factors for the months in a year are presented in Table 10 and in Figure 18 shows the scale factors in a diagram.Error! Reference source not found.. The failure rate scale factors have a behavior that, at first glance, is not obvious. When calculating the medium value of the scale factors. It will be found to be equal to one. This is an important condition. If the medium value is not equal to one the overall failure rate during a year has also been changed.  

 

 

 

Page 44: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 36 

 

  

Table 10 shows the scale factors that is used in the 12-month simulation

Month:  Failure rate scale factor: Month:  Failure rate scale factor: 

January  1.11  July  1.07 

February  1.05  August  0.95 

March  1.12  September 0.81 

April  0.93  October  0.93 

May  0.83  November  1.02 

June  0.93  December  1.19 

 

 

 

 

Figure 18 shows the scale factors in a diagram.

 

Page 45: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     3. Logics of RACalc      Page 37 

 

  

3.5.5 Component importance calculation  To  be  able  to  determine  the most  efficient maintenance  schedule  one must  have  a method  to distinguish which of the components that has the greatest  impact on the reliability for the system. This is a task that can be performed in many ways. Birnbaum´s index is one method that can be used to quantify the importance of the specific component. RACalc uses another method to prioritize the components. This method  is easier  in  its  implementation but yet as effective.   The method uses an iterative structure where the selected component that is to be studied has had its failure rate set to zero.  Thereafter  a  reliability  calculation  is  executed  and  the  results  are  saved.  The  components failure rate is reset to the previous value and the process is repeated for each of the components in the distribution system. Figure 19 show the described workflow.  

 

 

Figure 19 shows the workflow of the component importance method

 

The results that the method provides are thereby a set of calculated system reliability  indices. Each of them represents the distribution system when the referred component is ideal. To assume that a component  can become  ideal by  increased maintenance  is not  relevant. Although  the assumption that  the  improvement  of  the  availability  of  the  system  is  relative  to  the  improvement  of  the availability  of  the  component.  The  proportion  of  these  improvements  can  be  deemed  as  the importance of the component.  

Page 46: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 38 

 

4 Analysis This chapter will give an explanation to the process of analysis and the information that is needed when performing an analysis.  

4.1 Pre study To give a real coupling of the theories to actual distribution systems a pre study has been performed. The pre  study  is used as a  source of  information giving  the  required  input data as well as  system structures. It was performed in 2008 at Sandviken Energi AB (SE).  

4.1.1 Empirical method The basic premise for a pre study to be considered reliable  is the degree of reliability and validity a pre  study  investigation meets.  In  other  words  critically  examine  the  procedure  which  has  been applied in the data collection. 

4.1.2 Trustworthiness of study The  definition  of  trustworthiness  is  assessing  the  degree  of  repeatability  of  the  study when  it  is carried out under the same conditions. An important factor to achieve repeatability is by maintaining a  careful  documentation  throughout  the  whole  process.  By  continuously  reviewing  the documentation, high reliability is achieved.   Other  important  factors  for high  trustworthiness are  that measurements are  carried out  correctly and accurately, so that the same results can be achieved several times.   Deficiencies in the trustworthiness that may arise are mainly due to the subjective assessment of the size and decisiveness on the analyzed risk. This aspect directly affects the accuracy of the index that assesses and describes the distribution system's properties.  

4.1.3 Validation of study The purpose of  the validation study  is  to get an  idea of whether  the study examines  the elements meant to research. The approach in this study to maintaining high validity includes clear clarification on what  should be  studied  and how  the pre  study proceeds.  In  addition,  the  study describes  the methods and assessment tools that have been applied so that the study can be repeated. In order to ensure  the validity a big effort has been  to  implement  theories  that are  rooted  in  the  theoretical frame of  reference. Furthermore,  re‐connection with  the operating  staff at SE has been a  step  to strengthen the validity. 

4.1.4 Describing the statistical basis The  system  analysis  included  in  the  reliability  calculations  requires  some  type  quantity  that  can represent the behavior of different components. The failure rate  is a widely used measure.   Failure rate gives an estimate of how often a component fails during a specified period of time. The standard is one year.  

Page 47: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 39 

  Since  this measure  is  based  on  statistical  data  the  estimated  failure  rate  can  in  some  cases  be misleading. This problem  is often present due to the substandard  in the available  information. The credibility of the statistical value increases by the time for which the value corresponds to. However, this requires that the same type of component is studied over the period.  

4.1.5 GIS ­ Meldis  The GIS  system MELDIS provides an error‐reporting  feature  that has been used  in  recent years. A report describing when and where the error occurred  is posted for each error. This will  in the  long run serve as a good source of information for future analyzes.  Of course, the creditability would have been  better  if  the  statistics  had  stretched  further  back  in  time.  Although  when  comparing  the estimated  failure  rates and  those handed by Elforsk  the calculated  failure  rates were deemed as a probable estimates and will be used for the pre studies. 

