Erään energiayhtiön keskijänniteverkon suojauksen kehittäminen

Abstract

Työssä tarkastellaan erästä verkossa tapahtunutta maasulkuvikaa, joka ei saanut keskijänniteverkon johtolähtöä suojannutta suojarelettä toimimaan, jolloin sähköaseman varasuoja toimi ja avasi syöttökentän katkaisijan. Työssä todetaan, että tarkasteltava maasulkuvika oli todennäköisesti katkeileva maasulku, joiden havaitseminen on Outokummun Energian nykyisille johtolähdön suojareleille haastavaa. Katkeilevien maasulkujen tiedetään aiheuttavan maasulkusuojauksen epäselektiivistä toimintaa.

Jotta katkeilevat maasulut eivät vastaisuudessa aiheuttaisi suojauksen epäselektiivistä toimintaa, johtolähtöjen suojareleille on päätetty ottaa käyttöön uusi maasulkusuojauksen suojausporras, joka havahtuu pelkästä nollajännitteen noususta. Tämän suojausporras toimii johtolähtöjen suunnatun maasulkusuojauksen ja sähköaseman varasuojan välissä, joten sen hidastusaika määritetään suunnatun maasulkusuojauksen hidastusaikaa pidemmäksi, mutta varasuojan hidastusaikaa lyhyemmäksi. Lisäksi jokaiselle johtolähdölle määritetään oma hidastusaikansa, jolloin jakeluverkon käyttöhenkilöstö pystyy päättelemään vioittuneen johtolähdön, kun nollajännite alkaa laskemaan.

Outokummun Energia asensi Kokonvaaran johtolähdölle uuden maastokatkaisijan ja sen suojausasettelut on suunniteltu tämän työn neljännessä luvussa. Samalla johtolähdön suojareleelle otetaan käyttöön uusi ylivirtaporras, joka on virtaselektiivinen maastokatkaisijan kanssa. Lopuksi tarkastellaan Kokonvaaran maastokatkaisijan taloudellista kannattavuutta suhteessa hankintakustannuksiin ja saavutettuihin KAH-arvojen pienenemisiin, sekä verrataan saatua tulosta laajemmissa tutkimuksissa saatuihin tuloksiin. Pelkkien KAH-arvojen perusteella arvioitu taloudellinen kannattavuus ei vaikuta riittävän luotettavalta, verrattuna laajempien tutkimusten tuloksiin. Esitellyissä laajemmissa tutkimuksissa maastokatkaisijoiden taloudelliset hyödyt ovat merkittävät, joten esiteltyjen tutkimusten perusteella maastokatkaisijoille otollisia kohteita kannattaa etsiä verkosta verkoston suunnittelun yhteydessä.

In this study, we observe an earth fault that occurred in one of the underground cables ofOutokummun Energia’s medium voltage distribution network. The feeder protection relay did not operate on the fault, and thus the backup protection of the substation operated. In this study, we show that the earth fault must have been an intermittent earth fault which can be difficult for traditional protection relays to identify. Intermittent earth faults are known to cause unselective operation of the protection system.

In order to avoid unselective operation of the protection during intermittent earth faults in the future, a new protection scheme is implemented in the feeder protection relays. This protection scheme operates on the neutral point voltage as the backup protection of the substation. The new protection scheme operates between the directional earth fault protection and the backup protection of the substation. Therefore, the operation delay of the new protection scheme is longer than the directional earth fault protection but shorter than the backup protection of the substation. Moreover, each feeder protection relay has designated operation delay in the new protection scheme so user can figure out which feeder is faulted if the neutral point voltage declines to normal.

Outokummun Energia installed a new line recloser in Kokonvaara feeder, and this added a new protection zone in the feeder. In this study, we express the protection settings of the new line recloser and a new over-current step for the feeder protection relay. Finally, we introduce a narrow calculation of the economic benefits of the new line recloser, and we compare the results to related research work regarding the topic. In the comparison we notice that the narrow calculations of this study are not enough in order to define the economic benefits of the line reclosers, compared to the related research work. However, the results of the related work do encourage to take advantage of the line reclosers in design of a medium voltage distribution network.