Simuloinnin hyödyntäminen kantaverkon voimajohtojen suojausasetteluiden verifioinnissa
Liukkonen, Casper (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020082663217
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020082663217
Tiivistelmä
Kantaverkon relesuojauksen luotettavuus on tärkeä osa yhteiskunnan katkeamattoman sähkönsaannin turvaamista. Relesuojauksessa käytettävissä numeerisissa releissä on laajat asettelumahdollisuudet, mutta parametrien suuri määrä nostaa asetteluvirheiden todennäköisyyttä. Fingridin asettelulaskijat laskevat suojausasettelut releisiin, eikä asetteluita nykyisin tarkasteta laskennan jälkeen esimerkiksi toisen asettelulaskijan toimesta. Ajan myötä tapahtuvat muutokset suojattavassa verkossa eivät myöskään yleensä johda käytössä olevien suojausasetteluiden tarkistamiseen. Näistä syistä ei voida saavuttaa täyttä varmuutta siitä, että kantaverkon relesuojaus toimii nykyisillä suojausasetteluilla selektiivisesti, eikä virhelaukaisuja tapahdu.
Diplomityössä selvitettiin PSS/CAPE-simulointiohjelmiston tarjoamia mahdollisuuksia kantaverkon voimajohtojen suojausasetteluiden verifiointiin. Työ toteutettiin case-esimerkein testaamalla PSS/CAPE:n simulointitoimintoja Fingridin verkosta valitulla rajatulla testiverkolla. Työssä testattiin kahta simulointimenetelmää: distanssitoimintojen herkkyysanalyysia sekä selektiivisyysanalyysia. Simulointituloksien analysoinnissa keskityttiin simuloinnista saatavan tiedon hyödyntämismahdollisuuksiin. Lisäksi pohdittiin suojausasetteluiden simulointiin liittyviä haasteita, sekä miten simuloinnista saatavaa hyötyä voitaisiin kasvattaa.
Suojausasetteluiden simulointi mahdollistaa suojauksen yhteistoiminnan tarkastelun suuremmalla alueella useita asemavälejä vikapaikasta poispäin. Suojausasetteluiden simuloinnilla voidaan saada hyvin kattava kuva suojauksen toiminnasta useissa eri vikatilanteissa. Simuloimalla voidaan havaita epäselektiiviseen suojauksen toimintaan johtavat asettelut ja nopeuttaa laskettujen asetteluiden tarkistamista. Jotta simulointia voi hyödyntää työkaluna, on ensin varmistettava, että simulointitulokset ovat luotettavia. Simuloinnista saatavan hyödyn maksimoimiseksi ja simulointiin kuluvan ajan minimoimiseksi on kiinnitettävä huomiota simuloitavien vikatilanteiden huolelliseen valitsemiseen sekä simulointitulosten analysoinnin sujuvuuteen. Reliability of relay protection of the main grid is an important factor in securing an uninterrupted supply of electricity. Numeric relays used in relay protection have a wide range of possible settings, but the large number of parameters also increases the probability of protection setting errors. Protection engineers of Fingrid design the protection settings, but they are currently not reviewed afterwards for instance by another protection engineer. Changes in the protected network do not usually trigger a process to review the protection settings that are in use. For these reasons, it is not possible to reach absolute certainty that the protection settings currently in use will not cause misoperations or failures to operate.
The objective of this thesis was to assess the possibilities of using PSS/CAPE simulation software for verifying the protection settings of transmission line relays. Case examples were used in order to test the simulation capabilities of PSS/CAPE in a small test network chosen from the main grid. Two simulation methods were tested: sensitivity analysis of distance zones and coordination analysis. The analysis of simulation results was focused on how the information could be utilized. The challenges of simulating protection settings and possible ways of increasing the benefits of simulation were also considered.
Simulation of protection settings makes it possible to review protection coordination in a larger area multiple nodes outward from the faulted line. Simulation of protection settings can be used to gain a comprehensive understanding of how relays operate under various fault conditions. Miscoordinations can be detected and protection settings can be verified by using simulation. So that simulation can be used as a tool, it must be confirmed that the results produced are reliable. In order to maximize the benefits of using simulation and minimize the amount of time taken by the process, simulated fault conditions should be chosen carefully and the process of analyzing the results should be made as smooth and efficient as possible.
Diplomityössä selvitettiin PSS/CAPE-simulointiohjelmiston tarjoamia mahdollisuuksia kantaverkon voimajohtojen suojausasetteluiden verifiointiin. Työ toteutettiin case-esimerkein testaamalla PSS/CAPE:n simulointitoimintoja Fingridin verkosta valitulla rajatulla testiverkolla. Työssä testattiin kahta simulointimenetelmää: distanssitoimintojen herkkyysanalyysia sekä selektiivisyysanalyysia. Simulointituloksien analysoinnissa keskityttiin simuloinnista saatavan tiedon hyödyntämismahdollisuuksiin. Lisäksi pohdittiin suojausasetteluiden simulointiin liittyviä haasteita, sekä miten simuloinnista saatavaa hyötyä voitaisiin kasvattaa.
Suojausasetteluiden simulointi mahdollistaa suojauksen yhteistoiminnan tarkastelun suuremmalla alueella useita asemavälejä vikapaikasta poispäin. Suojausasetteluiden simuloinnilla voidaan saada hyvin kattava kuva suojauksen toiminnasta useissa eri vikatilanteissa. Simuloimalla voidaan havaita epäselektiiviseen suojauksen toimintaan johtavat asettelut ja nopeuttaa laskettujen asetteluiden tarkistamista. Jotta simulointia voi hyödyntää työkaluna, on ensin varmistettava, että simulointitulokset ovat luotettavia. Simuloinnista saatavan hyödyn maksimoimiseksi ja simulointiin kuluvan ajan minimoimiseksi on kiinnitettävä huomiota simuloitavien vikatilanteiden huolelliseen valitsemiseen sekä simulointitulosten analysoinnin sujuvuuteen.
The objective of this thesis was to assess the possibilities of using PSS/CAPE simulation software for verifying the protection settings of transmission line relays. Case examples were used in order to test the simulation capabilities of PSS/CAPE in a small test network chosen from the main grid. Two simulation methods were tested: sensitivity analysis of distance zones and coordination analysis. The analysis of simulation results was focused on how the information could be utilized. The challenges of simulating protection settings and possible ways of increasing the benefits of simulation were also considered.
Simulation of protection settings makes it possible to review protection coordination in a larger area multiple nodes outward from the faulted line. Simulation of protection settings can be used to gain a comprehensive understanding of how relays operate under various fault conditions. Miscoordinations can be detected and protection settings can be verified by using simulation. So that simulation can be used as a tool, it must be confirmed that the results produced are reliable. In order to maximize the benefits of using simulation and minimize the amount of time taken by the process, simulated fault conditions should be chosen carefully and the process of analyzing the results should be made as smooth and efficient as possible.