110 kV digitaalisen sähköaseman toteutusvaihtoehdot
Länsman, Heija (2019-12-20)
Länsman, Heija
20.12.2019
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019122049256
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019122049256
Tiivistelmä
Tämä diplomityö on tehty VEO Oy:lle. Työn tavoitteena on esittää yritykselle mahdollisia 110 kV digitaalisen sähköaseman toteuttamisvaihtoehtoja sekä tutkia digitaalisuuden vaikutuksia sähköaseman projektoinnin kustannuksiin. Tätä varten työn alussa esitellään termi digitaalinen sähköasema tieteellisen kirjallisuuden ja standardien pohjalta. Tiivistetysti termiä käytetään sähköasemasta, jonka laitteiden välinen kommunikaatio on toteutettu IEC 61850 mahdollistamalla asema- ja prosessiväylällä. Näistä tutkimuksen kannalta tärkeämpi määritelmä on prosessiväylän käyttäminen.
Työssä esitellään tarkemmin kirjallisuuden perusteella luotu kuva digitaalisen sähköaseman rakenteesta. Myös digitaaliseen sähköasemaan olennaisesti kuuluvat komponentit esitellään tarkemmin. Tämän lisäksi esitellään tarkemmin alalla olevien yritysten tuotetarjontaa digitaalisen sähköaseman toteuttamisen kannalta.
Työssä esitellään kuinka digitaalisuus vaikuttaa digitaalisen sähköaseman kustannuksiin verrattuna konventionaaliseen sähköasemaan. Työn tulosten perusteella voidaan olettaa, että digitaalisen sähköaseman toteuttamisen kustannukset tulevat olemaan pienemmät kuin konventionaalisessa sähköasemassa. Varsinkin optisten kuitukaapelien käyttö digitaalisen kommunikaation kanssa tulee vähentämään sähköaseman kuparikaapelien ja kokonaiskaapeloinnin määrää, vaikuttaen materiaali-, rakennus- ja suunnittelukustannuksiin.
Työn kannalta tärkeimpänä esitellään muutama vaihtoehto prosessiväylää käyttävistä digitaalisen sähköaseman toteutuksesta. Digitaalisen sähköaseman voi toteuttaa joko täysin digitaalisena, jolloin kaikki kommunikaatio sähköaseman sisällä ja sieltä ulos tapahtuu digitaalisesti asema- ja prosessiväylää hyödyntäen. Tätä varten on käytettävä esimerkiksi epäkonventionaalisia mittamuuntajia, joiden mittaussignaalit liitetään prosessiväylään. Toinen mahdollinen vaihtoehto on hyödyntää konventionaalisia mittamuuntajia ja niiden yhteydessä stand-alone merging uniteja mittaustulosten digitoimiseen prosessiväylää varten. This thesis has been made for VEO Oy. The purpose of the thesis is to introduce available implementation alternatives for 110 kV digital substation and effects of digitalization in substation projects costs. To achieve the concept of digital substation is opened with scientific literature and applicable standards. In short it means a substation where all communication between devices is done by IEC 61850 station- and process bus. For this thesis process bus is more important.
First a closer look at digital substations structure is taken and necessary components to achieve digital substation are introduced. For implementation purposes thesis introduces devices found from today’s markets for digital substation are introduced. With this study it can be said that digital substation is achievable with current devices.
Thesis introduces effects of digitalization in substations project costs compared to conventional substation. From the study cost reductions in favor of digital substation pro-jects can be seen. Especially moving from conventional hard wired copper wires to optical fibres in communication can introduce big savings on costs. Total cabling will be re-duced due to optic fibers with higher bandwidth compared to copper wiring. This reduces costs on materials, building and engineering.
Most importantly couple implementation alternatives for digital substation with process bus are introduced. In fully digital substation implementation all of communication inside substation is done digitally using station- and process bus. To achieve this use of non-conventional instrument transformers is required. Other introduced implementation is using conventional instrument transformers with stand-alone merging units. Stand-alone merging units are used to digitize analogue signal from the conventional instrument transformer and to act as point of entry to process bus.
Työssä esitellään tarkemmin kirjallisuuden perusteella luotu kuva digitaalisen sähköaseman rakenteesta. Myös digitaaliseen sähköasemaan olennaisesti kuuluvat komponentit esitellään tarkemmin. Tämän lisäksi esitellään tarkemmin alalla olevien yritysten tuotetarjontaa digitaalisen sähköaseman toteuttamisen kannalta.
Työssä esitellään kuinka digitaalisuus vaikuttaa digitaalisen sähköaseman kustannuksiin verrattuna konventionaaliseen sähköasemaan. Työn tulosten perusteella voidaan olettaa, että digitaalisen sähköaseman toteuttamisen kustannukset tulevat olemaan pienemmät kuin konventionaalisessa sähköasemassa. Varsinkin optisten kuitukaapelien käyttö digitaalisen kommunikaation kanssa tulee vähentämään sähköaseman kuparikaapelien ja kokonaiskaapeloinnin määrää, vaikuttaen materiaali-, rakennus- ja suunnittelukustannuksiin.
Työn kannalta tärkeimpänä esitellään muutama vaihtoehto prosessiväylää käyttävistä digitaalisen sähköaseman toteutuksesta. Digitaalisen sähköaseman voi toteuttaa joko täysin digitaalisena, jolloin kaikki kommunikaatio sähköaseman sisällä ja sieltä ulos tapahtuu digitaalisesti asema- ja prosessiväylää hyödyntäen. Tätä varten on käytettävä esimerkiksi epäkonventionaalisia mittamuuntajia, joiden mittaussignaalit liitetään prosessiväylään. Toinen mahdollinen vaihtoehto on hyödyntää konventionaalisia mittamuuntajia ja niiden yhteydessä stand-alone merging uniteja mittaustulosten digitoimiseen prosessiväylää varten.
First a closer look at digital substations structure is taken and necessary components to achieve digital substation are introduced. For implementation purposes thesis introduces devices found from today’s markets for digital substation are introduced. With this study it can be said that digital substation is achievable with current devices.
Thesis introduces effects of digitalization in substations project costs compared to conventional substation. From the study cost reductions in favor of digital substation pro-jects can be seen. Especially moving from conventional hard wired copper wires to optical fibres in communication can introduce big savings on costs. Total cabling will be re-duced due to optic fibers with higher bandwidth compared to copper wiring. This reduces costs on materials, building and engineering.
Most importantly couple implementation alternatives for digital substation with process bus are introduced. In fully digital substation implementation all of communication inside substation is done digitally using station- and process bus. To achieve this use of non-conventional instrument transformers is required. Other introduced implementation is using conventional instrument transformers with stand-alone merging units. Stand-alone merging units are used to digitize analogue signal from the conventional instrument transformer and to act as point of entry to process bus.