Vesivoimalaitosten generaattoreiden oikosulkulaskenta ja relesuojaus

Abstract

Opinnäytetyö on jaettu kahteen osaan, joista ensimmäinen osa käsittelee generaattoreiden oikosulkulaskuja, ja toinen osa vesivoimalaitosten generaattoreiden relesuojausta. Työssä tarkistetaan tekeekö tehtävänantajan tähän mennessä käyttämä oikosulkulaskentapohja laskut oikein, ja kehitetään tästä parempi versio. Työssä selvitetään myös vesivoimalaitosten generaattoreiden suojausvaatimukset, ja laaditaan ohje suojaustoimintojen toiminnalle ja asetuksille. Työssä selitetään tarkasti kaksi eri tapaa laskea oikosulkuvirtoja. Nämä ovat ominaisoikosulkutehomenetelmä ja IEC-standardin määrittelemä menetelmä. Myös kaikki suureet ja oikosulun eri vaiheet sekä laskentaa varten tarvittavat tiedot on käyty läpi. Laskentapohja on tehty Excelissä ominaisoikosulkumenetelmällä tehtävänantajan toivomuksesta. Laskentapohja laskee kaikki tarvittavat virrat vesivoimalaitosten kojeistojen, kaapelien jne. mitoitusta varten. Relesuojausvaatimukset on koottu eri relevalmistajien suosituksista ja norjalaisen Statkraftin asettamista vaatimuksista. Työssä on selitetty kaikkien suojaustoimintojen toiminta, ja on laadittu ohjeet miten nämä toiminnot asetetaan VAMP:n ja ABB:n generaattorisuojissa. Työ antaa hyvän tuntemuksen generaattoreiden ja sähköasemien oikosulkulaskuista, sekä hyvän käsityksen relesuojaustoimintojen ominaisuuksista ja asetuksista.

Examensarbetet är uppdelat i två delar, där den första delen behandlar kortslutningsberäkningar för generatorer och den andra delen reläskydd för generatorer i vattenkraftverk. I examensarbetet granskas om den befintliga beräkningsbotten som uppdragsgivaren använder sig av utför beräkningarna rätt och en förbättrad version av denna skapas. I arbetet undersöks också reläskyddskraven för generatorer i vattenkraftverk och en manual på de krävda reläskyddens funktion och inställningar skapas. I arbetet genomgås noggrant två metoder för kortslutningsberäkningar: delkortslutningseffektmetoden och metoden enligt IEC-standarden. Också olika storheter och skeden av en kortslutning, samt den behövliga informationen för att utföra beräkningarna, finns förklarade. Beräkningsbottnen är gjord i Excel enligt delkortslutningseffektmetoden på önskemål av uppdragsgivare. Med beräkningsbottnen räknas alla strömmar som behövs för att dimensionera ställverk, kablar etc. i vattenkraftverk. Reläskyddskraven är sammanställda från olika relätillverkares rekommendationer och de norska kraven presenterade av Statkraft. I arbetet har alla skyddsfunktioners funktionssätt förklarats, och instruktioner har skrivits på hur dessa funktioner ställs in i VAMP- och ABB-generatorskydd. Arbetet ger goda kunskaper om kortslutningsberäkningar för generatorer och elstationer, samt en god inblick i reläskyddsfunktionernas egenskaper och inställningar.

This Bachelor’s thesis is split up into two parts, the first part deals with short circuit calculations for generators, and the second part with relay protection of hydro generators. The thesis includes a review of the tool, which the employer now uses for calculating short circuit currents, in order to find out if it carries out the calculations the right way. If it doesn’t, a better version of this is to be made. It also contains an analysis of relay protection requirements in hydro power plants, and instructions on the functions and settings. Two methods for short circuit calculations are thoroughly reviewed. These are the apparent short-circuit power method and the method according to the IEC-standard. All the different variables, stages and the initial information needed for calculating are explained. The tool for calculating is made in excel, using the apparent short-circuit power method as requested by the employer. It calculates all the currents needed for dimensioning switchgear, cables etc. in hydro power plants. The relay protection requirements are put together from the recommendations of different relay manufacturers and the Norwegian requirements presented by Statkraft. The operation of every protection function is described, and instructions for applying the settings in VAMP and ABB generator protection relays are presented. The thesis gives very good knowledge of short circuit calculations of generators and substations, and a good insight into the operation and settings of the relay protection functions.