Relion. Suojaus- ja automaatioreferenssi Verkostoautomaatiolla parempaa sähkönjakeluverkon toimitusvarmuutta

Relion Suojaus- ja automaatioreferenssi Verkostoautomaatiolla parempaa sähkönjakeluverkon toimitusvarmuutta

Verkosto-automaatiolla parempaa sähkönjakeluverkon toimitusvarmuutta Savon Voima Verkko Oy ottaa käyttöön uusinta suojaus- ja automaatiotekniikkaa Savon Voima Verkko Oy on Savon Voima Oyj:n täysin omistama tytäryhtiö. Vuoden 2010 lopussa Savon Voiman Pohjois- ja Keski-Savossa sijaitsevassa sähkönjakeluverkossa oli noin 110 000 käyttöpaikkaa ja kaukolämpöverkoissa noin 2600 kiinteistöä. Osana Savon Voima Verkko Oy:n toimitusvarmuutta parantavaa investointiohjelmaa, yritys on systemaattisesti nostanut verkostonsa automaatiotasoa. Verkostoon on lisätty suojausvyöhykkeitä ABB:n vyöhykekonseptin mukaisesti ja sähköasemien suojareleistyksiä on uusittu ABB:n IEC 61850 yhteensopivilla Relion tuoteperheen 630 sarjan kennoterminaaleilla. Yhteys ABB:n MicroSCADA Pro käytönvalvontajärjestelmään on varmistettu COM600 asema-automaatiolaitteella. Savon Voima Verkko Oy:n verkosto levittäytyy 40 000 neliökilometrin kokoiselle alueelle ja verkoston pituus on yhteensä 25 000 kilometriä. Savon Voima Verkko Oy:n keskijänniteverkko muodostuu suurimmaksi osaksi avojohtolinjoista, jotka edustavat noin 10 %:ia Suomessa sijaitsevista avojohdoista. Verkostossa on 35 110/20 kv ja kolme 45/20 kv sähköasemaa. Savon Voima Verkko Oy:n verkostossa käytönvalvontaa hyödynnetään laajasti. Kaikki verkoston asemat ovat liitetty MicroSCADA Pro käytönvalvontajärjestelmään. ABB:n DMS 600 käytöntukijärjestelmä on myös käytössä tehostamassa verkonhallintaa. Lisäksi verkostoon on lisätty suojausvyöhykkeitä asentamalla pitkiin johtolähtöihin kauko-ohjattavia maastokatkaisijoita. Automaatiolla parannetaan verkoston toimitusvarmuutta nopeasti ja kustannustehokkaasti. Joustavat teknologiaratkaisut Pellesmäen uudella sähköasemalla ABB:n Unigear kojeistoon on asennettu REF630 johtolähtökennoterminaaleja. Asematasolla on käytössä IEC 61850 asema-automaatioväylä, johon on kennoterminaalien lisäksi myös liitetty ABB:n SACO hälytysjärjestelmä ja COM600 asema-automaatiolaite, sekä Pellesmäen aseman IEC 61850 asema-automaatioväyläratkaisu ja liityntä käytönvalvontaan. MicroSCADA Pro DMS600 IEC 60870-5-104 IEC 60870-5-104 COM600 RET 543 REF630 REF630 REF630 REF630 REF630 REF630 REF615 TCP/IP IEC 61850 REF630 REF630 REF630 REA 101 SACO 16 REG-DPA 2 Suojaus- ja automaatioreferenssi Verkostoautomaatiolla parempaa jakeluverkon toimitusvarmuutta

