Applications of High Voltage Circuit-Breakers and Development of Aging Models

The main objectives of this thesis were to analyze the risks of HV circuit-breakers, develop the probabilistic models, breakdown the cost structure and establish the improved maintenance strategies. Normally, HV circuit-breakers have been maintained by using manufacturers’ guidelines and experiences of operators. It is not well proved that such maintenance programs are effective regarding costs and performance. Although there are many literatures introducing the optimal maintenance for HV circuit-breakers, most of them propose only the ideas and mathematical models without the reference from the failure database. In this context it was challenging to design and investigate reliability and maintenance strategies in connection with the failure database. This thesis was constructed of three main parts to handle such problems. In the first part, the failure modes and effects analysis method was applied to determine the risks of components of HV circuit-breakers. The second part was to develop the probabilistic models to investigate the reliability of HV circuit-breakers and failure development. In the last part the cost structure of HV circuit-breakers was determined. In addition, the optimal maintenance strategies during useful and wear-out period were established. The failure database of HV circuit-breakers collected by the Institute of Power Systems, Darmstadt University of Technology had been implemented in all parts.

Die Hauptziele der Arbeit sind Risiko Analyse der Leistungsschalter, Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsmodelle, Aufstellung der Kostenstruktur und Aufbau optimierter Instandhaltungsmaßnahmen. Normalerweise werden die Instandhaltungsmaßnahmen an Leistungsschalter nach Hersteller-Richtlinien und Erfahrungen des Betreibers durchgeführt. Dieses Verfahren ist noch nicht überprüft worden, ob es leistungsfähig und kosteneffizient ist. Obwohl es viel Literatur über optimierte Instandhaltungsmaßnahmen gibt, stellen die meisten Beiträge nur Ideen und mathematische Modelle ohne Zusammenhang mit einer Datenbank vor. Es ist daher eine Herausforderung, die Zuverlässigkeit und Instandhaltungs-Strategie im Zusammenhang mit einer Datenbank zu untersuchen. Diese Dissertation ist aus drei Hauptteilen zusammengesetzt. Im ersten Teil wird „Failure Modes and Effects Analysis (FMEA)“ vorgestellt, damit das Risiko der Komponenten festgelegt werden können. Der zweite Teil behandelt die Wahrscheinlichkeitsmodelle, um die Zuverlässigkeit und Entwicklung der Fehler zu erforschen. Im letzten Teil wird die Kostenstruktur aufgestellt. Außerdem werden optimierte Instandhaltungsmaßnahmen während der Betriebszeit und Alterungszeit vorgestellt. Auf Grundlage der umfangreichen Betriebsmittel-Datenbank des Instituts für Elektrische Energieversorgung der TU Darmstadt ist es möglich, alle Teile durchzuführen.