Utrustning för FPS-funktion

SVENSKA KRAFTNÄT ENHET, VERKSAMHETSOMRÅDE NK, KontralljjnJäggningar i>ö VÅR BETECKNING TR02-06-02 DATUM SAMRÅD Utrustning för FPS-funktion SvK4005, v4.0, 2016-04-27

2 (13) Uppdateringar Utgåva Ändringsnot Datum B Första utgåva 96-11-15 C Ny dokumentmall och namnändring från KATS till TR2 08-07-02 D Uppdaterad efter rapport N-407_FPS-parametrar Uppdaterad i följande kapitel: 1.1, 2.1-2.3, 3.1-3.2, 3.6 och 4.1-4.4. Ny logga. 10-03-15 5 Ny mall. Språkligt korrigerad och justerad. 2018-05-11

3 (13) Innehåll 1 Allmänt... 4 1.1 Bakgrund... 4 1.2 Begrepp... 4 1.2.1 Fasning... 4 1.2.2 Parallellning... 5 1.2.3 Spänningssättning... 5 1.2.4 Svävning... 5 1.2.5 Förgivningstid... 5 1.2.6 Inställbar... 6 1.2.7 Valbar... 6 2 Funktionskrav... 6 2.1 Allmänt... 6 2.2 Fasningsfunktion... 7 2.3 Parallellningsfunktion... 7 2.4 Spänningssättningsfunktion... 7 3 Tekniska krav... 8 3.1 Allmänt... 8 3.2 Instrumentering... 8 3.3 Inkopplingskretsar... 9 3.4 Mätspänningar... 10 3.5 Mätmetod och säkerställning... 10 3.6 Parametrar och mätområden... 11 3.7 Isolation och standarder... 11 3.8 Mätspänning... 12 4 Utformning... 12 4.1 Provning och underhåll... 12 4.2 In- och utgångar... 12 4.3 Händelsehantering och indikering... 13 4.4 Larmhantering... 13

4 (13) 1 Allmänt 1.1 Bakgrund FPS är en förkortning av funktionerna Fasning, Parallellning och Spänningssättning. FPS-utrustningarnas uppgift är att efter initiering ge automatiskt tillslag av brytare när detta med hänsyn till fasvinkel-, spännings- och frekvensskillnad, mellan de vid kopplingsställena anslutna näten kan tillåtas. I princip ska brytartillslag ske när skillnaderna i fasvinkel, spänning och frekvens är så små som möjligt. På så sätt erhålls minsta möjliga utjämningsström och därmed minimal påverkan i kraftsystemet. Gränsvärden finns för maximalt tillåtna skillnader mellan de nät som brytaren ska koppla ihop. FPS-funktionen och dess utrustning är normal metod att slå till brytare under såväl När- som Fjärrkontroll. FPS-funktion ska i första hand installeras en per brytare. I en liten station kan en gemensam FPS-funktion med utvalsreläer accepteras. Detta ska dock godkännas av Svenska kraftnäts teknikansvarige i berört projekt. En för flera fack gemensam FPS-utrustning innebär att brytarna i dessa fack använder en gemensam FPS-utrustning. FPS-utrusningen kopplar då via en vallogik in aktuellt objekts mätstorheter samtidigt som utrustningens parametrar till lämpliga värden. Logiken ska säkerställa att endast ett objekt kan kopplas mot FPSutrustning och att nedkoppling sker före nästa objekt kopplas mot FPSutrustningen. 1.2 Begrepp 1.2.1 Fasning Med fasning avses att två nät helt skilda från varandra sammankopplas. I praktiken innebär detta att näten sammankopplas under frekvensskillnad. ~ ~ Figur 1 Figuren visar två kraftsystem (1 resp.2) utan förbindelse. De båda systemen har med stor sannolikhet skilda frekvenser. Med generatorbrytaren

