Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Development of a toolbox for assessing Frost and Rime ice impact on overhead Transmission Lines

Alternativ tittel: Utvikling av en verktøykasse for beregning av ising og rimfrost sin påvirkning på kraftlinjer i luft.

Tildelt: kr 7,0 mill.

Prosjektnummer:

245370

Prosjektperiode:

2015 - 2018

Midlene er mottatt fra:

Geografi:

Dimensjonering av kraftlinjer i eksponert terreng i Norge er utfordrende. Kunnskapen om viktige atmosfæriske prosesser relatert til ising og påvirkningen dette har for kraftlinja er begrenset. I de kommende årene planlegger Statnett store oppgraderinger og utbygginger av det nasjonale strømnettet. I flere av de siste vintrene har det oppstått skader og havari på kraftlinjer forårsaket av atmosfærisk ising. Dette illustrerer behovet for å øke kunnskapen om isingsprosesser og å utvikle beregningsverktøy som kan gi bedre estimater av dimensjonerende klimalaster på kraftlinjer for å unngå fremtidige skader. Ideen bak prosjektet har vært å utvikle en verktøykasse som vil kombinere state-of-the-art metoder og modeller for å beregne effektene og påvirkningen av frost og ising på luftledninger. En målsetting har vært å utvikle modeller for å beregne isingen på kraftlinjene, både til bruk for dimensjonering av nye linjer og for monitorering og varsling av potensielt kritiske situasjoner. Hver vinter medfører rim på linjene overføringstap knyttet til såkalte corona-utladninger. I prosjektet har også hatt som mål å utvikle et varslingssystem for rimfrost for å redusere overføringstapene knyttet til slike utladninger. I tilknytning til prosjektet er det etablert 3 målestasjoner for ising. Her er det installert islastsensorer i kraftlinjer og på prøvespenn. I tillegg til meteorologiske sensorer er det utviklet et instrument for måling av isvekt og web-kameraer for overvåkning av instrumenter og kraftlinje. Stasjonene er lokalisert høyt til fjells og eksponert for tøffe isingsforhold om vinteren. Dette har gitt en del utfordringer i forhold til å holde stasjonene tilgjengelige til enhver tid, men vi har gjennom måleperioden samlet inn mye unike og nødvendige data for utviklingen av beregningsmodeller for ising. Instrumentet for måling av isvekt er utviklet i prosjektet og installert ved to av stasjonene. Dette er det første instrumentet som kan sies å oppfylle ISO12494 standarden for måling av ising. Ved hjelp av dette instrumentet er det mulig å måle isingsrate og indirekte beregne skyvanninnhold vinterstid. Med data på skyvanninnhold er vi nærmere å forstå isingsprosessene og å kunne validere en av parametrene fra værvarslingsmodellen. Simuleringer med WRF modellen med høy oppløsning (333m og 500m) har blitt gjennomført for flere områder i Sør-Norge. Det er i prosjektet utviklet statistiske metoder for å kombinere de relativt korte modellseriene med høy oppløsning med lange referansedataserier. Dette arbeidet er viktig for å gi et så riktig som mulig beregning av de klimatiske forholdene for kraftlinjetraséene. Studier er også gjennomført for å forbedre oppsettet av WRF modellen og det er laget en anbefaling på hvordan modellen best kan brukes for å simulere isingsforhold. Dette vil bli benyttet for å lage et nytt referansedatasett som vil bli benyttet ved alle fremtidige isingsstudier i de nordiske land. Det er gjennomført et utvalg av laboratorieeksperimenter i vindtunnelen til VTT i Finland. Dette er en vindtunnel som også har tilføring av vanndråper i lufta slik at en kan måle hvordan isen bygger seg opp på kraftledninger under typiske forhold for skyising. Eksperimentene har vist at det er begrensinger i de teoretiske beregningene vi i dag benytter for isoppbygging på kraftlinjer fra ISO12494 under relativt vanlige atmosfæriske forhold. Ved hjelp av CFD beregninger sammen med vindtunnel eksperimentene er vi i dag nærmere å forstå disse begrensningene og å kunne utvikle analytiske metoder for å bedre beskrive isoppbyggingen under disse forholdene. Det er utviklet en modell for å nyttegjøre oss disse erfaringene i beregningene av dimensjonerende islaster. For å gjøre estimater av betydningen av rimfrost på kraftledninger og overføringstapet dette medfører er det utviklet metoder basert på detaljerte målinger av strøm og spenning ved trafostasjoner i hver ende av to lange linjer. Den ene er en 420 kV linje på 115 km, den andre en 300kV linje på 142 km. På begge linjene har vi gjennom tidsseriene observert flere episoder årlig med betydelige coronatap knyttet til rimfrost. Periodene er validert med data fra meteorologiske stasjoner langs linja og data fra WRF modellen. Det er implementert en rimfrostmodell som benyttes sammen med værprognoser fra Meteorologisk Institutt. Ved bruk av rimfrost modellen ble 86 % av episodene med coronatap på de to linjene korrekt varslet i værprognosene.

The design of power lines exposed mountain terrain in Norway is challenging. The knowledge about many important processes related to the ice accretion and its different effects on line components is limited. Experiences with damages on power lines during the 2013/2014 winter season have illustrated the need to improve the knowledge of atmospheric icing, to develop calculation tools to give better estimates of climatic loads on power lines and to verify the modelling and calculations to avoid future damages. In addition, the generation of hoar frost on conductors cause significant energy loss every winter due to corona discharges. This issue requires update of knowledge, modelling and verification by testing. The underlying idea of this project is to develop a toolbox that will combine state-of-the art methods and models to calculate the impacts from frost and rime ice on overhead transmission lines. The first objective is to the models for ice accretion on power lines, to be applied both for design purposes and for monitoring lines under operation, including forecasting of potentially critical events. The second objective is to develop a pilot forecasting system for hoar frost and corona losses which aim to reduce the power transmission losses. To achieve the required development it will be essential to carry out field measurements of key meteorological parameters at relevant sites and to carry out laboratory experiments to better understand and describe the ice accretion processes for large ice loads. The measurements will in part be used to validate the models and assumptions used in the models and partly to develop new formulations of ice accretion which is expected to move the research front forward. The partners in the project are composed experienced and leading scientists, institutions and companies which by the combined effort are expected to move the research front forward.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

ENERGIX-Stort program energi