Eberlen kompensointikuristinsäätäjä. IEC 61850 standardin käyttö asematasolla tarjoaa aseman laitteiden joustavan yhteen liittämisen laitevalmistajasta riippumatta. Laitevalmistajariippumattomuus on yksi standardin vahvuuksista. Kaikkien Pellesmäen asemalla sijaitsevien laitteiden tiedonsiirto tapahtuu IEC 61850 väylää hyödyntäen. Teollisuusautomaatiossa on tiedonsiirtoväyliä hyödynnetty jo vuosikausia. Hienoa, että verkkoyhtiöt ovat myös siirtymässä samanlaiseen toimintamalliin. IEC 61850 standardi on yksi merkittävä osatekijä tässä kehityksessä, toteaa Savon Voima Verkko Oy:n sähköasemateknikko Matti Pirskanen. Savon Voima Verkko Oy:n verkostossa on tällä hetkellä kuusi IEC 61850 standardin mukaista sähköasemaa ja tulevaisuudessa kaikki uudet ja uusittavat asemat rakennetaan standardin mukaisesti. ABB:n 630 sarjan kennoterminaalit ovat vapaasti konfiguroitavia laitteita, jotka voidaan joustavasti konfiguroida vastaamaan sovelluksen vaatimuksia. Vapaasti konfiguroitavat kennoterminaalit tukevat omalta osaltaan yhtiömme pitkäntähtäimen investointiohjelmaa. Konfiguroitavuus tarjoaa meille mahdollisuuden huomioida verkoston nykytilan lisäksi verkostossa tapahtuvat tulevaisuuden muutokset, kertoo Matti Pirskanen. Tiedämme tänään, että lähitulevaisuudessa Savon Voima Verkon verkostoon tulee liittymään tuulivoimaa, päällystetyt avojohdot yleistyvät sekä verkoston kaapelointiaste nousee. Myös näihin muutoksiin halusimme varautua Pellesmäen asemaprojektin toteutuksessa, jatkaa Pirskanen. Suunnitteluvaiheessa REF630 johtolähtökennoterminaalien konfiguraatioihin sisällytettiin valmius mm. suunnatulle ylivirtasuojalle, vaihekatkossuojalle sekä katkeilevalle maasulkusuojalle. Koko verkko täydellisesti hallinnassa Savon Voima Verkko Oy:n verkoston kaikki sähköasemat ja kauko-ohjattavat maastokatkaisijat ovat liitetty käytönvalvontaan. Verkostoa hallitaan ABB:n MicroSCADA Pro käytönvalvontajärjestelmän lisäksi myös DMS 600 käytöntukijärjestelmällä. Verkostomme on maantieteellisesti suuri, joten korkean toimitusvarmuuden turvaaminen vaatii automaation laajaa hyödyntämistä. DMS 600 käytöntukijärjestelmästä saamme nopeasti tiedon verkon nykytilasta. Käytämme sitä mm. vianpaikannuksessa ja siihen liittyvässä raportoinnissa. Ilman automaatiota vikatilanteista johtuvat keskeytysajat olisivat liian pitkät, Matti Pirskanen kertoo. Tulevaisuudessa Savon Voima Matti Pirskanen ja Sami Viiliäinen Savon Voima Verkko Oy:stä. Verkostoautomaatiolla parempaa jakeluverkon toimitusvarmuutta Suojaus- ja automaatioreferenssi 3

Verkko Oy suunnittelee myös kuluttajille asennettujen etäluettavien mittareiden keräämän datan hyödyntämistä vianpaikannuksessa. ABB:n tarjoama ratkaisu, jossa MicroSCADA Pro ja DMS 600 ovat yhdessä paketissa, on loistava. Mielestäni on parempi, että nämä järjestelmät ovat samalta toimittajalta. Järjestelmät toimivat saumattomasti yhdessä senkin jälkeen kun esimerkiksi vain toiseen järjestelmään tehdään päivityksiä, summaa Matti Pirskanen. Automaation hyödyntäminen verkostossa ja luotettava tiedonsiirtoverkko kulkevat käsi kädessä. Savon Voimalla on käytössä oma tiedonsiirtoverkko. Verkko on ns. radiolinkkiverkko, joka on rakennettu renkaaksi. Sähköasemien ja käytönvalvonnan välinen tiedonsiirto hyödyntää IEC 60870-5-104 protokollaa. Tärkeintä tietoliikenneverkossa on sen korkea käytettävyysaste. Tästä syystä olemme panostaneet redundanttisiin ratkaisuihin sekä riittävään tiedonsiirtokapasiteettiin. Korkeasta kapasiteetista huolimatta ei ole järkevää siirtää kaikkea tietoa asematasolta käytönvalvontaan. Asematasolla käytämme COM600 asema-automaatiolaitetta, jonka ansioista voimme joustavasti valita ne releiden keräämät verkkotiedot, jotka ovat käytönvalvonnan kannalta oleellisimmat kuten esimerkiksi REF630 kennoterminaalien vikapaikan määrityslaskelmat verkossa, kertoo Matti Pirskanen. Parempaa toimitusvarmuutta kustannustehokkailla automaatioinvestoinneilla ABB:n vyöhykekonseptin perusperiaate on rajoittaa sähköverkossa syntyvän häiriön vaikutus mahdollisimman suppealle alueelle. Jakeluverkon vika aiheuttaa perinteisesti keskeytyksen koko johtolähdölle ja kaikille johtolähdöllä oleville kuluttajille. Viemällä suojaus- ja jälleenkytkentätoiminnot syvälle verkkoon kohdentuvat jälleenkytkennät ja keskeytykset vain häiriöitä aiheuttavalle verkonosalle. Näin vältetään keskeytykset muualla verkossa. Tämä tapahtuu jakamalla johto osiin eli vyöhykkeisiin. Savon Voima Verkko Oy on ensimmäisten verkkoyhtiöiden joukossa Suomessa toteuttamassa vyöhykekonseptia jakeluverkossaan kokonaisvaltaisesti ja järjestelmällisesti. Maastokatkaisijoiden avulla jakeluverkon suojausvyöhykkeitä saadaan pienennettyä, jolloin häiriöiden vaikutukset pystytään rajaamaan koskemaan oleellisesti entistä pienempää asiakasmäärää. Käytännössä tämä tarkoittaa asiakkaiden kokeman keskimääräisen keskeytysmäärän ja -ajan vähenemistä, kertoo Savon Voima Verkko Oy:n kehitysinsinööri Sami Viiliäinen. Vyöhykekonseptin toteuttamista varten on maastokatkaisijoiden sijoituspisteitä selvitetty koko Savon Voima Verkko Oy:n verkoston alueella johtolähtökohtaisesti. Tässä ns. potentiaaliselvityksessä havaittiin yhden tai useamman maastokatkaisijan sijoittamisen olevan kannattavaa noin kolmasosalle yhtiön kaikista noin kolmesta sadasta johtolähdöstä. Maastokatkaisijoiden potentiaalinen kannattavuus johtolähdöittäin. Keskeytyskustannukset, nettosäästöt [ /vuosi] 35 000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0-5 000 Konnuslahti Johtolähdöt Muodostamalla yksittäiselle johtolähdölle tarkempi luotettavuustekninen malli voidaan maastokatkaisijan kannattavinta sijoituspistettä sekä maastokatkaisijalla saavutettavia vaikutuksia analysoida yksinkertaisempia potentiaalilaskelmia tarkemmin. Kehitystoimien suunnittelussa on kuitenkin huomioitava ratkaisuiden vaikutukset kokonaisuutena myös tarkastelualueen muuhun verkostoon. Kokonaisvaltaisella vyöhykemalliajattelulla saavutetaan parannusta esimerkiksi sähkön laadun tunnuslukuihin tai johtolähdölle muodostuvien vyöhykkeiden vikamääriin ja keskeytysaikoihin, Sami Viiliäinen kertoo. Konnuslahden pilottikohteessa ABB:n kauko-ohjattava verkkokatkaisija-asema sijoitettiin kokonaispituudeltaan 106 kilometrin johtolähdölle, jonka kokonaiskeskiteho on yhteensä noin 700 kw. Syöttösuunnassa sijoituspiste jakaa johtolähdön osiin. Sijoituspiste valittiin lisäksi siten, että noin 65 % lähdön keskitehosta sijoittui aseman etupuolelle ja siten verkkokatkaisijaaseman jälkeisiltä johto-osilta aiheutuvien häiriöiden ulottumattomiin. Katkaisijoiden takana sijaitsevien johto-osien keskitehot ovat noin 18 % ja noin 17 % johtolähdön keskitehoista. 4 Suojaus- ja automaatioreferenssi Verkostoautomaatiolla parempaa jakeluverkon toimitusvarmuutta