5 (13) A, fasas aggregatet in mot kraftsystem 2. Med ledningsbrytaren B belägen i annan station, fasas de båda kraftsystemen 1 och 2 samman. 1.2.2 Parallellning Med parallellning avses sammankoppling av två nätdelar som i andra punkter redan är hopkopplade. Detta innebär sammankoppling under frekvenslikhet. Figur 2 Figuren visar två kraftsystem med förbindelse. Det sammankopplade kraftsystemet (1+2) har i hela nätet en och samma frekvens. Med brytaren B parallellas ledningen med stationens samlingsskena. 1.2.3 Spänningssättning Med spänningssättning avses sammankoppling av spänningslös nätdel med spänningsförande nät. ~ Figur 3 Figuren visar två kraftsystem, där det ena (1) är spänningsförande och det andra (2) är spänningslöst. Kraftsystem 2 kan bestå av nät och stillastående produktionskällor eller enbart belastning. Med brytaren B spänningssätts system 2 från system 1. 1.2.4 Svävning Med svävning, T, avses svävningstid dvs. periodtiden för skillnadsfrekvensen. Sambandet mellan skillnadsfrekvens f i Hz och svävningen i sekunder är: T = 1/ f 1.2.5 Förgivningstid Med förgivningstid, t, avses den tid innan faslikhet som utrustningen måste avge tillslagsimpuls, TM. Tiden åtgår för att kompensera yttre tidsfördröjningar som effektbrytares tillslagstid och mellanliggande hjälpreläers funktionstid.

6 (13) 1.2.6 Inställbar Med inställbar avses här inställning av parametrar och funktionsområden. Inställningen utförs antingen med inbyggda inställningsorgan eller med speciellt anslutna hjälpmedel. 1.2.7 Valbar Med valbar avses här omkoppling av parametrar och funktionsområden samt val av funktion genom påverkan från yttre inkopplingslogik. Det valda värdet gäller individuellt för varje anslutet objekt. 2 Funktionskrav 2.1 Allmänt > Utrustningen ska snabbt och säkert avgöra om F -, P - eller S - förhållanden föreligger. > Förhållanden som under mätperioden förändras ska medföra att pågående funktion spärras och ny mätning med de nya kriterierna startar. > Parametrar för inkopplingskriterierna ska vara inställbara och valbara för varje delfunktion (F, P och S). > Utrustningen ska vara självövervakande. Övervakningen ska fungera såväl under vila som under pågående funktion. > Blockeringsingång för yttre mätspänningsövervakning ska finnas. > Utrustningen ska vara utförd i moduler uppbyggda efter funktion. Detta ska medge att var och en av funktionerna F, P, S kan blockeras eller uteslutas var för sig. Det är valfritt med hårdvarumässig integration eller separat uppbyggda funktionsenheter. > Det ska finnas en övervakningsfunktion som efter inställbar tid avbryter inkopplad FPS om vald brytare inte slagits till. Villkoren för denna funktion är FPS-utrustningen startad och något villkor för inkoppling inte uppfyllt och max mättid överskriden. > Det ska vara möjligt att kompensera för olika kopplingsbilder för U1 och U2. Detta utförs normalt med hjälp av parametrering i den IED som FPSfunktionen finns, men kan för äldre utrustningar åstadkommas med mellanspänningstransformator. > Ingångar för parameterval kan vara fysiska I/O eller via stationsbuss. > Nedbrytning av mätspänningar till instrument ska ske efter utgiven TM-puls. > Mätningen ska vara filterad så att endast frekvensen 50 Hz ±5 Hz påverkar funktionen.

