Jännitteensäädön ja loistehonhallinnan kehittäminen Enocellin sellutehtaalla
Suni, Niko (2018)
Diplomityö
Suni, Niko
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018042719244
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018042719244
Tiivistelmä
Enocellin sellutehtaalla on merkittävä rooli Suomen kantaverkon Pohjois-Karjalan alueen jännitteensäädössä, mutta samalla tehtaan loistehonsiirtojen pitäminen kantaverkkoyhtiö Fingridin määrittämässä ikkunassa aiheuttaa tehtaan liittymispisteessä ajoittain huomattavaa jännitteennousua. Tästä syystä kantaverkkoyhtiö Fingrid on syksyllä 2017 vapauttanut tehtaan loistehomaksuista tehtaan siirtäessä pätötehoa kantaverkkoon ja edellyttää tehtaalta toimia liittymispisteen jännitteennousun rajoittamiseksi. Tehtaan generaattorin jännitteensäädölle uusi säätötapa on tuottanut haasteita, joiden vuoksi loistehonhallinnan kehittämismahdollisuuksia on katsottu tarpeelliseksi selvittää.
Tutkimuksessa selvitetään Enocellin tehtaan loistehonhallinnan nykytilaa ja toimintakyvyn riittävyyttä lähitulevaisuuden prosessi- ja verkkomuutoksien jälkeen. Tutkimusaineisto on pääosin osin kerätty tehdasautomaatiojärjestelmän prosessiarvoja tallentavasta tietokannasta, jonka keskeisimpien mittatietojen oikeellisuuden varmistamiseksi suoritettiin myös tarkistusmittauksia. Aineistoa täydennettiin suorittamalla sähkönlaatumittauksia tehtaan 10 kV keskijännitekojeistoissa tehdasprosessien loistehonkulutuksen jakautumisen ja kompensoinnin puutteiden selvittämiseksi.
Tutkimustuloksina havaitaan loistehonhallinnan täyttävän sille nyt ja lähitulevaisuudessa asetettavat vaatimukset pienin muutoksin. Keskeisin muutostarve kohdistuu generaattorin jännitesäätäjän loistehostatiikan korkeaan asetteluarvoon, joka pienentää jännitesäätäjän kykyä rajoittaa tehtaan liittymispisteen jännitevaihteluja. Tehtaan loistehokulutusta on mahdollista tutkimuksen mukaan pienentää kustannustehokkaasti päämuuntajien tehonjakoa muuttamalla ja siirtämällä kompensointiyksiköitä alikompensoituihin keskuksiin. Lisäksi tutkimuksen pohjalta laaditaan toimintakuvaukset ylemmän tason jännitesäätimen toimimiselle jänniteperusteisessa säädössä ja tehtaan loistehotaseperusteisessa säädössä. Näillä toiminnoilla voidaan automatisoida loistehohallintaa nykytilanteessa ja loistehomaksujen mahdollisesti palautuessa. Enocell pulp mill has notable role in controlling voltage of North Karelia area of Finnish national 110 kV main grid but this also causes significant rise of voltage on mills grid access point while keeping transfers of reactive power within limits set by transmission system operator Fingrid. Because of this transmission system operator Fingrid has freed Enocell mill from paying for excessive reactive power transfers when active power is being transferred to the grid since autumn 2017 and demands acts form Enocell mill to reduce voltage rise on mills grid access point. This new situation has proven challenging to the mills generators voltage controller and need has risen for determining means to improve reactive power control within Enocell mill.
This study determines the current state on reactive power control in Enocell mill and how its capacity fulfills needs caused by changes in grid and mill processes in next few years. The study material has been collected from database of mill process values recorded by automation system and reliability of all significant measurements have been verified by manual measurements. Collected material has been also complemented by measurements done at mills two 10 kV switchboards to gain better understanding about reactive power distribution within mill and to better locate possible needs for more reactive power compensation equipment.
The results indicate that reactive power control fulfills the requirements it is facing now and in near future with minor improvements. The most important change is to lower slope of the generators voltage controller as it is reducing the ability of the voltage controller to limit voltage changes at the mills grid access point. According to study, reactive power consumption of the mill can be lowered in cost-efficient way by changing load balance between the two main transformers and by moving reactive power compensation units to undercompensated switchboards. Additionally higher lever control schemes were drafted for generator voltage controller according to study results for constant voltage operation and constant mill level reactive power operation. These functions for mill automation system allows more automatic ways to control reactive power in case of return of payments for excessive reactive power transfer.
Tutkimuksessa selvitetään Enocellin tehtaan loistehonhallinnan nykytilaa ja toimintakyvyn riittävyyttä lähitulevaisuuden prosessi- ja verkkomuutoksien jälkeen. Tutkimusaineisto on pääosin osin kerätty tehdasautomaatiojärjestelmän prosessiarvoja tallentavasta tietokannasta, jonka keskeisimpien mittatietojen oikeellisuuden varmistamiseksi suoritettiin myös tarkistusmittauksia. Aineistoa täydennettiin suorittamalla sähkönlaatumittauksia tehtaan 10 kV keskijännitekojeistoissa tehdasprosessien loistehonkulutuksen jakautumisen ja kompensoinnin puutteiden selvittämiseksi.
Tutkimustuloksina havaitaan loistehonhallinnan täyttävän sille nyt ja lähitulevaisuudessa asetettavat vaatimukset pienin muutoksin. Keskeisin muutostarve kohdistuu generaattorin jännitesäätäjän loistehostatiikan korkeaan asetteluarvoon, joka pienentää jännitesäätäjän kykyä rajoittaa tehtaan liittymispisteen jännitevaihteluja. Tehtaan loistehokulutusta on mahdollista tutkimuksen mukaan pienentää kustannustehokkaasti päämuuntajien tehonjakoa muuttamalla ja siirtämällä kompensointiyksiköitä alikompensoituihin keskuksiin. Lisäksi tutkimuksen pohjalta laaditaan toimintakuvaukset ylemmän tason jännitesäätimen toimimiselle jänniteperusteisessa säädössä ja tehtaan loistehotaseperusteisessa säädössä. Näillä toiminnoilla voidaan automatisoida loistehohallintaa nykytilanteessa ja loistehomaksujen mahdollisesti palautuessa.
This study determines the current state on reactive power control in Enocell mill and how its capacity fulfills needs caused by changes in grid and mill processes in next few years. The study material has been collected from database of mill process values recorded by automation system and reliability of all significant measurements have been verified by manual measurements. Collected material has been also complemented by measurements done at mills two 10 kV switchboards to gain better understanding about reactive power distribution within mill and to better locate possible needs for more reactive power compensation equipment.
The results indicate that reactive power control fulfills the requirements it is facing now and in near future with minor improvements. The most important change is to lower slope of the generators voltage controller as it is reducing the ability of the voltage controller to limit voltage changes at the mills grid access point. According to study, reactive power consumption of the mill can be lowered in cost-efficient way by changing load balance between the two main transformers and by moving reactive power compensation units to undercompensated switchboards. Additionally higher lever control schemes were drafted for generator voltage controller according to study results for constant voltage operation and constant mill level reactive power operation. These functions for mill automation system allows more automatic ways to control reactive power in case of return of payments for excessive reactive power transfer.