 

Page 48: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 40 

 

 

4.2 Hand­made calculations To  assess  the  developed  tool,  a  small  distribution  system  is  studied  to  facilitate  an  overview  of incorporated  components.  The  analyzed  test  distribution  system  has  been  retrieved  from  RCAM research group at Royal Institute of Technology. The line‐scheme is seen in Figure 20. 

 

 

 

Figure 20 shows the line scheme of the test system.

In the line‐scheme the larger components and the components which properties enable the ability to maneuver  the  system  is  shown.  In addition  to  the  information provided  in  the  line‐scheme,  it has been given that faults that occur  in one  load point do not affect the remaining distribution system. To satisfy this condition the model could be complemented with a circuit breaker between all  load points and power  lines. Finally  the dotted  lines are,  in  this case, non‐isolated over head  lines. The block diagram  is  illustrated  in Figure 21. This example  is  retrieved  from  the course TillfE’s, held at KTH, example collection. TRITA‐EE_2007_067. 

 

 

Page 49: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 41 

  

 

 

Figure 21 shows a general block diagram made of the test system.

In  the example  it has been given how many customers  that are connected  to each  load point and how much the total power consumption per year is at each load point. Information about what kind of cable or power line the distribution is conducted on and the length of them has been provided. To apprehend this information a search in the geographic information system (GIS) could prove to be a satisfying  source.  Thereafter  components  as  underground  cables,  lines  and  load  points  can  be modeled in a block diagram. 

Page 50: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 42 

 When  the  block  diagram  has  been  created,  the  translation  to  RACalc  is  relatively  simple.  The calculations  are  conducted  and  the  calculation  process  is  fairly  time  efficient.  Finally,  the  block diagram  in RACalc will  look something  like Figure 22. Other  information  that  is necessary  is  failure rates  for  each  component  type.  The  failure  rates  can  be  calculated  by  collecting  data  from interruption reports.  

 

 

 

Figure 22 shows the test system’s block diagram in RACalc.

 

Page 51: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 43 

  

4.2.1 Manual reliability calculations The hand‐made reliability calculations are presented in Table 11, Table 12, Table 13 and Table 14

Table 11 shows manual reliability calculations made for load point N2722.

Load point name:  Komponent id 

Failure rate  [int./year] 

Repair time [h/int.] 

Fault location time [h/int.] 

Total time [h/int.] 

Length [km or #] 

Unavailability [h/year] 

N2722  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 Customers:  Underground cable 1  0,013600  1  1,5  2,5  0,680  0,034000 51  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 Consumption:  N2722  0,050000  1,5  1,5  3  1  0,150000 349532 kWh  Underground cable 2  0,009816  1  1,5  1  0,818  0,009816   Underground cable 3  0,004140  1  1,5  1  0,345  0,004140   Disconnector 2  0  0  0  1  1  0   Disconnector 3  0  0  0  1  1  0   Over head line 1  0,066960  0,5  0,5  1  0,558  0,066960   Over head line 2  0,111960  0,5  0,5  1  0,933  0,111960 

 Underground cable 4  0,000096  1  1,5  1  0,008  0,000096 

    ∑ = 0,25657          ∑ =0,37697 

 

Table 12 shows manual reliability calculations made for load point N2789.

Load point name:  Komponent id 

Failure rate  [int./year] 

Repair time [h/int.] 

Fault location time [h/int.] 

Total time [h/int.] 

Length [km or #] 

Unavailability [h/year] 

N2789  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 Customers:  Underground cable 1  0,013600  1  1,5  2,5  0,680  0,034000 10  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 Consumption:  Underground cable 2  0,009816  1  1,5  2,5  0,818  0,024540 142837 kWh  Underground cable 3  0,004140  1  1,5  2,5  0,345  0,010350   Disconnector 2  0  0  0  0  1  0   Disconnector 3  0  0  0  0  1  0   N2789  0,050000  1,5  1,5  3  1  0,150000   Over head line 1  0,066960  0,5  0,5  1  0,558  0,066960   Over head line 2  0,111960  0,5  0,5  1  0,933  0,111960 

  Underground cable 4  0,000096  1  1,5  1  0,008  0,000096 

    ∑ = 0,25657          ∑ = 0,39791

Page 52: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 44 

 

Table 13 shows manual reliability calculations made for load point N2783.

Load point name:  Komponent id 

Failure rate [int./year] 

Repair  time [h/int.] 

Fault location time [h/int.] 

Total time [h/int.] 

Length [km or #] 

Unavailability [h/year] 

N2783  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 Customers:  Underground cable 1  0,013600  1  1,5  2,5  0,680  0,034000 33  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 Consumption:  Underground cable 2  0,009816  1  1,5  2,5  0,818  0,024540 183009 kWh  Underground cable 3  0,004140  1  1,5  2,5  0,345  0,010350   Disconnector 2  0  0  0  0  1  0   Disconnector 3  0  0  0  0  1  0   Over head line 1  0,066960  0,5  0,5  1  0,558  0,066960   N2783  0,050000  1,5  1,5  3  1  0,150000   Over head line 2  0,111960  0,5  0,5  1  0,933  0,111960 

  Underground cable 4  0,000096  1  1,5  1  0,008  0,000096 

    ∑ = 0,25657          ∑ = 0,39791 

Table 14 shows manual reliability calculations made for load point N2791.