7 (13) För manöver av brytare från driftcentral eller lokalt HMI ska det även finnas möjlighet att välja en tidsbegränsad funktion för Rak manöver (manöver utan automatisk fasningskontroll). Denna manövermöjlighet ska innebära att tillmanöver inte går via FPS-utrustningen, och ska användas företrädesvis vid fel på FPSutrustingen. 2.2 Fasningsfunktion Följande krav gäller: > Funktionsgräns för största tillåtna vinkelskillnad vid inkoppling ska finnas. Betecknas:. Krav mindre än ±5 grader. > Minsta tillåtna svävningstid T 0, som bestämmer högsta tillåtna frekvensskillnad vid inkoppling, ska vara inställbar. Betecknas: min T 0. > Största tillåtna spänningsskillnad vid inkoppling ska vara inställbar. Betecknas: U > Tillslagsimpulsens förgivningstid ska vara oberoende av frekvensskillnaden. Utrustningen ska vara försedd med valbara förgivningstider, med steg om högst 10 ms. När en FPS-utrustning betjänar fler än en brytare ska det finnas parameterval för de förgivningstider som krävs plus ytterligare 2 parameterval. > När en FPS-utrustning hanterar ett tvåbrytarfack behövs endast parameterval för två förgivningstider. > Ett definierat mätområde för frekvensskillnad ska finnas. Betecknas: f max - f min Hz. > Funktionen ska kunna blockeras från yttre inkopplingslogik. 2.3 Parallellningsfunktion Följande krav gäller: > Vid parallellning kan frekvensskillnad förekomma endast i form av vinkelpendling mellan nätdelarna. Av tekniska skäl måste ett gränsvärde för största frekvensskillnad sättas. När detta värde underskrids anses parallellningskriteriet vara uppfyllt. > Största tillåtna vinkelskillnad ska vara inställbar. > Största tillåtna spänningsskillnad ska vara inställbar. > Funktionen ska kunna blockeras från yttre inkopplingslogik. T.ex. från fasning av generatorer. 2.4 Spänningssättningsfunktion Följande krav gäller:

8 (13) > Vid spänningssättning överstiger en av spänningarna en fastställd miniminivå och betraktas som spänningsförande. Den andra spänningen understiger ett fastställt maximivärde och betraktas som spänningslös. För spänningssättningsfunktion ska frekvensskillnadskontroll inte ingå som villkor om spänningsnivåerna i sig uppfyller kriteriet för funktion. > Spänningssättning ska kunna ske i båda riktningarna > Spänningssättningsriktningen ska vara valbar > Miniminivån för spänningsförandekriteriet ska vara inställbar. Betecknas: U min > Maximinivån för spänningslöshetskriteriet ska vara inställbar. Betecknas: U max > Funktionen ska kunna blockeras från yttre inkopplingslogik. 3 Tekniska krav 3.1 Allmänt Utrustningens normala drifttillstånd är Automatik. Spänningarna ska kunna observeras med FPS-funktionens mätinstrument för att manuellt kunna slå till brytaren från stationens kontrollrum, t.ex. vid fel på utrustningen. Funktionen benämns "Reservfasning". Utformningen av denna funktion beror av vilken teknik som i övrigt används i stationens kontrollanläggning. Reservfasning ska bestå av instrumentering enligt avsnitt 3.2 samt lokalt direkttillslag i stationens kontrollrum 3.2 Instrumentering Till FPS-utrustningen hör också ett antal mätinstrument för visuell övervakning av funktionen vid automatisk funktion och vid utnyttjande av reservfasning. Instrumenten ska bestå av: > Visning av vinkelskillnad > voltmeter, för visning av båda spänningarnas amplitud (U1 och U2) > frekvensmeter, för visning av båda spänningarnas frekvens. I likhet med det som gäller för Hand/Auto-funktionen får utförandet vad avser mätinstrumenten avgöras av stationens övriga kontrollanläggningsutformning. Instrumenten kan vara fast monterade om de kan avläsas från samtliga manöverplatser i kontrollrummet eller i annat fall mobila med uttag i respektive

