Tahdistus vesivoimaloissa : menetelmät ja mittaustietojen hyödyntäminen

Abstract

Opinnäytetyössä tarkastellaan vesivoimalaitoksen tahdistusta Suomen sähköverkkoon sekä tahdistuksessa käytettäviä menetelmiä ja laitteistoja. Tahdistuksella tarkoitetaan generaattorin turvallista liittämistä sähköverkkoon. Työ toteutettiin toimeksiantona Insta Automation Oy:lle. Opinnäytetyönä tuotettiin kirjallinen kokonaisuus, jota voidaan hyödyntää toimeksiantajan vesivoimalaitosprojekteissa tahdistuksen suunnittelun, käyttöönoton ja vianhaun tukena.

Työssä kuvattiin tyypillisen vesivoimalaitoksen rakennetta ja sähköntuotannon periaatetta sekä tahdistusta, eli miten laitos liitetään turvallisesti sähköverkkoon. Lisäksi käsiteltiin tahdistukseen liittyviä sähköisiä suureita, kuinka niitä mitataan sekä niiden vaikutusta tahdistuksen laatuun. Epäonnistuneen tahdistuksen seurauksia sekä yleisimpiä syitä tarkasteltiin osana tahdistuksen kokonaisuutta.

Työssä esiteltiin manuaalinen ja automaattinen tahdistus sekä niihin liittyvät keskeiset laitteistot. Automaattisia tahdistimia vertailtiin niiden vesivoimalalaitoskäyttöä tukevien ominaisuuksien näkökulmasta. Toimeksiantajan Microsoft Excel-pohjaiselle visualisointityökalulle esitettiin kehitysehdotuksia, joilla työkalun toimintaa voidaan tehostaa.

Lopputuloksena laadittiin kirjallinen raportti, jonka avulla muodostuu kokonaiskuva vesivoimalaitoksien tahdistusprosessista. Raporttia hyödyntäen toimeksiantaja voi perehdyttää henkilöstöä tahdistuksen suorittamiseen sekä visualisointityökalun käyttämiseen. Opinnäytetyössä on käytetty yritysluottamuksellista tietoa, mutta raportti on kirjoitettu niin käsitteellisellä tasolla, että raportti on kokonaan julkinen.

The objective of this thesis was to examine the connection of a hydropower plant synchronous generator to the Finnish power system. This bachelor’s thesis commissioned by Insta Automation Oy, addressed how synchronization work is carried out in projects involving hydropower and how measurement data can be analyzed during synchronization. The ultimate purpose was to provide a technical basis for practical synchronization work and to identify development needs in a measurement-based visual analysis tool.

The thesis combined a literature-based review of synchronization theory and relevant electrical quantities. The effect of voltage, frequency and phase difference on the quality of synchronization was explored as well as the repercussions of unsuccessful synchronization. The manual and automatic synchronization methods were introduced along with their typical instrumentation.

The outcome of the thesis is a coherent report of the synchronization process intended to support the commissioner’s hydropower projects. Furthermore, development proposals were presented to streamline synchronization measurement-data handling and visual post-analysis in Microsoft Excel. The objective of development was reducing manual work and improving repeatability in commissioning and fault investigations.