[14.7.2017] EOR-D Maasulkureleillä paikannettu johdotusvirhe

Havaittu ongelma

EOR-D maasulkureleillä löydettiin Lappeenrannan Energiaverkkojen Taipalsaaren sähköaseman laajennustöiden jälkeen tehtyjen maasulkukokeiden yhteydessä maasulkusuojauksen kannalta kriittinen johdotusvirhe lähdöllä, joka oli laajennuksen yhteydessä otettu käyttöön. Vika tunnistettiin, kun saneeratun sammutuslaitteiston käyttöönoton yhteydessä tehdyissä maasulkukokeissa saatiin EOR-D maasulkureleiltä transienttihälytys kahdelta johtolähdöltä. Maasulun vikapaikka oli tehty johtolähdölle J10, mutta EOR-D antoi vikaindikaation myös terveeltä johtolähdöltä J12.

Havainto EOR Dllä

Sähköasemalla oli käytössä suojareleet, joissa suunnattu maasulkusuoja oli toteutettu perinteiseen nollajännitteeseen ja -virtaan sekä niiden vaihekulmaan perustuvalla algoritmilla sisältäen kulmankääntölogiikan. Näiden rinnalla oli lisäksi käytössä EOR-D -maasulkureleet, joita käytettiin ensisijaisesti katkeilevien maasulkujen luotettavaan tunnistukseen. Maasulkukokeiden aikana molemmat releet tunnistivat viallisen johtolähdön oikein, mutta EOR-D:t antoivat lisäksi myös transienttihälytyksen hiljattain käyttöönotetulle johtolähdölle, joka oli edellisien maasulkukokeiden aikana ollut vielä tyhjänä (varalähtö). Syyksi indikaatiolle paljastui kaapelivaipan maadoituksen tuonti kaapelivirtamuuntajan läpi väärin päin.

kaapelivaipan maadoitus

Kaapelivaipan oikea maadoitustapa kaapelivirtamuuntajan läpi (A-Eberle)

J12

Kaapelivaipan maadoituksen toteutus ennen korjauksia

Kaapelivaipan maadoituksen tuonti väärin virtamuuntajan läpi aiheutti sen, että lähdön kennoterminaali, sekä EOR-D-rele mittasivat nollavirran virheellisesti. Sähköasemalla tehdyn kaapelivaipan maadoituksen läpi kulkeva virta riippuu syötettävän johtolähdön ominaisuuksista: Vikavirran johtuminen maasta kaapelivaippaan summautuu eri maadoituspisteistä niiden impedanssien suhteessa. Näin ollen tästä virhekytkennästä aiheutuva mittausvirhe voi vaihdella laajasti tapauksesta riippuen.

Perinteiseen U0 /I0-mittaukseen perustuva suojarele ei pysty havaitsemaan tällaista virhettä, sillä sen toiminta-kuvio on yleensä selektiivisyyden saavuttamiseksi määritelty siten, että pääosin kapasitiivinen (myös induktiivinen) virta jaa toimintakuvion ulkopuolelle, kun asettelut on tehty sammutetun verkon parametreja käyttäen. Näin ollen terveiden johtolähtöjen tuottama (kapasitiivinen) vikavirta ei aiheuta maasulkukokeissa terveen johtolähdön virhetoimintoa sammutetun verkon tilanteessa, vaikka summavirtamuuntajan johdotuksessas olisi virhe. Suojauksen kannalta oleellista on, että kennoterminaalin näkemä resisitiivisen vikavirran osuus vian aikana johtolähdöllä on käytännössä nolla. Näin ollen vikavirran jatkuvan tilan mittaukseen perustuvan suojareleen on mahdotonta havaita mittauksessa mitään normaalista poikkeavaa toiminta-alueen ollessa resistiivisen virran alueella.

esimerkki perinteisestä suunnatusta suojauksesta

Esimerkki perinteisestä suunnatusta maasulkusuojauksesta kulmankääntölogiikalla (VAMP 257 manuaali)

Suunnatussa maasulkusuojauksessa asetellaan tyypillisesti jokin kiinteä vähimmäisraja I0-virralle. Vian suunnan määrittämiseksi esimerkiksi VAMP-releessä käytetään yleisesti RES/CAP-asettelua, jolloin aktiivisena on oheisen kuvan RES- tai CAP-alue riippuen siitä onko sammutuskela verkossa. Tässä tapauksessa maasulkukokeissa kela oli verkossa ja rele toimi RES-alueella. Tällöin kaikki (puhtaasti) kapasitiiviset, sekä induktiiviset virrat jäävät toiminta-alueen ulkopuolelle, kuten myös vastakkaiseen suuntaan menevät resistiiviset virrat. 

Transienttien tunnistus

Maasulun alkaessa terveiden johtolähtöjen maakapasitanssit purkautuvat maan kautta ja palaavat vikapaikan ja viallista johtolähtöä pitkin. Ensimmäisen jakson aikana verkon induktiiviset komponentit eivät kerkeä vielä reagoida varauksien purkautumiseen, mutta tämän jälkeen ne vaimentavat tämän ns. transientin ja maasulkuvirta muuttuu stabiiliksi.

esimerkki transientistä

Esimerkki maasulun transientistä, kesto kokonaisuudessaan 2 ms ensimmäinen jakso noin 250 µs

Riippumatta verkon rakenteesta tämä maasulun alussa tapahtuva transientti on havaittavissa kaikkien maasulkujen alkaessa, myös sammutetun verkon maasuluissa. Lyhytaikaisen ja amplitudiltaan korkean transientin tunnistus vaati suojareleeltä erityisen korkeaa näytteenottotaajuutta (> 10 kHz) sekä luotettavaa algoritmia. 

transientti

Varauksien purkautuminen terveiltä lähdöiltä transientin aika (A-Eberle)

Transientin tunnistusmenetelmä on osoittautunut kaikissa aiemmin tehdyissä maasulkukokeissa hyvin luotettavaksi ja niin tälläkin kertaa viallisen johtolähdön (J10) tunnistus tapahtui oikein: Viallisen vaiheen nollavirta lähtee muutosilmiön alussa samaan suuntaan kuin nollajännite. Terveiden vaiheiden nollavirrat sen sijaan lähtevät vastakkaiseen suuntaan (ks. oheiset esimerkkikuvat)

terveet vaiheetviallinen vaihe

Terveiden ja viallisen johtolähdön varaus- ja purkautumisvirtojen kuvaajat (A-Eberle)

Terveelle johtolähdölle J12, jossa kaapelivaipan maadoitus oli tuotu väärin, virran polarisaatio oli kääntynyt ja näin ollen EOR-D tulkitsi myös sen vikalähdöksi transienttihavainnoin perusteella, vaikka resistiivisen virran osuus olikin pieni.

Näennäisen virhetoiminnan jälkeen suojareleiden mittauksien johdotukset tarkistettiin ja syyksi paljastui väärin päin tuotu maadoituskaapeli.

Mikäli virheellistä johdotusta ei olisi löydetty, niin J12 johtolähdöllä tapahtuvassa maasulussa johtolähdön relesuojaus ei olisi todennäköisesti toiminut oikein, joka olisi aiheuttanut varasuojan (kiskon U0-suojaus) laukeamisen ja tarpeettoman laajan häiriötilanteen.