Load point name:  Komponent id 

Failure rate [int./year] 

Repair time [h/int.] 

Fault location time [h/int.] 

Total time [h/int.] 

Length [km or #] 

Unavailability [h/year] 

N2791  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 Customers:  Underground cable 1  0,013600  1  1,5  2,5  0,680  0,03400 13  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 Consumption:  Underground cable 2  0,009816  1  1,5  2,5  0,818  0,02454 74220 kWh  Underground cable 3  0,004140  1  1,5  2,5  0,345  0,01035   Disconnector 2  0  0 0 0 1  0  Disconnector 3  0  0  0  0  1  0   Over head line 2  0,111960  0,5  0,5  1  1  0,11196   Underground cable 4  0,000096  1 1,5 2,5 0,558  0,00024  N2791  0,05  1,5 1,5 3 0,933  0,15000 

Over head line 1  0,066960  0,5  0,5  1 

0,008 

0,06696 

    ∑ = 0,25657   ∑ = 0,39805 

Page 53: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 45 

  

By using the formulas from chapter 2.2 the calculation of the reliability indices were performed. The following values were derived. 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

These manual  calculations will  form  the basis of quality  control of  the developed  tool. As will be shown in chapter 4.4, the calculations where performed with good accuracy by RACalc. 

When  the  DSO wants  to  see what  component  in  the  example  system  that  provides  the  desired improvement when maintained,  the  asset manager  can  use  the  “Component  sensitivity  analysis” which  is  one  of  the  available  calculation  alternatives.  By  doing  this,  RACalc  will  perform  the calculation explained in chapter 3.3. The results will be the different reliability indices and presenting new values to these indices based on the “perfect behavior” of the optimized component.  

RACalc is based on analytical reliability calculation methods [7]. 

Page 54: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 46 

  

4.3 Using RACalc to improve asset management To  explain  how  to  use  the  software  RACalc,  images  taken when  using  RACalc  and  a  systematic description of the usage will be provided.  

First, start the program by clicking the icon. Thereafter should the information specified in chapter 0 be  present  so  that  necessary  data  can  be  collected  and  extracted.  When  this  fundamental information is in place, the system can be modeled.  

 

 

For  the  system  to  be  realized  in  the  software  there must  be  an  infinite  bus which  represent  the strong transmission system.  In RACalc, the  infinite bus  is a perfect component that never fails, and can be  found  in the component  list at  the top of the screen. The  infinite bus  is orange and can be seen  in Figure 23. Unfortunatly,  the analysis  tool cannot handle  redundant systems  therefore only radial electrical distribution systems are possible to study.  

Start by adding an  infinite bus on the workspace. Press the orange  icon and click on the white area called workspace. The infinite bus can be put anywhere on the workspace.  

Figure 23 shows the available components in the upper left corner. From the left there are transformer, ground cable, over head line, disconnector, isolated over head line, fuse, radio-controlled disconnector, infinite bus and breaker.

Page 55: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 47 

 

 

Then the components that are part of the system are to be modeled. This is done, by looking at the information of  the system,  the  line‐scheme or  the data  found  in  the GIS.  In  this example,  the  first component is a ground cable with a length of 300 meters. The underground cable is red in RACalc. It can be found at the same place as the infinite bus. Deploy it in the system the same way as with the infinite  bus.  First  press  the  red  icon  and  click  somewhere  close  to  the  infinite  bus.  When  the underground cable has been placed on the workspace, one wants to change  its properties. To alter the  properties  of  a  component,  right‐click  on  the  placed  underground  cable  and  choose  “Ändra komponentegenskaper”. This is shown in Figure 24. What happens next is that a window will appear and  show  that  specific  components  properties.  This  underground  cable  has  a  failure  rate  of  0,02 faults per year and a total fault time of 4 hours. 

Name  of  the  component  can  be  chosen  freely,  in  this  case  the  name  has  been  chosen  to Underground cable 1. When the correct values are set, press “Ok” and the settings will be saved. This window is shown in Figure 25. 

Figure 24 shows the workspace and two components. The user is in this case about to change the properties of a ground cable.

Page 56: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 48 

 

 

Connected to the first Underground cable there  is a  load point called N2722. Given  in the example specification is that faults that occur in one load point does not affect other load points. This implies that a breaker is added in front of the load point. A breaker is in line‐schemes usually described as a cross,  which  it  also  is  in  RACalc.  This  component  is  found  in  the  list  among  the  rest  of  the components. To connect two components, the user must press the “c”‐button. To easier remember this, c can stand for connect. First press “c” then click at the two components that are supposed to be connected. 

A  load  point  has  in  data  such  as  name,  failure  rate,  fault  location  time,  repair  time,  number  of customers and yearly consumption. A load point is yellow in RACalc. 