Konnuslahden verkkokatkaisija-aseman sijoittuminen johtolähdöllä. K1 43 km 110/20 kv K2 30 km 33 km Yksi lähitulevaisuuden vyöhykekonsepti-investoinneista sijoittuu Pellesmäen uudelle sähköasemalle. Pellesmäen kokonaispituudeltaan 106 kilometrin johtolähdölle sijoitetaan ABB:n vakioitu verkkokatkaisija-asema. Aseman toiminnallisuus sisältää suojauksien ja ohjauksien lisäksi mm. jälleenkytkennät. Asema on varustettu myös kahdella kauko-ohjattavalla katkaisijalla sekä valokaarikestoisella kojeistolla, johon on integroitu erotus- ja maadoitustoiminnot. Pilottikohteessa verkkokatkaisija-aseman lisäämisellä on huomattava vaikutus asiakkaiden kokemaan sähkönjakelun laatuun. Suunnitteluvaiheessa luotettavuuslaskentamalleihin perustuva arvio keskeytysmäärien vähenemisestä verkkokatkaisija-aseman etupuolella oli jopa 60 % ja kummallakin aseman jälkeisellä johto-osalla noin 30 %. Koko johtolähdön tasolla energiapainotetuissa keskeytysmäärissä saavutettava parannus arvioitiin olevan noin 50 % ja vikakeskeytysajassakin noin 20 %. Pilottikohteen vaikutus energiapainotettuihin tunnuslukuihin, keskeytyskustannuksiin (KAH) sekä investoinnin taloudellinen kannattavuus. Tunnusluku Vaikutus Keskeytysaika* - 20 % Keskeytysmäärät* - 50 % Keskeytyskustannukset (KAH)** - 34 % Elinkaaren kokonaiskustannukset - 13 % * Keskeytysaika ja keskeytysmäärät ovat energiapainotettuja sähkönlaadun tunnuslukuja. ** KAH-kustannusten (Keskeytyksestä Aiheutuva Haitta) väheneminen tarkoittaa toimitusvarmuuden paranemista vastaavasti. Vyöhykekonsepti on myös kustannustehokas ratkaisu hajaasutusalueen sähkönjakelun toimitusvarmuuden parantamiseen. Savon Voima Verkko Oy:n pilottikohteessa laskennallinen 34 % säästö keskeytyskustannuksissa voidaan saavuttaa elinkaarikustannuksiltaan 13 % lähtötilannetta edullisemmin. Käytännön kokemukset muutama vuosi sitten valmistuneesta verkkokatkaisija-asemasta ovat olleet hyviä. Ne rohkaisevat meitä jatkamaan valitulla tiellä. Tänä päivänä verkostoomme on asennettu noin 20 kauko-ohjattavaa pylväskatkaisijaa ja viisi verkkokatkaisija-asemaa. Tulevaisuudessa pylväskatkaisijoita tultaneen asentamaan vielä noin 60 kappaletta ja verkkokatkaisija-asemia noin 20 kappaletta lisää, kertoo Sami Viiliäinen. Verkkokatkaisija-aseman katkaisijoiden sijoituspisteet on valittu siten, että katkaisija-aseman taakse jääville vyöhykkeille vikoja aiheuttava johtomitta lyhenee merkittävästi. Uudessa tilanteessa johtolähdön noin 813 kw kokonaiskeskitehosta sijoittuu 23 prosenttia katkaisija-aseman etupuolelle ja katkaisijoiden takana sijaitseville johto-osille jää 27 % ja 50 %. Merkittävää sijoituspisteen valinnassa on, että katkaisijan taakse muodostuville vyöhykkeille aiheutuu vikoja alkutilanteen 106 km sijasta enää vain 66 km matkalta (26 km + 40 km). Investoinnin laskennallinen takaisinmaksuaika on noin neljä vuotta. Tavoitteena nolla vakavaa tapaturmaa Savon Voiman tavoitteena on nolla vakavaa tapaturmaa verkon kunnossapito- ja rakennustöissä. Teknologiavalinnoissa henkilöturvallisuus on aina ollut vahvasti mukana. Jo 1990- luvulla teimme päätöksen, että kaikki uudet asemat varustetaan valokaarisuojalla. Lisäksi toteutimme sähköasemien päivitysprojektin, jonka aikana asensimme valokaarisuojan myös kaikkiin vanhoihin sähköasemiin. Pellesmäen asemalle asensimme ABB:n REA valokaarisuojausjärjestelmän, kertoo Matti Pirskanen. Sähkö- ja työturvallisuusasiat korostuvat entisestään, koska kunnossapito- ja rakennustyöt on suurimmaksi osaksi ulkoistettu. Toimijoita sähköverkon ympärillä on yhä enemmän. Verkonhaltijana meidän on voitava varmistua työn tekemisen ja sen lopputuloksen turvallisuudesta kaikissa tapauksissa. Ohjeistuksen ja opastuksen lisäksi on tärkeää, että myös inhimillisistä erehdyksistä aiheutuvat vaaratilanteet huomioidaan sähköaseman suojausjärjestelmässä. Olemme säästyneet vakavilta seuraamuksilta valkokaarisuojan nopean toiminnan ansiosta, lisää Matti Pirskanen. Verkostoautomaatiolla parempaa jakeluverkon toimitusvarmuutta Suojaus- ja automaatioreferenssi 5

