Kantaverkon ABCKirjoitussarja esittelee kantaverkon keskeisiätoimintaperiaatteita, laitekokonaisuuksia ja komponentteja.Sarjan tähän mennessä julkaistuihin kirjoituksiin voit tutustuaverkkosivuillamme osoitteessa www.fingrid.fi.Fenno-Skan 2 onTARKOIN TESTATTU TASASÄHKÖYHTEYSFenno-Skan 2 -tasasähköyhteys on ennen viime lokakuussa alkanutta koekäyttövaihettaan läpäissytkymmeniä järjestelmätason kokeita, joilla varmistettiin yhteyden toimivuus niin normaalikäytössäkuin poikkeustilanteissakin.Teksti: Timo Kiiveri ja Tuomas Rauhala • Kuvat: Harri Nurminen ja FutureimagebankTasasähköyhteyden teknisen suorituskyvyn varmistaminenalkoi jo projektin määrittelyvaiheessa. Toiminnallinenspesifikaatio sisälsi takuuarvovaatimuksiajärjestelmän suorituskyvylle, kutenenergiakäytettävyys, vikojen lukumäärä,häviöt, siirtoteho jne. Tämänlisäksi spesifikaatiossa vaadittiinsuoritettavaksi tietyt testit sekä viitattiinkansainvälisiin standardeihinja suosituksiin, sikäli kuin niitä onolemassa.Merikaapelitoimitukseen määritettiinkaapelille tehtävät tyyppikokeet,jotka noudattelevat pitkältiCigren (Conseil International des Grands Réseaux Electriques)suosituksia ”Recommendations for tests of powertransmission DC cables for a rated voltage up to 800 kV,Electra 189, April 2000”.Merikaapelia testattiin mekaanisesti ja sähköisestitehtaalla Norjan Haldenissa. Sähköiset testit sisälsivätkuormitussykli- ja polariteetinvaihtokokeet sekä kylmässä(0 °C) että lämpimässä (15 °C) ympäristössä. Kaapeli ei saatesteissä vaurioitua mekaanisesti eikä sähköisesti. Jännitekuormituskokeen aikana vaihteli + 900 kV – - 900 kV (+/-1,8·U 0, missä U 0on kaapelin nimellisjännite 500 kV) sekäpolariteetin vaihdossa -700 kV–+700kV (+/- 1,4·U 0). Kokeiden aikana tarkkailtiinkaapelin virtaa, jännitettä,painetta, lämpötilaa sekä osittaispurkausarvoja(PD). Lisäksi kaapelillesuoritettiin kytkentäjännitetestit±950 kV 250µs/ 2 500µs pulssilla. Salamasyöksyjännitetestittehtiin ±1000kV 0.5–5µs/50µs pulssilla.Tyyppikokeiden lopuksi kaapelilletehtiin testi, jossa se yritettiin rikkoasähköisesti suurimman kestotason määrittämiseksi. Testitlopetettiin kuitenkin 1 050 kV tasolla, koska pelättiin, ettälaboratorion testijärjestelmä rikkoutuu, ei niinkään merikaapeli.Tyyppikokeet tehtaalla kestivät yhteensä noin vuoden.Lisätiedon saamiseksi suoritetuissa informatiivisissatyyppikokeissa mitattiin kaapelin osittaispurkaustasot uudelleen.Alkuperäiset osittaispurkausmittaukset olivat hyö-FINGRID 3/<strong>2011</strong> | 32
Näkymä Rauman venttiilihallista.dyttömiä, koska laboratorion ulkopuolisten häiriöiden suurimäärä sotki tulokset. Asennuksen jälkeen kaapelia testattiin700 kV DC-jännitteellä 15 minuutin ajan sekä otettiinkaapelin sähköinen sormenjälki kaapelitutkalla.Konvertteriasemien komponenttien ja osajärjestelmientestaus voidaan karkeasti jakaa tehtaalla tapahtuvaantyyppi- ja rutiinikoetestaukseen, rakennuspaikalla suoritettavaantestaukseen (piirikaavioiden läpisoitto, kojeidentestiohjaukset ja tarkastukset ennen jännitteenantoa jaosajärjestelmätestit) sekä tehonsiirtokokeeseen. Tässäartikkelissa kuvataan tehonsiirtotestien suoritusta ja olennaisialinkin verkkovaikutuksia.Fenno-Skan 2 ja 1 ovat HVDC-yhteys AC-siirtoverkon rinnallaSuomen ja Ruotsin välillä. Koska tehonsiirtokokeettapahtuivat normaalin käytön ohessa, suuren