After  that,  there  is  supposed  to  be  a  disconnector.  It  has  been  given  that  the  disconnectors  are maneuvered in one hour. In the same fashion as described earlier, the user choose a disconnector to be placed, the blue icon, places it on the workspace, alter the properties and connects it to the other modeled components.  

Hereafter it is just to model the remaining system in the same way as earlier described.  

When the user considers him or her to be finished with the model,  it  is recommended to save the system. This is done by clicking at the file‐menu and choosing the “Spara som” alternative. By doing this, RACalc will  save  a  survey picture of  the modeled  system  and of  course  all  the  incorporated components coordinates, component types, properties etcetera. 

 

 

Figure 25 shows the window for component information input.

Page 57: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 49 

 

 

Finally, when the model is finished; all wanted components are incorporated and their properties are set, the user can press the “Action”‐menu and choose calculate. A window will appear, see Figure 26, and  show  different  calculation  options.  First  option  is  the  ordinary  reliability  calculation.  These calculations are the ones described in chapter 4.2.1. 

Next is the component sensitivity analysis, which is described in chapter 0. Finally there are different scenarios which  can  be  simulated.  The  ones  chosen  is  a  representation  over  a  12 month  period, based  on  Patrik  Hilber’s  research  [3],  “Storm”  and  “Extreme  cold”  based  on  discussions  with Sandviken Energi Elnät AB and supervisors on Royal Institute of Technology.  

Figure 26 shows the window where the user chooses what calculations are to be made.

Page 58: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 50 

 

 

Figure 27 shows the window in RACalc that displays the output-data.

When  desired  calculations  have  been  chosen,  the  user  press  ”Ok”‐button  and  RACalc  will  start analyzing the system with algorithms described in chapter 3.2 and in the end a window with results will be shown, Figure 27. 

Page 59: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 51 

  

4.3.1 Results from RACalc The result of the example will according to RACalc be as presented in  

Table 15. 

Table 15 shows the output from RACalc for test system, transferred to an Excel-table.

  KomponentnamnFelfrekvens[fel/år,km] 

Felsökningstid[h] 

Reparations‐tid [h] 

Total tid [h] 

Längd[km] 

Otillgänglighet[h/år] 

Lastpunkts namn: N2722  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 

Antal kunder: 51 st Underground 

cable 1  0,0136  1  1,5  2,5  0,68  0,034 

Effektförbrukning: 349532 kWh  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 

Avbrottskostnad (12<t<24 [h]): 45900 kr  N2722  0,05  1,5  1,5  3  1  0,15 

Avbrottskostnad (24<t<48 [h]): 91800 kr 

Underground cable 2  0,009816  1  1,5  1  0,818 0,009816 

Avbrottskostnad (48<t<72 [h]): 137700 kr 

Underground cable 3  0,00414  1  1,5  1  0,345 0,00414 

ENS i lastpunkten: 15,04  Disconnector 2  0  0  0  1  1  0 

Del‐SAIFI: 13,085172  Disconnector 3  0  0  0  1  1  0 

Del‐SAIDI: 19,225572 Over head line 

1  0,06696  0,5  0,5  1  0,558 0,06696 

h(p(i)): 0,9999927397348887637872438023

Over head line 2  0,11196  0,5  0,5  1  0,933 0,11196 

 Underground 

cable 4  0,000096  1  1,5  1  0,008 0,000096 

Page 60: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 52 

  

Table 16 shows the output from RACalc for test system, transferred to an Excel-table.

  KomponentnamnFelfrekvens[fel/år,km] 

Felsökningstid[h] 

Reparations‐tid [h] 

Total tid [h] 

Längd[km] 

Otillgänglighet[h/år] 

Lastpunkts namn: N2789  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 

Antal kunder: 10 st Underground 

cable 1  0,0136  1  1,5  2,5  0,68  0,034 

Effektförbrukning: 142837 kWh  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 

Avbrottskostnad (12<t<24 [h]): 9000 kr 

Underground cable 2  0,009816  1  1,5  2,5  0,818 0,02454 

Avbrottskostnad  (24<t<48  [h]): 18000 kr 

Underground cable 3  0,00414  1  1,5  2,5  0,345 0,01035 

Avbrottskostnad  (48<t<72  [h]): 27000 kr  Disconnector 2  0  0  0  0  1  0 

ENS i lastpunkten: 6,48  Disconnector 3  0  0  0  0  1  0 

Del‐SAIFI: 2,565720  N2789  0,05  1,5  1,5  3  1  0,15 

Del‐SAIDI: 3,9790600 Over head line 

1  0,06696  0,5  0,5  1  0,558 0,06696 

h(p(i)): 0,9999911465963000987991954165

Over head line 2  0,11196  0,5  0,5  1  0,933 0,11196 

 Underground 

cable 4  0,000096  1  1,5  1  0,008 0,000096 

Page 61: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 53 

  

Table 17 shows the output from RACalc for test system, transferred to an Excel-table.

