Generaattorisuojan toisiotestauksen kehittäminen

Generaattori on sähköjärjestelmässä tehotasapainon kannalta tärkein ja samalla arvokkainkomponentti; tämän vuoksi sen suojaaminen erilaisilta vioilta ja epänormaaleilta käyttötilanteilta on kriittistä, sillä ne voivat vaikuttaa generaattorin suorituskykyyn ja lyhentää sen elinkaarta. Tyypillisiä generaattorivikoja ovat sähköisten, termisten ja mekaanisten rasitusten aiheuttamat käämiviat. Nämä voivat ilmetä oikosulkuina, ylikuormituksina tai käämien katkeamisena. Suojaustoimintojen tulee olla herkkiä vian havaitsemiseen, mutta samaan aikaan suojauksien tulee olla vakaita ulkoisten vikojen suhteen. Tarpeeton suojalaitteiden toiminta halutaan estää, koska se voi olla haitallista verkon stabiiliudelle, taloudelle tai sähkön laadulle. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia VEO Special Application -yksikön tarpeisiin, kuinka ABB:n REX640- ja REX615-mallin suojareleiden suojausfunktioita voidaan koestaa generaattorisuojaussovelluksissa hyödyntäen Omicron CMC356-koestuslaitetta. Omicron Protection Testing Library (PTL) tarjoaa valmiita testipohjia useiden valmistajien suojareleille, mutta niiden tehokas käyttö edellyttää koestajalta syvällistä ymmärrystä relelogiikasta ja suojattavasta kohteesta sekä testattavista suojaustoiminnoista. Työ keskittyy generaattorin suojauksessa käytettyihin suojausfunktioihin, ja keskeisenä tavoitteena on luoda valmis Omicron Control Center (OCC) -tiedosto käyttäen apuna Extended RIO tiedostomuotoa. Lisäksi kehitetään yleinen toimintamalli relekoestuksen suorittamiseksi VEO:n tehdasympäristössä. Työssä käsitellään generaattorin roolia sähköjärjestelmässä, ja pyritään avaaman generaattorisuojauksessa käytettyjen suojausfunktioiden toimintaa sekä näiden toisiokoestamista erilaisissa vikatilanteissa. Lisäksi esitellään käytetyt testimoduulit, joita käytetään testipohjan rakentamiseen. Lopuksi tarkastellaan relekoestuksen kehitysmahdollisuuksia VEO:n tehdasympäristössä. Tehdashyväksyntätesteillä, engl. factory acceptance test (FAT), varmistetaan laitteiston toiminnallisuus ennen toimitusta. FAT-testit toteutetaan valmistajan tai asiakkaan määrittelemässä testausympäristössä, ja niiden tarkoituksena on varmistaa kojeistokaapin rakenteen ja asennusten vastaavuus suunnitelmiin sekä suojareleiden, mittaus-, hälytys-, ohjaus- ja merkinantopiirien oikea toiminta. Diplomityön tuloksena kehitettiin automatisoitu testipohja generaattorisuojauksen koestamiseen Genset-projekteissa. Testitiedosto suunniteltiin mahdollisimman tehokkaaksi ja käyttäjäystävälliseksi hyödyntäen tuttuja testimoduuleita, jotta koestuksen voisi suorittaa kuka tahansa VEO:n koestajista. Lisäksi koestusprosessia selkeytettiin loogisella kansiorakenteella ja laadittiin tarkistuslista, jonka avulla varmistetaan suojareleiden yhdenmukainen koestus kaikissa yksikön projekteissa.

In terms of power balance the generator is the most important and valuable component in the power system; therefore, it is critical to protect it from various faults and abnormal operating conditions, because these can affect its performance and shorten its life cycle. Typical generator faults include winding failures caused by electrical, thermal, and mechanical stresses. They may manifest as short circuits, overloads or broken winding. Protection functions must be sensitive enough to detect faults, while also being stable against external disturbances. Unnecessary operation of protection devices should be avoided, as it can negatively impact grid stability, economics or power quality. The purpose of this master’s thesis, for the needs of VEO Special Application team, was to investigate how the protection functions of ABB’s REX640 and REX615 protection relays can be tested in generator protection applications using the Omicron CMC356 testing device. The Omicron Testing Library (PTL) provides ready-made testing templates for protection relays from various manufacturers, but effective use of these templates requires the tester to have a deep understanding of relay logic, the protected object and the protection functions being tested. This thesis focuses on protection functions used in generator protection, with a key objective of creating a ready-to-use Omicron Control Center (OCC) file utilizing the Extended RIO file format. Additionally, a general operating model for performing relay testing in VEO’s factory environment is developed. This thesis discusses the role of the generator in the power system and aims to explain the operation of protection functions used in generator protection, as well as their secondary testing under various fault conditions. Additionally, the test modules used to build the test templates are presented. Finally, the development opportunities for relay testing in VEO’s factory environment are examined. Factory Acceptance Tests (FAT) are used to verify the functionality of the equipment before delivery. FAT tests are conducted in to ensure that the structure and installation of the switchgear cabinet comply with the design, and that the protection relays, measurement, alarm, control and signaling circuits operate correctly. As a result of this master’s thesis, an automated test template was developed for testing generator protection in Genset projects. The test file was designed to be as efficient as efficient and user-friendly as possible by utilizing familiar test modules, allowing any of VEO’s testers to carry out the testing.