Älykkään sähköverkon valvontaratkaisut : vikojen havaitseminen maakaapeliverkossa

Abstract

Tämä työ tehtiin opinnäytetyöksi Tampereen ammattikorkeakoulun automaatioteknologian ylempään ammattikorkeatutkintoon, Voimatel Oy:n toimiessa työn toimeksiantaja-organisaationa.

Työn tavoitteena oli tutkia ja vertailla kirjoitushetkellä (alkuvuosi 2017) markkinoilla olevia keskijännitteisen jakeluverkon valvontaratkaisuja maakaapeliverkon näkökulmasta. Kaapelointiasteen kasvaessa vian paikannus vaikeutuu ja samalla vian korjaukseen kuluva aika kasvaa, sillä perinteiset vianpaikannusmenetelmät eivät enää ole tehokkaita kaapeliverkoissa. Ongelmana on muun muassa kompensoidussa kaapeliverkossa tapahtuva maasulku, josta aiheutuva vikavirta on luonteeltaan katkeilevaa, ja toisaalta sekaverkon viat voivat olla myös suuriohmisia, joten perinteisillä valvontaratkaisuilla vian havaitseminen, tarkasta paikantamisesta puhumattakaan, on vaikeaa. Työn tavoitteena oli löytää markkinoilla olevista järjestelmistä sellainen, joka toimisi luotettavasti edellä kuvatussa ongelmassa.

Työssä perehdyttiin ensin sähkövoimatekniikan, sähköverkon vikojen sekä verkostoautomaation teoriaan, ja tämän jälkeen alettiin tutkia markkinoilla olevia, keskijännitteisen kaapeliverkon valvontaan soveltuvia laitteita. Markkinoilla havaittiin olevan kuusi eri verkonvalvontalaitetta, jotka soveltuivat käyttötarkoitukseen. Niistä vain yhden, ABB:n RIO600:n, todettiin tutkitusti havaitsevan maakaapeliverkon katkeilevan maasulun.

Työn tuloksena saatiin tutkielma markkinoilla olevista kaapeliverkon valvontaratkaisuista sekä niiden vertailussa käytetty vertailutaulukko. Vertailussa avainsanoina olivat muun muassa soveltuvuus kaapeliverkkoon, katkeilevan maasulun havaitseminen, hyödynnettävyys kunnossapidon sovelluksissa ja kytkinlaitteiden ohjausmahdollisuus. Järjestelmien havaittiin perustoimintojensa perusteella jakautuvan kolmeen kategoriaan: vianpaikannuslaitteet, kunnonvalvonnan työkalut sekä verkostoautomaation ohjauslaitteet. Tehokkaan verkonvalvonnan todettiin myös tuottavan suuren määrän tietoa reaaliaikaisten mittausten vuoksi, ja tätä asiaa tarkasteltiin big datan näkökulmasta.

Lopuksi työssä pohdittiin jatkotutkimuksen ja -kehittämisen kohteita toimeksiantajan liiketoimintojen laajentamisen ja kehittämisen näkökulmasta. Uusia liiketoimintamahdollisuuksia todettiin löytyvän muuntamotason valvontaratkaisujen toimittamisen, verkosta tulevan tietomassan hallinnoimisen ja korkeamman jalostusarvon käyttöpalveluiden toimittamisen parista, mutta nämä mahdollisuudet vaativat vielä tarkempaa tutkimista.

This master´s thesis was made to master´s program in automation technology in Tampere University of Applied Sciences with Voimatel Oy acting as a client.

The purpose was to research the solutions for distribution network control that were on the market at the beginning of the year 2017 and were able to operate in ground cable network. When the cabling degree improves, the harder it gets to locate the fault and it takes more time than in overhead line environment because conventional fault detection applications are not enough effective in cable network. The main problem was cables earth fault, which produces intermittent fault current with high amplitudes and which is not reliably detectable with conventional fault indicators. Secondly, in mixed network environments there can appear faults with high impedances that are not reliably detectable either. The objective was to find a solution from the market, which can solve these problems.

First, the fundamentals of electrical power engineering, network automation and network faults was gone through and then focused on to control solutions that were able to operate in medium voltage cable environment. It was found that only one of the total six solutions, ABB´s RIO600, was able to detect the intermittent fault current caused by the earth fault in a cable.

As a result, the study about control systems found on the market and the comparison chart used to compare the systems were obtained. The key words used in comparison were among other things suitability in cable network, ability to detect the intermittent earth fault current, suitability to maintenance applications and ability to control the switchgear. The systems were found to divide in three categories with their characteristic features: fault indicators, maintenance tools and control devices for network automation. It was also noticed that high performance network control produces a huge amount of data. That feature was examined from the big data´s point of view.

In conclusion, the targets of further researches and -developments to develop and expand the customers businesses were discussed. There found to be business possibilities among the services around control solution installation and big data management, but also in providing higher value operations services. However, these business possibilities still found needing further researches.