Tuulipuiston 20kV sähköverkon suojaus

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin tuulipuiston 20 kV sähköverkon oikosulku- ja maasulkusuureita sekä uusien liittymisvaatimusten vaikutusta suojauksiin. Työ tehtiin Winwind Oy:lle.

Työn tavoitteena oli suunnitella ja dokumentoida puiston sähköasemien johtolähtöjen 20 kV suojaus sekä muuttuneen kuormituksen myötä myös sisäverkon 20 kV kaapelointi mitoitettiin uusiksi. Työssä käytettiin uuden WinWinD3-voimalan perustietoja, pois lukien taajuusmuuttaja, josta käytettiin oletustietoja, koska uusia teknisiä mitoitusarvoja ei ollut tätä työtä tehdessä käytettävissä.

Työn alussa on esitelty tuulivoima-alaa yleisesti sekä Winwind Oy, joka on tuulivoimaloita valmistava ja toimittava yritys.

Työn teoriaosassa on käsitelty tuulivoimalaitoksen- ja sähköaseman suojauksen kannalta tärkeimmät komponentit. Ison osan teoriasta sai myös relesuojaus, sen erilaiset toteuttamistavat, virran ja jännitteen mittaukseen tarvittavat komponentit sekä niiden valintaan vaikuttavat tekijät.

Työn loppuosassa laskettiin tuulipuiston eri osiin vaikuttavat maksimi- ja minimioikosulkuvirrat IEC60909-0 perusteella sekä puiston kaapeliverkossa esiintyvät maasulkuvirrat. Mittaustulosten perusteella on käsitelty mahdollisia tuulipuiston suojaustapoja sekä yhden sähköaseman johtolähdön osalta on määritelty oikosulkusuojauksen- sekä maasulkusuojauksen suojausasetukset.

Työ rajattiin liittymäpisteen ja tuulivoimalan muuntajan väliseen alueeseen. Työstä rajattiin pois puiston kommunikaatioon tarvittava kaapelointi sekä sähköasemasähköistys.

The research in this thesis has been done in the 20 kV wind farm power considering the grid short-circuit and the earth fault protection. Regarding the short-circuit and the earth fault protection the subscription requirements were also on focus.

During the research an extensive variety of protection possibilities were studied. The selected protection works reliably and safely in every situation.

The first part introduces the history of wind power as well as a company which manufactures and supplies wind power plants. The second part, the theoretical part describes the drive theory and its functioning under fault conditions. The other major grid components are processed in the same section. In the work, also the plant and the effect of the park components on the short-circuit were analyzed. The protection on the primary circuit is a two-phase circuit. The earth fault current and –voltage are also in a big role in this work because of the important safety role they have.

The protection settings of the park are defined after the results of the calculations of the network company. The work is also a cross-section of the wind power and can also been used as a training guide.