Ledningsskyddssystem för stamnätet

SVENSKA ^ KRAFTNÄT ENHET, VERKSAMHETSOMRÅDE NK, Koirörollanläggningar VAR BETECKNING TR02-05-2-1 DATUM SAMRAD AN,AS,AT TEKNISK RIKTLINJE zctm /rfrhf & UTGÅVA 5 TD FASTSTÄLLD Ledningsskyddssystem för stamnätet 1/15

Uppdateringar Utgåva Ändringsnot Datum C Ny dokumentmall och ändring från KATS till TR2 2008-06-26 D Olika fabrikat i sub 1 och sub 2. (sida 5) Störningsskrivarfunktion i sub 1 och sub 2. (sida 6) Längsdifferentialskydd i sub 2 för ledningar kortare än 25 km.(sida 8) 2009-12-20 5 Omarbetad. 2/15

Innehåll 1 Allmänt... 5 1.1 Felbortkopplingsfilosofi... 5 2 Funktioner... 5 2.1 Allmänt... 5 2.1.1 Reläskyddskommunikation, RSK... 6 2.1.2 Skydd för brytarfel... 6 2.1.3 Automatisk återinkoppling... 6 2.1.4 Störningsskrivarfunktion och fellokalisator... 7 2.1.5 Övrigt... 7 2.1.6 Speciella krav för parallellgående ledningar... 7 2.1.7 Speciella krav vid risk för pendlingar... 8 2.2 Skyddskoncept för 400 kv stamnät... 8 2.2.1 Skydd för enkelledningar, LS41... 8 2.2.2 Skydd för kort enkelledning, LS42.... 8 2.2.3 Skydd för kablar, LS43... 9 2.2.4 Skydd för seriekompenserad ledning, LS44... 9 2.2.5 Skydd för flerpunktsledningar... 10 2.2.6 Skydd för radiella ledningar... 10 2.3 Skyddskoncept för 220 kv stamnät... 10 2.3.1 Skydd för enkelledning, LS21... 11 2.3.2 Skydd för kort enkelledning, LS22... 11 2.3.3 Skydd för kablar, LS23... 11 2.3.4 Skydd för ledning med påstick, LS21P... 11 2.3.5 Skydd för radiella ledningar... 12 3 Tekniska krav... 13 4 Utformning... 13 4.1.1 Utlösningsavställare... 13 4.1.2 Utlösningsfunktioner... 14 4.1.3 Indikeringar... 14 4.1.4 Larm och signaler... 14 3/15

4.1.5 Provning... 14 5 Bilagor... 15 5.1 Bilaga 1. Felbortkopplingstider... 15 5.2 Bilaga 2. Skydd för 400 kv enkelledningar, LS41... 15 5.3 Bilaga 3. Skydd för 400 kv kort ledning, LS42... 15 5.4 Bilaga 4. Skydd för 400 kv kablar, LS43... 15 5.5 Bilaga 5. Skydd för 400 kv seriekompenserade ledningar, LS44... 15 5.6 Bilaga 6. Skydd för 220 kv enkelledningar, LS21... 15 5.7 Bilaga 7. Skydd för 220 kv kort ledning, LS22... 15 5.8 Bilaga 8. Skydd för 220 kv kablar, LS23... 15 5.9 Bilaga 9. Skydd för 220 kv ledning med påstick, LS21P... 15 4/15

