Sähkönjakeluverkon suojauksen nykytilanne ja tulevaisuus
Rissanen, Tomi (2021)
Diplomityö
2021
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021090245063
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021090245063
Tiivistelmä
Sähkönjakeluverkkojen kehittyessä ja muuttuessa on syytä tarkastella myös verkkojen suojausten tilaa. Muutokset verkoissa voivat aiheuttaa muutostarpeita nykyisiin suojauksiin sekä tarpeita aivan uudenlaisille suojauksille. Jakeluverkon ja sen suojaamisen tulevaisuuden muutoksiin perehtyminen auttaa luomaan ajatusta siitä, mitä jakeluverkon suojaukselta vaaditaan tulevaisuudessa sekä miten nämä suojaukset voidaan toteuttaa.
Tässä diplomityössä tarkastellaan Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n (KSOY-V) sähkönjakeluverkon suojauksen nykytilaa ja tulevaisuutta. Työ on rajattu keskijänniteverkon suojauksen tarkasteluun.
Keskijänniteverkon suojauksen nykytilaa tarkastellaan case-esimerkeillä KSOY-V:n jakeluverkosta valituilla kolmella erityyppisellä sähköasemalla. Esimerkkiasemien suojauksiin vaikuttavat lähtötiedot sekä suojareleiden asetusarvojen sopivuus verkon nykytilaan tarkastetaan. Releiden asetusarvot ovat lähtökohtaisesti verkon nykytilaan sopivia, mutta joissain tapauksissa verkon kasvanut oikosulkuvirta aiheuttaa ongelmia. Ongelmaksi todetaan myös verkkotietojärjestelmässä olevat virheelliset tai päivittämättömät releasettelut.
Epäselvyyttä tämän hetken suojauksissa herättävät katkeilevan maasulun suojauksen toteutus, jälleenkytkennät sekaverkkojen maakaapeleilla ja hajautetun tuotannon vaikutus suojaukseen. KSOY-V käyttää katkeilevan maasulun suojausta hälyttävänä ja sen todetaan olevan hyvä käytäntö. Sekaverkkojen maakaapeleiden jälleenkytkennät saadaan oikosulkuvioissa pois käytöstä asettamalla ylivirtasuojauksen pikalaukaisu kattamaan kaapelin pituuden. Hajautettu tuotanto ei ole KSOY-V:n suojauksille vielä ongelma, mutta asian kehitystä täytyy tarkkailla.
Lähitulevaisuudessa suojareleiden kehityskohteina ovat etenkin joustavuus, digitaalisuus, automaatio ja kyberturvallisuus. Sähköverkon älykkyyden lisääntyminen mahdollistaa paremmat verkon valvonta- ja ohjausmahdollisuudet. Verkkojen tulevaisuuden muutosten vaikutusta suojaustarpeisiin on vaikea arvioida. Uusiin suojareleisiin voidaan kuitenkin ladata ohjelmistopäivityksiä, jotka mahdollistavat verkon muutosten tuomien uusien suojaustarpeiden toteuttamisen ilman suojareleiden vaihtamista uusiin. Development and change in distribution networks create a reason to look at the state of networks protection. Changes in networks can cause needs for changes in existing protections and needs for new kinds of protections. Familiarization with future changes in distribution networks and their protections helps create an idea about what is required of distribution networks protection in the future and how these protections can be implemented.
In this thesis the current state and future of Kymenlaakson Sähköverkko Oy’s (KSOY-V) distribution network protection is examined. The work is limited to include examination of medium voltage network protection.
The current state of medium voltage network protection is examined with case examples of three substations chosen from KSOY-V’s network. The data affecting the protections of the example stations and the suitability of the set values of the protection relays for the current state of the network are reviewed. The set values of the relays are typically fit for the current state of the network, but in some cases the increased short-circuit current of the network causes problems. Falsely set relays in the network information system are also a problem.
Disclarity in current protections is caused by the implementation of intermittent earth fault protection, use of automatic reclosing with mixed networks underground cables and the impacts distributed generation has on protections. KSOY-V uses intermittent earth fault protection as alarming which was found to be a good practice. Automatic reclosing in short circuit faults of mixed networks underground cables can be disabled by setting the overcurrent protection’s quick release function to cover the length of the cable. Distributed generation is not yet a problem for KSOY-V's protections, but development of the matter needs to be monitored.
