Vaihekatkon vaikutukset voimalaitoksen sähköjärjestelmässä
Härmälä, Julia (2023)
Diplomityö
Härmälä, Julia
2023
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023042538713
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023042538713
Tiivistelmä
Vaihekatkot ovat sähköverkon vikoja, joissa yksi tai kaksi vaihetta on avoinna. Vaihekatkossa sähköjärjestelmään syntyy sähkölaitteille haitallista jännitteen ja virran epäsymmetriaa. Ydinvoimalaitoksilla ympäri maailmaa on raportoitu useita vaihekatkovioista seuranneita tilanteita. Vaihekatko on osoittautunut vaikeaksi havaita ja siten ne ovat aiheuttaneet ydinlaitoksen turvallisuudelle tärkeiden laitteiden toimimattomuutta. Tämän työn tavoite on selvittää vaihekatkon vaikutukset Olkiluoto 3 -ydinvoimalaitoksella ja arvioida suojalaitteiden toimivuutta vaihekatkon havaitsemiseksi. Vaihekatkon aiheuttaman jännitteen epäsymmetrian vaikutuksesta generaattoreiden, moottoreiden ja tehoelektroniikan toiminta heikkenee ja niihin voi syntyä rakennevauriota. Sähköjärjestelmää syöttävät muuntajat sekä verkkoon kytketty moottorikuorma vaikeuttavat vaihekatkon havaitsemista ja vaihekatkovian sattuessa sähköjärjestelmän vaihejännitteet voivat näyttäytyä lähes normaaleina muuntajan kytkennän tai verkkoon kytketyn moottorikuorman vaikutuksesta. Vaihekatkon vaikutustenselvittämistä varten vaihekatkoja Olkiluoto 3 voimalaitoksen sähköjärjestelmässä on tässä työssä simuloitu ETAP-ohjelmalla. Mallia simuloimalla selvitettiin vaihekatkon aikaisia jännitteitä laitoksen sähköjärjestelmässä, joiden avulla arvioitiin suojalaitteiden toimivuutta. Simulointien tuloksista selviää, että verkon kuormittamattomassa käyttötilanteessa maadoittamaton ensiö- ja toisiopuolilta tähteenkytketty Y-y-muuntaja ei muodosta vaihekatkossa katkenneeseen vaiheeseen jännitettä. Kuormitetussa tilanteessa verkkoon kytketyt oikosulkumoottorit tuottavat verkkoon vaihekatkon aiheuttamaa epäsymmetriaa pienentävää vaikutusta. Open phase condition is a fault where one or two of three phases of the feeding network are disconnected. Open phase condition causes an unbalanced voltage condition in the network which is harmful to its electrical components. Several incidents of open phase conditions have been reported at nuclear power plants around the world. Operating experience has shown that open phase faults may be difficult to detect from an electrical system and that the conditions have led to inoperability of nuclear safety equipment. In this master's thesis the effects of open phase condition on Olkiluoto 3 nuclear power plant are reviewed. The operability of relay protection during open phase faults is evaluated. The effects of open phase condition in generators, motors and power electronics are their functional deterioration and structural damages caused by unbalanced currents. Transformers feeding the electrical system and induction motors connected to the network can cause difficulty detecting the open phase fault by balancing the unbalanced voltage condition. The voltages in the electrical system during an open phase fault may appear as normal due to structure or connection of transformer or due to the amount of motor load in the network. In this thesis the effects of open phase condition on the electrical system of Olkiluoto 3 were simulated using ETAP software. From the simulation results, it can be stated that during open phase fault on a network with no load the star connected Y-y transformer doesn't regenerate voltage in a lost phase. During open phase fault on a network with motor load in the induction motors generate voltage to the network and balance the unbalanced condition created by the open phase fault.