  KomponentnamnFelfrekvens[fel/år,km] 

Felsökningstid[h] 

Reparations‐tid [h] 

Total tid [h] 

Längd[km] 

Otillgänglighet[h/år] 

Lastpunkts namn: N2783  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 

Antal kunder: 33 st Underground 

cable 1 0,0136  1  1,5  2,5  0,68  0,034 

Effektförbrukning: 183009 kWh  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 

Avbrottskostnad (12<t<24 [h]): 29700 kr 

Underground cable 2 

0,009816  1  1,5  2,5  0,818 0,02454 

Avbrottskostnad (24<t<48 [h]): 59400 kr 

Underground cable 3 

0,00414  1  1,5  2,5  0,345 0,01035 

Avbrottskostnad (48<t<72 [h]): 89100 kr 

Disconnector 2  0  0  0  0  1  0 

ENS i lastpunkten: 8,46  Disconnector 3  0  0  0  0  1  0 

Del‐SAIFI: 8,466876 Over head line 

1 0,06696  0,5  0,5  1  0,558 0,06696 

Del‐SAIDI: 13,1308980  N2783  0,05  1,5  1,5  3  1  0,15 

h(p(i)): 0,9999835028283576229710429514

Over head line 2 

0,11196  0,5  0,5  1  0,933 0,11196 

 Underground 

cable 4 0,000096  1  1,5  1  0,008 0,000096 

Page 62: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 54 

  

Table 18 shows the output from RACalc for test system, transferred to an Excel-table.

  KomponentnamnFelfrekvens[fel/år,km] 

Felsökningstid[h] 

Reparations‐tid [h] 

Total tid [h] 

Längd[km] 

Otillgänglighet[h/år] 

Lastpunkts namn: N2791  Infinite bus  0  0  0  0  0  0 

Antal kunder: 13 st Underground 

cable 1  0,0136  1  1,5  2,5  0,68  0,034 

Effektförbrukning: 74220 kWh  Disconnector 1  0  0  0  0  1  0 

Avbrottskostnad (12<t<24 [h]): 11700 kr 

Underground cable 2  0,009816 1  1,5  2,5  0,818  0,02454 

Avbrottskostnad (24<t<48 [h]): 23400 kr 

Underground cable 3  0,00414  1  1,5  2,5  0,345  0,01035 

Avbrottskostnad (48<t<72 [h]): 35100 kr  Disconnector 2  0  0  0  0  1  0 

ENS i lastpunkten: 3,37  Disconnector 3  0  0  0  0  1  0 

Del‐SAIFI: 3,335436 Over head line 

2  0,11196  0,5  0,5  1  0,933  0,11196 

Del‐SAIDI: 5,1746500 Underground 

cable 4  0,000096 1  1,5  2,5  0,008  0,00024 

h(p(i)): 0,9999783549288690432098661979 N2791  0,05  1,5  1,5  3  1  0,15 

 Over head line 

1  0,06696  0,5  0,5  1  0,558  0,06696 

 

Page 63: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 55 

  

As can be seen, the values presented in  

Table 15,  

 

 

Table 16,  

 

 

Table 17 and  

 

 

Table 18 is a perfect match of the handmade calculations made in chapter 4.2.1. 

The  reliability  indices acquired  from  the  test distribution system are according  to RACalc shown  in Table 19. 

Table 19 shows the reliability indices for test system, calculated by RACalc.

SAIFI [int./y] SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.] ASAI  ENS [kWh] AENS [kWh] 0,25657  0,38794  1,51203  0,999955 33,21  0,31042 

 

If the user copies the values given from RACalc to a table managing software, for example Microsoft Excel, graphs can be created to easier grasp the results. 

Here are examples of  results extracted  from RACalc.  Interruption  costs  for each  load point during different time intervals t, shown in Graph 1. 

Page 64: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 56 

 

 

Graph 1 shows the most significant components affecting SAIFI for test system.

 

Page 65: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 57 

 

 

Component importance results 

In  this  chapter  the  results  of  the  component  importance  analysis will  be  presented.  In  this  small system all components are shown in the graphs which lead to the fact that some components do not contribute to a better reliability of the system, when they are optimized. This is due to the fact that they, from the beginning, are considered to never fail. 

 

Graph 2 shows the most significant components affecting SAIFI for test system.

From Graph  2  it  can  be  seen  that  the  components  affecting  SAIFI  are  the  over  head  lines  in  the system. By securing these components the number of faults will decrease dramatically  leading to a better availability of the system. 

Page 66: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 58 

 

 

Graph 3 shows the most significant components affecting SAIDI for test system.

In Graph 3  it  is evident that the component affecting SAIDI the most  is one of the over head  lines. When studying Graph 4 it is also giving an indication for the importance of maintaining the over head line.  

 

Graph 4 shows the most significant components affecting CAIDI for test system.

