Vesivoimakoneen liittymisjohdon oiko- ja maasulkusuojauksen suunnittelu Pirttikosken 20 kV:n kojeistoon

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena on ollut Kemijoki Oy:n Pirttikosken vesivoimalaitoksen ja Keski-Lapin Voima Oy:n Juotaksen vesivoimalaitoksen välisen sähköverkon, Pirttikosken vesivoimalaitoksen puoleisen johtolähdön oiko- ja maasulkusuojauksen suunnittelu.

Työssä on arvioitu johtolähdön suojaukseen vaikuttavat oiko- ja maasulkuvirrat. Tuloksena on ehdotus, jossa jo ennestään käytössä olleesta johtolähdöstä korvataan vanhat suojareleet nykyaikaisilla suojareleillä. Oikosulkusuojauksen suhteen on päädytty 2-portaiseen suojaukseen, jossa ensimmäinen porras toimii käänteisaikaisena. Maasulkusuojauksen suhteen on päädytty suunnattuun maasulkusuojaukseen. Työssä on esitetty ehdotus oiko- ja maasulkureleiden asetteluarvoista.

Mittamuuntajat muodostavat tärkeän osan oiko- ja maasulkusuojausta. Työssä on todettu, että nykyiset oiko- ja maasulkusuojauksessa käytetyt virta- ja jännitemuuntajat eivät täytä tarkkuusvaatimuksia, sillä muuntajia käytetään osana kaupallisen sähkönsiirron mittausta. Työssä on esitetty ehdotus korvaavien mittamuuntajien arvoista.

Opinnäytetyön tavoitteisiin kuului myös tarkastelu Pirttikosken 13,8 kV:n järjestelmässä sijaitsevien, oikosulkuvirtaa rajoittavien kuristimien poistosta aiheutuvien oikosulkuvirtojen kasvun vaikutus johtolähdön komponentteihin. Työssä on todettu kuristimien mahdollisesta poistosta aiheutuvien oikosulkuvirtojen kasvu maltilliseksi. Oikosulkuarvojen kasvu ei vaaranna johtolähdön komponenttien termisiä ja dynaamisia kestävyyksiä.

The aim of this thesis was to design short-circuit and earth fault protection of a feeder in the Pirttikoski hydroelectric power stations 20 kV-system. The feeder is part of the grid between the power stations of Pirttikoski and Juotas. Another aim of this thesis was to estimate the effects of a possible removal of the short-circuit current restricting ballast, located at the Pirttikoski hydroelectric stations 13,8 kV-system, would have on the feeders components.

An evaluation of short-circuit and earth fault currents that have an effect on the protection of the feeder have been made. As a result of the evaluation it is recommended that the old, long in service been feeder will be updated whit modern protection relays. In the case of short-circuit protection, a 2-step protection, the first being inverse timed, is recommended. The earth fault protection is recommended to be directional. This thesis also includes recommendations of protection relay settings.

Instrument transformers play a vital role in the field of short-circuit an earth fault protection. The instrument transformers now in service do not fulfill modern demands of exactness in measurement of commercial electrical transmissions. A proposal of replacing instrument transformers and their properties has been made.

On the base of this work, a removal of the ballast will increase short-circuit currents only moderately. The increased short-circuit current values do not hazard the feeders components thermal nor dynamic limit values.