In the near future, development of protection relays will focus on flexibility, digitalization, automation and cyber security. Increase of the electricity networks intelligence enables better network monitoring and control capabilities. How future changes of networks affect protection needs is difficult to assess. New protection relays allow downloading of software updates which allows the new protection needs caused by changes in networks to be met without having to replace the protection relays with new ones.
Tässä diplomityössä tarkastellaan Kymenlaakson Sähköverkko Oy:n (KSOY-V) sähkönjakeluverkon suojauksen nykytilaa ja tulevaisuutta. Työ on rajattu keskijänniteverkon suojauksen tarkasteluun.
Keskijänniteverkon suojauksen nykytilaa tarkastellaan case-esimerkeillä KSOY-V:n jakeluverkosta valituilla kolmella erityyppisellä sähköasemalla. Esimerkkiasemien suojauksiin vaikuttavat lähtötiedot sekä suojareleiden asetusarvojen sopivuus verkon nykytilaan tarkastetaan. Releiden asetusarvot ovat lähtökohtaisesti verkon nykytilaan sopivia, mutta joissain tapauksissa verkon kasvanut oikosulkuvirta aiheuttaa ongelmia. Ongelmaksi todetaan myös verkkotietojärjestelmässä olevat virheelliset tai päivittämättömät releasettelut.
Epäselvyyttä tämän hetken suojauksissa herättävät katkeilevan maasulun suojauksen toteutus, jälleenkytkennät sekaverkkojen maakaapeleilla ja hajautetun tuotannon vaikutus suojaukseen. KSOY-V käyttää katkeilevan maasulun suojausta hälyttävänä ja sen todetaan olevan hyvä käytäntö. Sekaverkkojen maakaapeleiden jälleenkytkennät saadaan oikosulkuvioissa pois käytöstä asettamalla ylivirtasuojauksen pikalaukaisu kattamaan kaapelin pituuden. Hajautettu tuotanto ei ole KSOY-V:n suojauksille vielä ongelma, mutta asian kehitystä täytyy tarkkailla.
Lähitulevaisuudessa suojareleiden kehityskohteina ovat etenkin joustavuus, digitaalisuus, automaatio ja kyberturvallisuus. Sähköverkon älykkyyden lisääntyminen mahdollistaa paremmat verkon valvonta- ja ohjausmahdollisuudet. Verkkojen tulevaisuuden muutosten vaikutusta suojaustarpeisiin on vaikea arvioida. Uusiin suojareleisiin voidaan kuitenkin ladata ohjelmistopäivityksiä, jotka mahdollistavat verkon muutosten tuomien uusien suojaustarpeiden toteuttamisen ilman suojareleiden vaihtamista uusiin.
In this thesis the current state and future of Kymenlaakson Sähköverkko Oy’s (KSOY-V) distribution network protection is examined. The work is limited to include examination of medium voltage network protection.
The current state of medium voltage network protection is examined with case examples of three substations chosen from KSOY-V’s network. The data affecting the protections of the example stations and the suitability of the set values of the protection relays for the current state of the network are reviewed. The set values of the relays are typically fit for the current state of the network, but in some cases the increased short-circuit current of the network causes problems. Falsely set relays in the network information system are also a problem.
Disclarity in current protections is caused by the implementation of intermittent earth fault protection, use of automatic reclosing with mixed networks underground cables and the impacts distributed generation has on protections. KSOY-V uses intermittent earth fault protection as alarming which was found to be a good practice. Automatic reclosing in short circuit faults of mixed networks underground cables can be disabled by setting the overcurrent protection’s quick release function to cover the length of the cable. Distributed generation is not yet a problem for KSOY-V's protections, but development of the matter needs to be monitored.
In the near future, development of protection relays will focus on flexibility, digitalization, automation and cyber security. Increase of the electricity networks intelligence enables better network monitoring and control capabilities. How future changes of networks affect protection needs is difficult to assess. New protection relays allow downloading of software updates which allows the new protection needs caused by changes in networks to be met without having to replace the protection relays with new ones.