9 (13) fack/reläskåp där reservmanöver kan utföras. Instrumenten ska kunna kopplas in både vid reservfasning och vid automatiskt tillslag via FPS-utrustning. 3.3 Inkopplingskretsar FPS-utrustning kan installeras på olika sätt. En komplett FPS-utrustning per brytare, per tvåbrytarfack eller en för hela anläggningen gemensam utrustning som betjänar samtliga brytare. Med en utrustning gemensam för flera objekt i skilda fack används inkopplingskretsar, som efter initiering av FPS-funktionen leder in objektets spänningar till utrustningen, startar utrustningens mätförlopp och leder ut utrustningens tillslagsimpuls till brytaren. I de fall varje brytare har sin egen utrustning kan inkopplingskretsarna ges ett mycket enkelt utförande. Med gemensam utrustning för hela ställverket krävs ett mer omfattande utförande. Denna s.k. inkopplingslogik ska ha följande funktioner: > Välja, beroende på driftläggning, in brytarfackets aktuella mätspänningar till utrustningen. > Koppla om utrustningens parametrar avseende spänningsskillnad, svävningstid, förgivningstid till för objektet passande värden. > Välja om aktuellt objekt ska blockera någon av F-, P- eller S-funktionerna. Till exempel, om valt objekt enbart får fasa ska P- och S-funktionerna automatiskt blockeras. > Styra ut utrustningens TM-impuls till avsedd brytare. > Förhindra samtidig inkoppling av flera FPS-objekt till samma utrustning. Med en FPS-utrustning för ett tvåbrytarfack gäller följande funktioner > Välja in brytarfackets aktuella mätspänningar till utrustningen. > Välja om aktuellt objekt ska blockera någon av F, P eller S-funktionerna. > Styra ut utrustningens TM-impuls till avsedd brytare. > Båda brytarna ska kunna spänningssätta, parallella och fasa. > Spänningssättning av en ledning eller transformator utförs normalt först med A-brytaren varefter B-brytaren parallellar om B-skenan är spänningsförande spänningssätter B-skenan om den är spänningslös.

10 (13) Inkopplingslogiken för ovanstående funktioner ska täcka stationens samtliga, driftmässigt korrekta, kopplingsbilder. Inkopplingslogiken ska förhindra inval av FPS-objekt vid utlöst säkring eller motsvarande för någon av objektets mätspänningar. Inkopplingslogiken ska utföras så att säkringsövervakningen korrekt följer spänningsvalet. Exempelvis vid inkoppling av ersättningsbrytare ska det ersatta brytarobjektets spänningsövervakning automatiskt väljas in i inkopplingskretsarna. Vid datorutförande (IED) kan funktionen realiseras i egen hårdvara eller integreras i en fackdator. Om FPS-utrustningen hanterar ett tvåbrytarfack ska inkopplingslogiken ligga i fackdator eller i FPS-utrustningen för respektive fack om den innehåller en programmerbar datormodul. 3.4 Mätspänningar FPS-utrustningen arbetar normalt med enfasig avkänning i fas L2 på ledningsobjekt. Ibland kan huvudspänning behöva utnyttjas, t.ex. vid spänningsavkänning på transformatorers deltasida. Spänningen ska hämtas från spänningstransformatorer. Avkänning med hjälp av strömtransformatorers kondensatorbelägg ska inte utnyttjas, på grund av den börda som kan finnas i mätkretsen. Modern FPS-utrustning bidrar med en obetydlig börda, men anläggningens synkroniseringsmätinstrument kan svara för 15 20 VA som fordrar en förstärkare i beläggströmkretsen vilket ska undvikas. I spänningskretsarna för FPS-utrustningen ska spänning benämnd U 1 representera ledning, transformator eller aggregat, och U 2 representera samlingsskenespänning. Saknar ställverket lämpligt belägna spänningstransformatorer ska spänningsavkänningen ordnas via driftläggningsval. Om FPS-utrustningen saknar möjlighet att via parameterinställning kompensera för nivå- eller vinkelskillnad mellan mätspänningarna ska mellantransformatorer användas. 3.5 Mätmetod och säkerställning Mätning av inkommande signaler och utvärdering av dessa sker under viss tid. Tiden får bestämmas av aktuell utrustnings prestanda. Under mätperioden ska förändringar i signalkaraktären p.g.a. primära kraftsystemhändelser upptäckas och hinna påverka funktionen. Krav på korta mättider föreligger för frekvens- och vinkelskillnadsmätning p.g.a. aggregats eller ö-blocks retardation och acceleration.