Verkostoautomaatioratkaisu Ulottamalla tiedonsiirto syvälle verkkoon ja saattamalla kaikki keskeisimmät kytkinlaitteet käytönvalvonnan piiriin saadaan koko verkko tehokkaaseen käyttöön. Häiriötilanteiden selvittäminen tehostuu tarkan vianpaikannuksen ja käytöntuen avulla. Häiriötilanteissa monipuolisin suojaustoiminnoin varustetut verkkokatkaisijat kytkevät vian pois nopeasti, automaattisesti ja vyöhykeselektiivisesti. Suurhäiriöissä vyöhykejako helpottaa oleellisesti verkon käyttöä. Käyttötoimenpiteet voidaan tehdä henkilöturvallisesti ja maadoituserottimien käyttö takaa varman ja luotettavan maadoituksen kaikissa olosuhteissa. 110/20 kv Tuulivoimala Pellesmäki 110/20 kv Unigear kojeisto, REF630 kennoterminaalit ja REA valokaarisuojausjärjestelmä Asema-automaatiolaite COM600 6 Suojaus- ja automaatioreferenssi Verkostoautomaatiolla parempaa jakeluverkon toimitusvarmuutta

MicroSCADA Pro käytönvalvontajärjestelmä DMS 600 käytöntukijärjestelmä Vesivoimala Valvomo Radiolinkkiverkko IEC 104 Pylväskatkaisija Verkkokatkaisija-asema Verkostoautomaatiolla parempaa jakeluverkon toimitusvarmuutta Suojaus- ja automaatioreferenssi 7