CAIDI  is  a measure  depending  on  the  earlier mentioned measures  SAIFI  and  SAIDI.  Even  if  the reliability of the system generally has been better, it is not obvious that this measure is lower. CAIDI is  a measure  that  reflects  how  long  each  outage  lasts.  Even  if  there  are  fewer  faults,  the  faults occurring may  last  longer. As  seen  in Graph 4  all  reliability measures  are not  comparable.  This  is 

Page 67: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 59 

 easiest explained by a small example. If a system consist of two components were both components fail  one  time  each  year.  The  first  component,  C1,  has  a  total  time  of  one  hour while  the  other component, C2, has a total time of 100 hours. The mathematical explanation  is that  if a  load point with one customer is connected to these components and C1 becomes optimized the new CAIDI will increase with almost 100 %, despite a total improvement of the system reliability. 

The resemblance can be seen in Table 20. 

Table 20 shows an example of the CAIDI index and how an outcome can be if a component is set to be perfect.

  

  

  

  

  

  

 

With explained, it is realized that CAIDI is not a measure that necessary describes the reliability of the system as SAIFI and SAIDI, only how long a fault is averaged to last when it occurs.  

 

Graph 5 shows the most significant components affecting ASAI for test system.

Page 68: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 60 

 To  improve  the ASAI  index at a big  scale  is difficult when dealing with  single  components.  In  this measure, components with high failure rate and long total time stand out if there is a bigger change. In Graph 5 one can see that the over head line has biggest impact on the ASAI index.  

 

Graph 6 shows the most significant components affecting AENS for test system.

Another of measures that can be extracted from RACalc is AENS. This measure declares the delivering quality of the system and the components affecting  it. For this distribution system, once again  it  is the over head line that clearly has biggest impact on the AENS index. 

By  studying  these  graphs,  the  DSO  can  allocate  the maintenance  depending  on  what  reliability measure that is needed to be improved. 

 

12‐month simulation results 

One  of  the  simulation  alternatives  is  the  12‐months  simulation.  This  calculation  takes  in consideration an altered failure rate for each month of the year.  

The scale factors are based on Patrik Hilber’s research of time based failure rates and how they are distributed over a year. The distribution can be seen in Graph 7. [3]. 

Page 69: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 61 

 

 

Graph 7 shows the 12-month distribution of the different reliability indices for the test system.

Page 70: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     4. Analysis   

    Page 62 

  

4.4 Validation of RACalc  To be able to guarantee the correctness of the reliability indices and other results that RACalc produces a comparison with results that have been calculated by hand has been performed. The distribution system that will be evaluated is illustrated in Figure 28. 

 

Figure 28 illustrates the distribution system used for validation.  

To validate the results acquired from RACalc, this chapter will present a comparison between the hand‐made calculations performed in chapter 4.2.1 and the output from RACalc presented in chapter 4.3.1. The results are presented in Table 21, Table 22. 

Table 21 Results acquired from hand-made calculations.

SAIFI [int./y] SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.] ASAI  ENS [kWh] AENS [kWh] 0,25657  0,38794  1,51203  0,999955 33,21  0,31042 

 

Table 22 Results acquired from RACalc.

SAIFI [int./y] SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.] ASAI  ENS [kWh] AENS [kWh] 0,25657  0,38794  1,51203  0,999955 33,21  0,31042 

 

The results are the same andvalidates RACalc and the algorithm that perform the calculations. 

Page 71: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 63 

 

5 Case study Case studies have been performed on some parts of the electrical distribution system that is owned by SEEAB. The calculations and results are all achieved by using RACalc.   

5.1 Introduction  To  ease  the  survey  of  these  systems,  information  from  the  pre  study  is  shown.  The  analyzed distribution systems are classified and  therefore not official. Hence,  the case study chapter will be censured when this report are published.  

The areas that are to be analyzed with RACalc are situated in the vicinity of Sandviken. In Figure 29, Figure 30 and Figure 31 a survey view of each area is provided. In Figure 32, Figure 33 and Figure 34 the  line  schemas  that were  obtained  during  the  pre  study  is  illustrated.  These  systems  are  also presented as block schemes from RACalc in Figure 35, Figure 36 and Figure 37. 

There are two result chapters for the case study. The purpose of this is to distinguish the result that has been derived by using RACalc and those not derived by RACalc. The results derived by RACalc are presented as charts which were composed by using Excel.     An  interesting  result  for  this  case  study  is  that by decreasing  the  failure  rate of  the  twenty most important  components by  10%  a  total  system  improvement were obtained which  is  illustrated  in Table 23, Table 24 and Table 25.    

Table 23 show the improvements for ÄT34:s reliability indices when decreasing the failure rate by 10% of the twenty most important components according to RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.] ASAI  AENS [kWh] 8,11%  8,27%  0,18%  0,0015%  8,22% 

 

Table 24 show the improvements for MT8:s reliability indices when decreasing the failure rate by 10% of the twenty most important components according to RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.]  ASAI  AENS [kWh] 7,32%  7,10%  ‐0,24%  0,0016%  7,21% 

 

Table 25 show the improvements for MT10:s reliability indices when decreasing the failure rate by 10% of the twenty most important components according to RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y] CAIDI [h/int.]  ASAI  AENS [kWh] 7,14%  7,87%  0,78%  0,0016%  7,89% 

   

Page 72: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 64 

 5.2 Analyzed systems in case study The systems analyzed in this thesis are geographically represented in figure 29, figure 30 and figure 31 

 Figure 29 shows a geographical view of the system departing from ÄT34.