11 (13) Mätvärden ska dock vara stabila under viss tid för att villkoren ska anses uppfyllda. Denna tid benämns Min mättid. 3.6 Parametrar och mätområden I = inställbar, V = valbar, t = förgivningstid (Tillslagstid för brytare + hjälpreläer) Värden inom [ ] anger normalt inställda värden Funktion Fasning Parallellning Spänningssättning Inställningsparameter Sp.skillnad " U" % 0 20 % (I) 0 55 % (I) ------- [20 %] [40 %] Vinkelskillnad. max ± 5. för 5 90 (I) -------- " " grader funktion [60 gr.] Område för 0,03 0,5 Hz -------- -------- frekvensskillnad f max f min [0,22 Hz] Blockering vid ------- >0,01 Hz -------- frekvesskillnad " f" Hz Svävningstid "min max T0" sek. 2 40 sek (I) [4,5 30 sek] Förgivningstid 20 500 ms ------- -------- t ms. ( I ) Nivå för sp.- förande U min ------- ------- > 60 100 % ( I ) [85 %] Nivå för sp.- löshet U max ------- ------- < 20 60 % ( I ) [50 %] Spänningssättningsriktning U1 U2 (V) U2 U1 (V) Funktionstid efter Min_mättid Min_mättid Min_mättid grundtiden +"t" Max mättid 120 sek 60 sek 60 sek Min mättid 40 ms 40 ms 40 ms TM-impulsens längd Begränsas av Till-indikeringen 200 300 ms 200 300 ms 200 300 ms 3.7 Isolation och standarder Alla ingångs- och utgångskretsar ska vara isolerade mot jord och mot varandra. Utrustningen ska uppfylla de standarder och generella krav som anges i TR02-03- 02. Om funktionen realiseras i datorteknik ska den även uppfylla krav enligt TR02-03-03.

12 (13) 3.8 Mätspänning Utrustningens mätspänningsingångar ska vara avsedda för nominella spänningar upp till 110 V. Mätområdet ska täcka 0 160 V. Maximal börda per mätingång 3 VA. Instrumenteringen, synkronoskop, dubbelvolt- och dubbelfrekvensmeter ska ha ett mätområde som täcker kraven för utrustningens mätområde i avsnitt 3.6. Kravet avser även synkronoskopets funktion med avseende på vinkelmätning och rotation. 4 Utformning 4.1 Provning och underhåll För funktionsprovning av FPS-utrustning ska utrustningen vara försedd med anordning för avställning av utgående funktion och kunna försättas i provningsläge. I provningsläge ska testspänningar kunna anslutas och utgående funktioner kunna mätas. FPS-funktion ingår normalt i fackkontrollenhet. 4.2 In- och utgångar Ingångar (fysiska I/O eller I/O via stationsbussen): > Inkoppling FPS-objekt > Hand/Auto omkoppling (beroende på övrig kontrollanläggning) > Val av Rak Manöver för DC > Blockering från säkringsövervakning för mätspänningar > Blockering av F-, P- eller S-funktion (Om utrustningen betjänar flera brytare) > Avbryt inkoppling Utgångar (fysiska I/O eller I/O via stationsbussen): > Indikering FPS-pågår > Indikering Hand/Auto (beroende på övrig kontrollanläggnings utformning) > Tillmanöverpuls > Signal för internt fel i utrustningen > Utgång för signal för internt fel ska även alltid finnas på reläkontakt för anslutning till reservlarmsystem.

13 (13) 4.3 Händelsehantering och indikering Händelseindikeringar från FPS-utrustningen till signalutrustning överförs normalt via stationsbuss. I stationer utan stationsbuss ska det finnas utgångskontakter för anslutning till utrustning för händelseregistrering. Händelseregistrering utförs enligt TR02-08-03. 4.4 Larmhantering Larm från FPS-utrustningen till signalutrustning överförs normalt via stationsbuss, men i stationer utan stationsbuss via utgångskontakter. Alla larm ska dessutom kopplas till reservlarmssystemet. För reservlarm ska varje IED ha egna kontakter för respektive larmgrupp som skapas i IED:n. Aktiverade larmgrupper ska även indikeras på fronten av IED:n. IED ska ge larm för såväl bortfall av matningsspänning som internt reläfel (IRF) och fel i andra mjukvarubaserade övervakningsfunktioner. Larmet ska ges via såväl ordinarie system som reservlarm.