Janne Starck, ABB, Katsaus keskijännitteisen rengasverkon suojausratkaisuihin

Transkriptio

1 Janne Starck, ABB, Katsaus keskijännitteisen rengasverkon suojausratkaisuihin

2 Johdanto G G G Suuntaus: Verkkoon kytkeytyy hajautettua voimantuotantoa Siirrytään käyttämään verkkoa suljetussa renkaassa ja/tai silmukoituna käyttövarmuuden parantamiseksi ja häviöiden pienentämiseksi Seuraus: Keskijänniteverkon käyttötapa lähenee siirtoverkon käyttötapaa Kaksisuuntainen tehonsiirto Kaksisuuntaiset vikavirrat Selektiivistä ja nopeaa suojausta ei voida enää toteuttaa perinteisellä, säteittäiselle verkolle suunnitellulla toiminnallisuudella Tarvitaan siirtoverkosta tuttuja, mutta keskijänniteverkkoon soveltuvia ratkaisuja!! October 16, 2012 Slide 2

3 Johtojen oikosulkusuojaus viestiyhteys Distanssisuojaus (Z<, 21P) Toiminta perustuu impedanssimittaukseen Suuntamääritys luontainen osa toimintaa Suojattava johto voidaan jakaa vyöhykkeisiin (5 kpl) Mahdollistaa nopean ja selektiiviseen suojauksen jopa ilman viestiyhteyttä johdon päiden välillä Verkon vikavirtatasojen muutokset eivät vaikuta toimintaan, voi toimia hyvin pienelläkin vikavirralla Soveltuu myös verkon ollessa saarekekäytössä Voidaan täydentää kommunikaatiologiikalla (viestiyhteys oltava) Toiminnan nopeutus Selektiivisyyden varmistus erittäin lyhyillä johdoilla October 16, 2012 Slide 3

4 Johtojen oikosulkusuojaus viestiyhteys Valokuitu johdon toiseen päähän Valokuitu johdon toiseen päähän viestiyhteys Esimerkki. Suljetun rengasverkon RMU:n suojaustoiminnallisuus 2 tulevaa johtoa, 2 kuormalähtöä Suunnattu ylivirtasuojaus (3I>, 67) Toiminta perustuu vaihevirtojen ja jännitteiden mittaukseen Suuntamääritys jännitteen ja virran kulmaeron avulla Vaatii käytännössä viestiyhteyden johdon päiden välille ja sitä soveltavan kommunikaatiologiikan -> ns. suuntavertosuojaus Lukitusperiaate Salliva periaate Verkon vikavirtatasojen muutos vaikuttaa toimintaan Verkon ollessa saarekekäytössä herkkyys voi olla riittämätön October 16, 2012 Slide 4

5 Johtojen oikosulkusuojaus valokuitu Differentiaalisuojaus (3I D /I B >, 87) Toiminta perustuu vaihekohtaiseen erovirran mittaukseen I 1_L1, I 1_L2, I 1_L3 I 2_L1, I 2_L2, I 2_L3 Mittaa myös ns. vakavointivirtaa, esim. viestiyhteys kierretty parikaapeli, ns. pilot wire Laukaisee kun ero- ja vakavointivirran suhde ylittää asettelun Vaatii johdon päiden välille viestiyhteyden, jonka avulla releet vaihtavat virran osoitintietoja Verkon vikavirtatasojen muutos ei käytännössä vaikuta toimintaan, voi toimia hyvin pienilläkin vikavirroilla Soveltuu myös verkon ollessa saarekekäytössä October 16, 2012 Slide 5

6 Johtojen maasulkusuojaus viestiyhteys Suunnattu maasulkusuojaus (Io>, 67N) Toiminta perustuu nollavirran(io) ja jännitteen(uo) mittaukseen Suuntamääritys Uo:n ja Io:n kulmaeron avulla Vaatii käytännössä viestiyhteyden johdon päiden välille ja sitä soveltavan kommunikaatiologiikan -> ns. suuntavertosuojaus Lukitusperiaate Salliva periaate Voidaan käyttää differentiaalisuojan kanssa samaa viestiyhteyttä Voidaan täydentää dedikoidulla katkeilevan maasulun suojalla (I 0Л > ) Suositellaan erityisesti kompensoidussa kaapeliverkossa! October 16, 2012 Slide 6

7 Muuntamoiden kj-kiskosuojaus Vaihtoehtoisia ratkaisuja olemassa, mm. 1. Osittaisdifferentiaalisuoja (3I>, Io>, 51, 67N) Havahtuu myös kuormalähdön vioissa, joten kuormalähdössä ei välttämättä tarvita omaa relettä Ei sovellu, jos takasyöttöä pj-puolelta 2. High Impedance differentiaalisuoja (D3I>, 87HI) Toteutus dedikoidulla releellä Vaatii omat virtamuuntajasydämet Soveltuu myös, jos takasyöttöä pj-puolelta 3. Suuntavertosuoja (Io>, 67N, 85) Voidaan helposti sisällyttää johdon differentiaalireleeseen käyttämällä GOOSEkommunikaatiota ja dedikoitua suunnatun maasulkusuojan porrasta October 16, 2012 Slide 7

8 Esimerkki suljetusta rengasverkosta Kj-johdot Differentiaalisuoja Maasulun suuntavertosuoja Katkeilevan maasulun suoja Kiskosuojaus Osittaisdifferentiaalisuoja TAI HI-differentiaalisuoja ~ _ Kuormalähdöt Ylivirtasuoja Suunnattu maasulkusuoja October 16, 2012 Slide 8 Energiavarasto? Varayhteys Kauppakeskusmuuntamo Kauppakeskusmuuntamo

9 Esimerkki suljetusta rengasverkosta Kokonaisratkaisun testaus ja verifiointi Voidaan tehdä oikeilla releillä käyttämällä PSCAD-simulaattoria ja RTP-laitteistoa (Real Time Playback) Selektiivisyys, toimintanopeus Herkkyyys RTP-laitteistoa käytetään PSCADin laskemien signaalien (I,U) generoimiseen ja syöttämiseen releille Suojauksen toiminnan varmistus eri käyttö- ja vikatilanteissa, mm. Normaali käyttö, saareke, varasyöttö Kommunikaation/pääsuojauksen häiriö Vikapaikka ja -tyyppi October 16, 2012 Slide 9

10 Esimerkki suljetusta rengasverkosta Main Substation Sec. Substation 1 Sec. Substation 2 I I I I I Sec. Substation 4 Sec. Substation 3 I I I I I differential protection fiber SCADA communication fiber Secondary substation communication links (CAT5e) October 16, 2012 Slide 10

11 Esimerkki suljetusta rengasverkosta Switch Switch Patch panel Patch panel MV busbar I I I I SCADA communication differential protection October 16, 2012 Slide 11

12 Yhteenveto Suojausratkaisut on valittava ottaen huomioon verkon käyttötavat ja mahdollinen hajautettu voimantuotanto Kj-verkkojen käyttötavan lähestyessä siirtoverkkojen käyttötapaa, voidaan selektiivinen ja nopea suojaus toteuttaa käyttäen mm. Distanssisuojia Suunnattuja ylivirta- ja maasulkusuojia kommunikaatiologiikalla Differentiaalisuojia Esitetyt suojaustoiminnot ovat olennainen osa uusien releiden ja kennoterminaalien ominaisuuksia Suojaustoimintoja soveltamalla voidaan toteuttaa älyverkko-yhteensopiva kokonaisratkaisuja nyt ja tulevaisuudessa October 16, 2012 Slide 12

13