Sähkönjakeluverkkojen yleisin vika on tunnetusti yksivaiheinen maasulku. Erilaisia maasulun vianpaikannusmenetelmiä on tutkittu runsaasti viime vuosina, mutta käytäntöön soveltuvia ratkaisuja ei ole juurikaan tuotu markkinoille. Suurimpina haasteina ovat olleet muun muassa menetelmien asettamat vaatimukset mittaustarkkuudelle sekä soveltuvuus suuri-impedanssisesti maadoitettuihin jakeluverkkoihin.
Artikkeli on julkaistu Power & Automation -lehdessä 1/2010.
ABB:llä on kehitetty perustaajuisia mittauksia hyödyntävä reaktanssiin perustuva maasulun vianpaikannusmenetelmä, joka on osoittautunut erittäin lupaavaksi sekä tarkkuutensa että yksinkertaisuutensa puolesta. Ensimmäinen versio menetelmästä on implementoitu REF630-kennoterminaaliin, jolla voidaan paikantaa maastaerotetun verkon maasulkuja. Tuotekehitystä jatketaan kompensoidun verkon vianpaikannuksen osalta.
Vikaetäisyyden määrittäminen
Menetelmän perustana on symmetristen komponenttien teoria ja siitä johdetut verkon sijaiskytkentämallit, joissa vika sijaitsee joko niin sanotun ekvivalenttikuorman edessä tai takana [1]. Ekvivalenttikuorman sijainti lähdöllä on asetteluarvo, joka voidaan määrittää hyödyntäen esim. käytöntukijärjestelmän (DMS) tehonjakolaskentaa.
Maasta erotetussa verkossa vikaetäisyyden laskenta perustuu vian aiheuttaman muutoksen hyödyntämiseen perustaajuisissa virta- ja jännitemittauksissa. Kompensoidun verkon tapauksessa voidaan käyttää hyväksi vian aikaisia muutoksia, jotka saadaan aikaan kytkemällä joko kuristimen rinnakkaisvastus päälle tai pois tai muuttamalla kompensointiastetta.
Kattavaa kenttätestausta
ABB on vuodesta 2004 lähtien suorittanut ja evaluoinut yli 1 000 maasulkukoetta tavoitteenaan kehittää uusia maasulun vianpaikannus- ja suojausalgoritmeja sähkönjakeluautomaatioon. Osa kokeista on tehty Savon Voima Verkko Oy:n jakeluverkossa. Kokeissa vikavastus vaihteli parista ohmista useisiin kymmeniin ohmeihin.
Kuvassa on esitetty testilähdön ominaisuudet ja yhteenveto testituloksista. Verkko on normaalisti kompensoitu, mutta sitä voidaan käyttää myös maastaerotettuna. Tulosten mukaan kehitetyllä uudella algoritmilla voidaan paikantaa pieniohmisia maasulkuja. Lisäksi algoritmi antaa estimaatin vikapaikan vikavastuksesta, joka on erittäin hyödyllinen arvioitaessa laskennan luotettavuutta.
Verkon älykkyys kasvaa
Kasvavien käyttövarmuus- ja luotettavuustavoitteiden vuoksi vianpaikannuksesta on tulossa tärkeä lisätoiminto suojareleisiin ja se on keskeinen tekijä tulevaisuuden älyverkoissa. Tämän vuoksi vianpaikannustoiminnallisuutta tullaan viemään sähköasematasolta syvemmälle verkkoon, esim. verkkokatkaisija-asemille, jolloin vianpaikannuksen laskennallista tarkkuutta voidaan edelleen täsmentää ja myös viallinen johtohaara paikallistaa.
Fakta: Testilähtö ja koetulokset
[1] Altonen J., Wahlroos A.,”Advancements in fundamental frequency impedance based earth-fault location in unearthed distribution networks”, CIRED 2007