Sarjakondensaattorien luotettavuus ja kunnonhallinta

Abstract

Sarjakondensaattorien tehtävänä on parantaa sähköverkon transientti- ja jännitestabiiliutta, vähentää häviösähkökustannuksia sekä optimoida tehonjakoa. Fingridin sarjakondensaattorien luotettavuus on ollut historiallisesti tarkasteltuna huono, mutta epäkäytettävyysajat ovat olleet lyhyitä. Diplomityön tarkoituksena on löytää syyt huonolle luotettavuudelle ja esittää ehdotuksia luotettavuuden parantamiseksi. Diplomityö on osa Fingrid Oyj:n strategista hanketta: Rajasiirtoyhteyksien luotettavuuden parantaminen. Diplomityön teoreettisessa osassa esitellään sarjakompensoinnin taustaa ja sarjakondensaattorin rakennetta sekä kunnonhallinnan teoriaa. Tulososiossa esitellään sarjakondensaattorien vikatilastot, vioista aiheutuvat haitat ja RCM-analyysin tulokset. Tulososiossa käsitellään myös sarjakondensaattorien elinkaarta sekä kipinävälistä luopumista. Työn johtopäätös oli, että suurin osa sarjakondensaattorien vioista johtuu suojaus- ja ohjausjärjestelmästä. Suojaus- ja ohjausjärjestelmän viat ovat aiheutuneet pääsääntöisesti signaalinsiirto- ja teholähdevioista sekä tuntemattomista syistä. Sarjakondensaattorien vikojen aiheuttamia vastaostokustannuksia työssä arvioitiin markkinasimulointiin pohjautuvalla menetelmällä, jonka perusteella ohituksella on merkittävä vaikutus siirtokykyyn, mutta ennustettujen siirtotarpeiden valossa vastaostojen aiheutumisen todennäköisyys on melko pieni. Arvioinnissa käytetty menetelmä osoittautui kehityskelpoiseksi. Saatujen tulosten perusteella Fingrid tulee panostamaan viankorjausvalmiuden kehittämiseen. Lisäksi suojaus- ja ohjausjärjestelmän FAT- ja SAT-testausta sekä tyyppihyväksyntämenettelyä tullaan kehittämään.

Series capacitors are used to improve dynamic system stability, to reduce the cost of energy losses, and to optimize the load sharing of a power system. In a historical perspective, Fingrid's series capacitors have been unreliable, but the unavailability times have been short. The purpose of this thesis is to determine the causes for the unreliability of the series capacitors, and to propose reliability improvements. The thesis is a part of Fingrid's strategic project: Improving the reliability of cross-border connections. The theoretical section of the thesis deals with the background of series compensation, the physical structure of series capacitors, and the theory of maintenance management. The result section introduces fault statistics, the effects of the capacitor faults, and results of the RCM-analysis. The result section also deals with the life cycle of series capacitors, as well as phasing out the use of spark gaps. The conclusion of the thesis is that the main cause of the faults is the control and protection system. The control and protection system faults are mainly caused by signal transmission faults, laser power supply faults, and unknown reasons. The counter trade caused by a series capacitor fault was estimated by a power market simulation model based method. According to the simulation results, the series capacitor faults have a relatively big impact on transmission capability. However the probability of counter purchases caused by the fault is still quite low. The power market model based method proved to have a lot of potential for development. Based on the results of the thesis, Fingrid will focus on improving fast fault correction. Furthermore, the FAT- and the SAT-testing protocols of the control and protection system, as well as the type approval procedure, will be improved.