tehon kokeet(> 550 MW) aiheuttivat tilapäisiä rajoituksia maiden väliseenrajasiirtokapasiteettiin. Lisää haasteita kokeiden ajosuunnitelmiinaiheuttivat huokean vesisähkön suuri määräNorjassa ja hieman yllättäen tulleet Ruotsin viranomaisenpäätökset Etelä-Ruotsin ydinvoimalaitosten (7 yksikköä)alasajosta ”kunnes tarvittavat selvitykset on tehty”. Tehonsiirtokokeetkestivät yhteensä noin 1,5 kuukautta.Testit aloitettiin minimiteholla (40 MW) siirtosuuntanaitä (Finnböle tasasuuntaajana ja Rauma vaihtosuuntaajana),koska se oli optimaalisempi siirtotilanne markkinoidenkannalta. Aluksi testattiin linkin virtasäätö minimiteholla,hitaalla virransäätörampilla. Näin varmistuttiin, että kaikkiperustoiminnot ja toiminnallisuudetovat kunnossa ennensiirtymistä suurempiin tehoihin.Päivän lopussa ns. hätä-seistoiminnonyhteydessä Raumankonvertterin neutraalipiirissätapahtui ylilyönti erovirtamuuntajassa.Kyseisessä toiminnossamerikaapelin, joka toimii kutensuuri kondensaattori, varauspuretaan muutamassa kymmenessämillisekunnissa. Erovirtamuuntajanylilyönnin takia testiensiirtosuunnaksi muutettiinidästä länteen. Kokeet jatkuivatvirtasäädöllä minimiteholla,linkin tehonsiirron äkillisessäkeskeyttämisessä (tyristorinohjauspulssit sammutetaanja tasavirralle tarjotaan suorakulkutie venttiilin läpi) hyödynnettävieneri sekvenssien eli X-,Y-, Z¬- ja S-blokeerauksien sekärinnakkaisten, A- ja B-säätöjärjestelmienristiintestauksella.Onnistuneiden kokeiden jälkeenlinkin teho ajettiin virtasäädöllä200 MW:iin ja samalla testattiinsäädön toiminta konvertteriasemien välisten teleyhteyksienpuuttuessa.Seuraava koekokonaisuus oli normaali tehosäätö 0–200MW, synkroni- ja asynkronikäytössä. Linkkiä ajettiin myösalennetun jännitteen (0,8 pu) kokeessa, jolla esimerkiksiCDVC- (cable dependant voltage control) säätö toimii. Konvertteriasemantoiminnallisuus testattiin myös katkomallaapusähkösyöttöjä vuorotellen ja varmistumalla, että suojaus-ja säätöjärjestelmä toimii edelleen moitteettomasti.Seuraavalla viikolla jatkettiin kesken jääneitä pienen tehontestejä siirtosuuntana itä. Alimitoitetut ja vioittuneetkojeet oli tällä välin poistettu neutraalipiiristä. Käytännössätoistettiin edellisen viikon testit vastakkaiseen siirtosuuntaan.Onnistuneiden pienen tehon siirtotestien jälkeen aloitettiinsuuren tehon testit. Siirtosuuntana pidettiin edelleen itä,koska markkinoiden toiminta häiriytyi tällöin mahdollisimmanvähän. Testit aloitettiin jälleen virtasäädöllä. Seuraavatestitapaus oli tehosäätö, mutta nyt linkki ajettiin nimellisteholle,800 MW. Ensimmäisen kerran Fenno-Skan 2 siirsi800 MW (vastaanottavan pään AC-teho) syyskuun 21. päivänä<strong>2011</strong>. Seuraavaksi testattiin loistehonsäätö RPC (reactivepower control), suodattimia kytkettiin manuaalisesti päälle/pois ja katsottiin, että automatiikka palauttaa tarvittavanmäärän niitä verkkoon, riippuen asetetusta kuolleesta alueesta(dead band). Samalla testattiin vakioloisteho ja -jännitesäätömoodit.Fenno-Skan 2:n loistehonsäädön normaalilänteen. Kokeet jatkuivat virtasäädöllä minimiteholla, linkin tehonsiirron äkillisessä keskeyttämisessä(tyristorin ohjauspulssit sammutetaan ja tasavirralle tarjotaan suora kulkutie venttiilin läpi) hyödynnettävieneri sekvenssien eli nk. X-, Y-, Z- ja S-blokeerauksien sekä rinnakkaisten, nk. A- ja