Digitaalisen sähköaseman testaus- ja valvontaratkaisut

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2020-10-19
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
fi
Pages
91+8
Series
Abstract
Tässä diplomityössä tutkittiin digitaalisen sähköaseman testaus- ja valvontaratkaisuja, pääosin meneillään olevan Pernoonkosken pilottiprojektin analyysin kautta. Työn tavoitteena oli muodostaa näkemys siitä, miten, milloin ja missä laajuudessa IEC 61850 -standardiin pohjautuva digitaalinen sähköasema tulisi testata. Työssä tunnistettiin digitaalisen sähköaseman testaukseen liittyviä haasteita, joihin esitettiin kehitysehdotuksia ja tarvittavia jatkoselvityksiä. Työssä selvitettiin, miten digitaalinen suojaus- ja ohjausjärjestelmä pitäisi rakentaa, jotta se voidaan testata tehokkaasti. Lisäksi työssä myös perehdyttiin siihen, mitkä toimenpiteet käytössä olevalla digitaalisella sähköasemalla laukaisevat testaustarpeen ja missä laajuudessa testaus tulee tällöin suorittaa. Toteutetun analyysin perusteella digitaalisen sähköaseman koestettavuus määritellään hyvin pitkälti suunnitteluvaiheen valinnoilla. Redundanttisuus- ja järjestelmävalinnat voivat asettaa huomattavia rajoitteita koestustilanteessa, minkä vuoksi järjestelmän rakenne tulee olla selkeä ja mahdollisimman yksinkertainen. Rakenteen lisäksi tehdyt laitevalinnat vaikuttavat huomattavasti koestettavuuteen, sillä useissa laitteissa on koestusominaisuuksiin liittyviä puutteita. Digitaalinen sähköasema muuttaa koko koestusfilosofian, sillä koestustyö siirtyy fyysisistä piireistä sekä piirikaavioista virtuaalimaailmaan. Järjestelmän valmisteluun sekä koestamiseen tulee varata huomattavasti enemmän aikaa kuin perinteisessä sähköasemassa, johtuen digitalisaation tuomasta monimutkaisuudesta. Lisäksi sähköaseman suunnittelu-, konfigurointi- sekä koestustyöskentelyssä käytettävien työkalujen on kehityttävä oleellisesti, jotta työskentely olisi tehokasta. Koska suuri osa käytön aikaisista virhetilanteista johtuu järjestelmään tehtävistä muutoksista, järjestelmän älykäs itsevalvonta rajaa koestustarpeen vain muutosten yhteyteen. Koestettavaksi jäävät ne osakokonaisuudet, mitä ei saada luotettavasti valvottua. Kiinteästi sijoitetut koestus- ja analyysilaitteistot mahdollistavat digitaalisen sähköaseman tehokkaan etäkäytön, mikä parantaa kunnossapidon aika- ja kustannustehokkuutta. Diplomityön analyysin perusteella kehitysehdotuksiksi tunnistettiin monistettava vakioratkaisu, suoraviivainen ja koestettava järjestelmärakenne sekä Fingridin osaamis-, resursointi- sekä määrittelytarpeet. Lisäksi tulee käynnistää tarvittavia jatkoselvityksiä, joihin lukeutuvat muun muassa Pernoonkosken järjestelmän jatkohyödyntäminen testauslaboratoriona sekä syvällisempi analyysi käytön aikaisiin laitevaihtoihin liittyvistä koestustarpeista.

This thesis researched digital substation related testing and monitoring solutions, mainly by analyzing the ongoing Pernoonkoski pilot project. The goal of this thesis was to establish a vision about when, where and in what scope IEC 61850 -standard based digital substation should be tested. This thesis identified challenges related to the testing of a digital substation and proposed improvements and follow-up studies related to them. The thesis also studied how the digital control and protection system should be built, so that it can be tested efficiently. This thesis also investigated what actions done at a live digital substation cause a need for testing, and in what scope the testing should then be executed. According to the performed analysis, the testability of a digital substation is mainly defined by the decisions made during the planning phase. Redundancy and system architecture related choices can cause significant restrictions during testing, which is why the system architecture should be as clear and straightforward as possible. In addition to the architecture, device choices will also affect testability since many devices have testing feature related shortcomings. Digital substation changes the whole testing philosophy since testing utilizes the virtual world instead of physical circuits and circuit diagrams. Extra time should be allocated for preparing the system for testing and performing the tests, due to the complexity that results from digitalization. The system engineering and configuration tools also need to improve significantly, so that working would be efficient. Because most of the errors that happen during operation result from changes done to the system, the system’s intelligent supervisory solutions limit the testing need to system changes. Due to that, the parts of the system that cannot be reliably monitored need to be tested. Built-in testing and analysis devices and solutions allow efficient remote usage of the digital substation, improving the time and cost effectiveness of substation maintenance. The analysis identified three main areas that require improvement: a duplicable standard solution, as straightforward and testable system architecture as possible and Fingrid’s competence, resource allocation and specification needs. In addition, required follow-up studies should also be started. These studies include for example utilizing the Pernoonkoski digital substation system as a testing laboratory and a more in-depth analysis of the required actions that are related to device changes made during operation.
Description
Supervisor
Lehtonen, Matti
Thesis advisor
Kuosa, Daniel
Keywords
IEC 61850, digitaalinen sähköasema, testaus, valvonta, IED
Other note
Citation