 

Figure 30 shows a geographical view of the system departing from MT8.

 

Page 73: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 65 

  

 

Figure 31 shows a geographical view of the system departing from MT10.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 74: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 66 

 When gathering  information about the system, the  line scheme posses a great deal of  information. The following line schemes were apprehended at Sandviken Energi AB for the systems to be analyzed.  

 Figure 32 shows the line scheme of ÄT34. Altered figure due to classified contents.

 

Figure 33 shows the line scheme of MT8. Altered figure due to classified contents.

 

Page 75: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 67 

  

 

 

 

 

 

 

Figure 34 shows the line scheme of MT10. Altered figure due to classified contents.

 

 

 

Page 76: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 68 

  

 

When modeling  the  systems  in  RACalc,  the  following  graphical  representation  of  the  systems  is shown in figure 35, figure 36 and figure 37.  

 

 

Figure 35 shows the block diagram of ÄT34, modeled in RACalc.

 

 

Page 77: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 69 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 36 shows the block diagram of MT8, modeled in RACalc.

Page 78: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 70 

  

 

 

 

 

 

 

 

Figure 37 shows the block diagram of MT10, modeled in RACalc.

 

 

 

 

 

Page 79: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 71 

 5.2.1 Results from RACalc 

Table 26 shows the reliability indices of ÄT34, calculated in RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y] CAIDI [h/int.] ASAI  AENS [kWh] 1,594  1,615  1,013  0,99981 1,486 

Table 27 shows the reliability indices of MT8, calculated in RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y] CAIDI [h/int.] ASAI  AENS [kWh] 1,393  2,029  1,456  0,99976 1,977 

Table 28 shows the reliability indices of MT10, calculated in RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y] CAIDI [h/int.] ASAI  AENS [kWh] 1,936  1,814  0,937  0,99979 1,665 

 

5.2.2 Results after improvements Due to the fact that some components have a big impact on one reliability index, for example SAIFI, while other components contributes more to an improvement in another index, for example SAIDI. A method to determine the overall importance has been developed.  

By summarizing the improvements of SAIFI, SAIDI, ASAI and AENS for each component that were calculated by the component importance calculation method in RACalc a categorization can be made. The formula for determining the total improvement is shown below. 

 

 

 

Page 80: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 72 

 

 

Graph 8 shows the sum of improvements for each component, SAIFI, SAIDI, ASAI, AENS.

 

 

Graph 9 shows the sum of improvements for each component, SAIFI, SAIDI, ASAI, AENS.

 

Page 81: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 73 

 

 

Graph 10 shows the sum of improvements for each component, SAIFI, SAIDI, ASAI, AENS.

 

 

The components that have been determined to be the twenty most significant components for the total  improvements of  the  systems are displayed  in Appendix B, Appendix D and Appendix F. The numbers in the blocks represents the importance were 1 has highest total improvement capability.   

If the DSO were to maintain the twenty most influential components and by doing so decreasing the failure  rate of  those  components by 10 % a  total  improvement of  the  reliability  indices would be achieved as stated in Graph 9, Graph 10 and Graph 8. 

Table 29 show the improvements for ÄT34:s reliability indices when decreasing the failure rate by 10% on the twenty most important components according to RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.] ASAI  AENS [kWh] 8,11%  8,27%  0,18%  0,0015%  8,22% 

 

Table 30 show the improvements for MT8:s reliability indices when decreasing the failure rate by 10% on the twenty most important components according to RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y]  CAIDI [h/int.]  ASAI  AENS [kWh] 7,32%  7,10%  ‐0,24%  0,0016%  7,21% 

 

Page 82: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     5. Case study  

    Page 74 

 Table 31 show the improvements for MT10:s reliability indices when decreasing the failure rate by 10% on the twenty most important components according to RACalc.

SAIFI [int./y]  SAIDI [h/y] CAIDI [h/int.]  ASAI  AENS [kWh] 7,14%  7,87%  0,78%  0,0016%  7,89% 

 

 

Figure 38 shows the total improvement in percent for the different reliability indices at each system.

Page 83: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     6. Closure      Page 75 

 

 

6 Closure 

6.1 Conclusion The thesis presents a tool, RACalc. RACalc is able to analyze the provided electrical distribution system and point out on which components maintenance should be placed on in order to enhance the total system performance. There is a need for this type of tool; due to there might be money to be saved when acquiring a more efficient maintenance plan. In addition to component sensitivity analysis, the scenarios included in the tool can be helpful to point out potential weaknesses in the system. This is useful support when performing risk analysis of electrical distribution systems. Depending on what properties the DSO wants to enhance, different components need to be maintained. RACalc provides the answer in relation to the performance indices SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI and AENS. 