B-säätöjärjestelmienristiintestauksella. Onnistuneiden kokeiden jälkeen linkin teho ajettiin virtasäädöllä 200 MW:iin ja samallatestattiin säädön toiminta konvertteriasemien välisten teleyhteyksien puuttuessa.Seuraava koekokonaisuus oli normaali tehosäätö 0–200 MW, synkroni- ja asynkronikäytössä. Linkkiäajettiin myös alennetun jännitteen (0,8 pu) kokeessa, jolla esimerkiksi CDVC- (cable dependant voltagecontrol) säätö toimii. Konvertteriaseman toiminnallisuus testattiin ns. lennosta katkomalla syöttöjävuorotellen ja varmistumalla, että suojaus- ja säätöjärjestelmä toimii edelleen moitteettomasti.Seuraavalla viikolla jatkettiin kesken jääneitä pienen tehon testejä siirtosuuntana itä. Alimitoitetut javioittuneet kojeet oli tällä välin poistettu neutraalipiiristä. Käytännössä toistettiin edellisen viikon testitvastakkaiseen siirtosuuntaan.Onnistuneiden pienen tehon siirtotestien jälkeen aloitettiin suuren tehon testit. Siirtosuuntana pidettiinedelleen itä, koska markkinoiden toiminta häiriytyi tällöin mahdollisimman vähän. Testit aloitettiin jälleenErikoissäätö Säädön toiminnan tavoite Säädön testaustapaHätätehonsäätö eliemergency powercontrol (EPC)Sähkömekaanistenheilahtelujenvaimennussäätö elipower oscillationdamping control (POD)Automaattinentaajuuden säätö eliautomatic frequencycontrol (AFC)Alisynkronistenvärähtelyjenvaimennussäätö elisubsynchronousdamping control(SSDC)Keventää vaihtosähköyhteyksientehonsiirron tasoa muuttamallaautomaattisesti DC-siirtoa perustuenennalta määritettyihin pohjoismaisensähköjärjestelmän mittaussuureisiin.Muuttaa nopeasti, noin 3 sekunninjaksoissa, DC-siirtoa Etelä-Suomen jaEtelä-Skandinavian suurtentuotantokeskittymien välillä tapahtuvien,jaksonajaltaan noin 3 sekunnintehoheilahtelujen mukaisesti.Muuttaa DC-siirtotehoa Suomen ja Ruotsintaajuuseroon pohjautuen. Säädön toimintakäytännössä rajoittuu niihin harvinaisiintilanteisiin, jolloin Suomen ja Ruotsinvoimajärjestelmät eivät olesynkronikäytössä.Parantaa järjestelmän poikkeustilanteissatasasähköyhteyden vaikutustapitkäakselisten turbiinigeneraattoreidenmekaanisten vääntövärähtelyidenvaimennukseen.Eri hätätehonsäätötoiminnotaktivoitiin manuaalisestikäyttöönoton johtajantoimesta.Vaimennussäädönmittauspiiriin syötettiinsignaaligeneraattoristasinisignaali, jonka jaksonaikaoli noin 3 sekuntia ja jokaaktivoi säädön.Automaattisen taajuussäädönmittauspiiriin syötettiinsignaaligeneraattoristasinisignaali, jonka jaksonaikaoli noin 3 minuuttia ja jokaaktivoi säädön.Alisynkroniset värähtelytherätettiin emuloidun DC-vianavulla eli tasasähköyhteydensuojausjärjestelmälleaiheutettiin virhetoiminto, jokakäynnistipikajälleenkytkentäsekvenssin.Vaikka erikoissäätöjen testaus suoritettiinkin normaalissa käyttötilanteessa, tasasähköyhteyden vaste"lavastettuihin" poikkeustilanteisiin vaikutti osin AC-järjestelmän jännitteisiin ja taajuuteen. Siksi sekäerikoissäätöjen että linkin loistehonsäätöön liittyvien kokeiden järjestelmävaikutusten minimoimiseksiFINGRID 3/<strong>2011</strong> | 33kokeet vaativat erityisvalmisteluja niin linkin toimittajan kuin verkkoyhtiöidenkin puolella.Järjestelmävaikutuksiltaan merkittävimmiksi kokeiksi muodostuivat linkin loistehosäätöön liittynyt osakoe,jossa todennettiin tasasähköyhteyden ja voimajärjestelmän välisen loistehotasapainon suurimmat normaalin
Change language