Standardization of marshalling kiosk solutions for conventional and digital air insulated substations

Abstract

This Master’s thesis is done for Hitachi Energy Finland Oy’s Grid Automation business unit. The purpose of the thesis was to propose standardized marshalling kiosk solutions for the needs of both the conventional and digital substations within the company’s European business. The proposals are based on the research and analysis carried out during the thesis. Marshalling kiosks are an important part of the substation entity as the cabling from the primary equipment to secondary systems is usually implemented through marshalling kiosks in an air insulated substation. At the substation, the location of the marshalling kiosks varies according to how the substation is implemented. In this thesis, the examination of marshalling kiosks is limited to outdoor installed ones in the case of air insulated substations.

This thesis provides a literature review to study the relevant EN and IEC Standards that guide the design and engineering of marshalling kiosks in substation projects. In addition to standards, the engineering of the marshalling kiosks is determined by the customer and company’s internal technical specifications that set the requirements for design. Based on the practical experience gained during the various substation projects, the company has found that the challenging nature of these requirements depends on the end customer and the implementation country of the project. Therefore, this thesis examines the technical specifications for marshalling kiosks in the company’s European business areas throughout four example countries.

Transmission System Operators are examples of customers with detailed technical specifications, and thus, their technical specifications were under review in this thesis. The analysis was used to determine the scope of standardization of marshalling kiosk solutions and to establish the criteria for standardization. Moreover, the literature survey of the thesis gives insight into the company's implemented marshalling kiosk solutions in European, South American and Asia-Pacific countries. The outcome of the literature survey about the global marshalling kiosk solutions was that standardized solutions already exist in one country in the Asia-Pacific region. Standardization level is either low or does not exist in other countries under the study.

As a result of the survey made in this thesis, it was found that the customer-specific and the company’s internal country-specific technical specifications in four example countries differ to a certain extent. However, to promote standardization solutions, these technical specifications can be used as a basis for standardization of marshalling kiosk solutions, as their use is often justified because these specifications are mainly based on standards. The result of the Master’s thesis is a proposal for standardized marshalling kiosk solutions.

Tämä diplomityö tehtiin Hitachi Energy Finland Oy:n Grid Automation -liiketoimintayksikölle. Työn tavoitteena oli selvityksien sekä analyysin pohjalta ehdottaa standardoituja jakokaappiratkaisuja sekä perinteisen että digitaalisen sähköaseman tarpeisiin yhtiön Euroopan liiketoiminnan sisällä. Jakokaapit ovat tärkeä osa sähköaseman kokonaisuutta, sillä avokytkinasemilla kaapelointi ensiölaitteilta toisiojärjestelmille toteutetaan yleensä jakokaappien kautta. Sähköasemalla jakokaappien sijoituspaikka vaihtelee sähköaseman toteutustavan mukaisesti. Työssä tarkastelu on rajattu ilmaeristettyjen sähköasemien tapaukseen, jolloin jakokaapit sijaitsevat kytkinkentällä sähköasemarakennuksen ulkopuolella.

Tämä diplomityö koostuu kirjallisuuskatsauksesta, jossa tarkastelussa ovat oleelliset jakokaappien suunnittelua sähköasemaprojektissa ohjaavat EN- sekä IEC-standardit. Standardien lisäksi jakokaappien suunnittelua määrittelevät myös asiakkaiden sekä yhtiön sisäiset tekniset vaatimukset, jotka asettavat erilaisia lähtökohtia suunnittelulle. Yhtiössä on käytännön kokemuksen pohjalta sähköasemaprojekteissa havaittu, että näiden vaatimuksien haasteellisuus riippuu paljolti loppuasiakkaasta sekä projektin kohdemaasta. Tämän vuoksi työssä on tarkastelun kohteena jakokaapeille suunnatut tekniset vaatimukset neljässä esimerkkimaassa, jotka sijaitsevat yhtiön Euroopan liiketoiminta-alueella.

Kantaverkkoyhtiöt ovat esimerkkejä asiakkaista, joilla on yksityiskohtaiset tekniset vaatimukset. Tämän vuoksi niiden tekniset vaatimukset ovat tarkastelun kohteena tässä työssä. Analyysin avulla tutkielmassa muodostettiin näkemys siitä, missä määrin jakokaappiratkaisujen standardointia olisi mahdollista toteuttaa sekä lisäksi luotiin kriteerit standardoinnille. Työssä perehdyttiin lisäksi kirjallisuustutkimuksen avulla yhtiön jakokaappiratkaisuihin Euroopan, Etelä-Amerikan sekä Aasian ja Tyynenmeren alueen maissa. Työssä toteutetun kirjallisuustutkimuksen tulokseksi saatiin, että standardoituja jakokaappiratkaisuja on jo olemassa yhdessä Aasian ja Tyynenmeren alueen maassa. Standardointi on kuitenkin muissa selvityksen kohteena olleissa maissa vähäistä tai sitä ei ole ollenkaan.

Työssä suoritetun tarkastelun tuloksena havaittiin, että neljän esimerkkimaan asiakaskohtaiset sekä yhtiön sisäiset maakohtaiset tekniset vaatimukset poikkeavat toisistaan. Standardointiratkaisujen edistämiseksi näitä teknisiä vaatimuksia voidaan kuitenkin käyttää perustana jakokaappiratkaisujen standardoinnille, sillä niiden käyttö on usein perusteltua vaatimuksien pohjautuessa suurilta osin standardeihin. Diplomityön tuloksena ehdotetaan standardoituja jakokaappiratkaisuja.