The major advantages with RACalc are that it makes reliability calculations easy and fast. This is achieved by: 

• Limiting the demand of the end‐user’s reliability calculation skills. 

• Enabling a graphical interface that eases the survey of the system. 

• Using a fast algorithm that represent how an electrical distribution system responds to different interruptions.  

• Requiring few inputs.  

• Performing component sensitivity analysis and presenting where in the system maintenance should be placed to enhance the performance of the system. 

• Presenting results directly when calculation is complete. 

The calculations have been validated by building small scale systems in RACalc and comparing results with hand made calculations. Discussions have also been held with supervisors and examiner to ensure the quality of the calculations.  

6.2 Future work RACalc is depending on a table handling software, for example Microsoft Excel. Without the ability to transform the values to graphs, the results are hard to interpret.  

The fact that fuses so far not respond to an interruption in the algorithm is important. This fact has a big  impact on  the  system model  since  the  fuse does not  contribute with  any  real  function  in  the model except for  introducing another possible failure position. They are modeled to support future work with this software and have been set as  ideal. In this way the fuse does not affect the overall availability of the system.  

A  future  feature  in  RACalc which  is  fairly  easy  implemented  is  a  present  value  analysis.  There  is already an option available to choose component type. For example overhead line can be chosen as 

Page 84: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     6. Closure      Page 76 

 

 five different FEAL, with different dimensions. An application can be added that correlate the specific component type to an acquisition value, date of construction and calculates a present value for the specific component. 

In  addition  there  is  a  vision  of  implementing  redundancy  capability  in  RACalc.  The  absence  of possibility for redundancy calculations has not posed as a problem for the case studies since none of the analyzed distribution systems have a second feeding bus. 

A more  complex way  to model  a  system  is  explained  in  chapter  2.2.5.  An  even more  advanced method  is  presented  in  [8],  where  an  algorithm  for  searching  all  multi‐state  minimal  cuts  is presented. The authors see great potential in the algorithm. Using this methodology, the redundancy issue is solved although the code to the tool RACalc would be forced to be significantly modified. The implementation  of  the  algorithm  presented  in  [8]  not  only  solves  the  redundant  feed  calculation problem but also the more complex redundant cable calculation. This would add further usefulness of the tool RACalc by making it more agile. 

Page 85: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     References      Page 77 

 

 

References [1]. Hans Olander. Energimarknadsinspektionen. http://www.energimarknadsinspektionen.se. [Online] [retrieved: 16 02 2009.] http://www.energimarknadsinspektionen.se/upload/Enheter/N%C3%A4t/Koncessioner%20f%C3%B6r%20kraftledningar.pdf. 

[2]. Energimarknadsinspektionen. [Online] [retrieved: 12 1 2009.] http://www.energimarknadsinspektionen.se/For‐Energiforetag/El/Inrapportering‐for‐elnatsforetag/Natnyttomodellen/. 

[3]. Hilber, Patrik. Maintenance Optimization for Power Distribution Systems. Stockholm : KTH, 2008 TRITA‐EE_2008_012. 

[4]. Bertling, Lina. Reliability‐centred maintenance for electric power distribution systems. Stockholm : KTH, 2002. 

[5]. Hilber, Patrik. A Method for Extracting Reliability Importance Indices from Reliability Simulations of Electrical Networks. Stockholm : Royal Instititute of Technology, 2005. 

[6]. Bertling, Lina. http://www.etk.ee.kth.se. [Online] [retrieved: 16 2 2009.] http://www.etk.ee.kth.se/courses/EI2450/A‐ETS‐EEK‐0501.pdf. 

[7]. Patrik Hilber, Lina Bertling. Monetary Importance of Component Reliability in Electrical Networks for Maintenance Optimization. IEEE, 2004. 8th lnternational Conference on Probabilistic Methods Applied to Power System. 

[8]. Wei‐Chang Yeh IEEE. A Fast Algorithm for Searching All Multi‐State Minimal Cuts   Member. Taiwan : IEEE, 2008. 

[9]. Guide for Electric Power Distribution Reliability Indices., IEEE Power Engineering Society. IEEE. SS95193. 

[10]. Wallnerström, Carl Johan. On Risk Management of Electrical Distribution Systems and the Impact of Regulations. Stockholm : KTH, 2008. ISBN 978‐91‐7178‐954‐9. 

 

Page 86: Reliability centered asset management toolkth.diva-portal.org/smash/get/diva2:750131/FULLTEXT01.pdf · Reliability centered asset management tool The development of RACalc Claes Böös

                    

 

     Appendix      Page 78 

 

 

Appendix 

A. Basis for block diagram (ÄT34), taken from pre study. 

B. Components to be maintained according to RACalc (ÄT34) 

C. Basis for block diagram (MT8), taken from pre study. 

D. Components to be maintained according to RACalc (MT8) 

E. Basis for block diagram (MT10), taken from pre study. 

F. Components to be maintained according to RACalc (MT10) 

G. Graphs obtained from calculations  


Top Related