1 Allmänt 1.1 Felbortkopplingsfilosofi De övergripande kraven på skyddssystem för transmissionsnät kan formuleras kortfattat enligt följande: Skyddssystemet ska vara så utformat att felbortkoppling ska ske även om en godtycklig komponent i felbortkopplingssystemet inte fungerar. Detta innebär att i den händelse att ett reläskydd inte löser vid fel på nätet ska det finnas andra reläskydd som övertar huvudskyddets uppgift I den händelse att en strömbrytare inte fungerar vid felbortkopplingen ska andra strömbrytare kunna överta den felande strömbrytarens uppgift och på kortaste möjliga tid koppla bort felet. Skyddssystemet ska alltså innehålla brytarfelsskydd. Skyddssystemet ska vara så utfört att ett av subsystemen kortvarigt kan vara ur drift. Det i drift kvarvarande subsystemet ska vara så utfört att godtagbar felbortkopplingsmöjlighet erhålls. Ledningen får inte drivas helt utan skydd. I detta dokument avhandlas enbart ledningsskydd för växelström. 2 Funktioner 2.1 Allmänt I detta avsnitt beskrivs vissa funktioner som inte är skyddsfunktioner men som påverkar eller påverkas av skyddssystemet. Denna text ska ses som en övergripande beskrivning av i vilka situationer och hur funktionerna ska påverka varandra. Specifika krav på varje enskild funktion beskrivs i respektive TR. Ledningsskyddssystemet ska ge momentan bortkoppling av alla kortslutningar och jordfel längs hela ledningssträckan varför kommunikation krävs mellan stationerna i ledningsändarna. Momentan utlösning innebär att felströmmen ska vara borta inom en viss maximal total felbortkopplingstid som utgörs av summan av flera olika funktionstider i t.ex. skydd, kommunikation, utlösningsreläer, brytare. En sammanställning av krav på maximala funktionstider finns i bilaga 1. Jordfel som ger nollföljdsströmmar större än eller lika med 120 A ska selektivt kunna kopplas bort. 5/15

Ledningsskydden i ena ledningsändan ska vara reservskydd för samlingsskeneskyddet i motstående station och koppla bort fel på samlingsskenan inom 0,5 s. De ska även utgöra reservskydd för de övriga till motstående station anslutna ledningarna. Ledningsskydd består normalt av distansskydd, ZS och 4-stegs jordfelsskydd, JS med reläskyddssamverkan, RSK mellan ledningsändarna. I applikationer för korta, parallellgående, seriekompenserade eller flerpunktsanslutna ledningar kan ZS och JS inte alltid uppfylla felbortkopplingskravet. I dessa fall ska längsdifferentialskydd, LDS användas tillsammans med ZS och JS och då krävs normalt inte reläskyddskommunikation, RSK. 2.1.1 Reläskyddskommunikation, RSK Ledningsskydd använder RSK för att få snabb och selektiv bortkoppling. RSK för 400 kv ska använda redundanta kanaler, som ska ha olika kommunikationsvägar. För 220 kv avgörs från fall till fall om redundanta kanaler ska användas eller om gemensam kanal för både sub 1 och sub 2 kan användas. RSK ska finnas för både distansskydd och jordfelsskydd och ska kunna ställas överräckande eller underräckande oberoende av varandra. 2.1.2 Skydd för brytarfel Brytarfelsskydd, BFS, ska finnas för varje brytare, och aktiveras från alla ledningsskyddsfunktioner, inte från nollspänningsautomatik, U0. I ställverk där kärnkraft finns ansluten, eller i vissa fall i stationer i närheten av kärnkraftverk, ska utlöst BFS för ledningsbrytare även skicka reläskyddsacceleration till motstående ledningsände. På motsvarande sätt ska även utlöst BFS (för tvåbrytarställverk) alternativ utlöst samlingsskeneskydd, SS (för enkelbrytarställverk) i motstående station skicka reläskyddsacceleration till ledningsbrytaren i ställverket med kärnkraft ansluten. Om ledningsbrytaren samtidigt är transformatorbrytare, i exempelvis påsticksstationer, ska BFS skicka fjärrutlösning, FUT till övriga ledningsändar. Brytarfelsskydd kan i dessa fall tillhöra transformatorskyddet, därför ska FUT sändaren inte vara beroende av ledningsskyddet och placeras då i fackskåpsdelen. 2.1.3 Automatisk återinkoppling Vid fel på ledningar finns automatisk återinkoppling i form av snabbåterinkoppling, SÅI, och fördröjd återinkoppling, FÅI. Förutsättning för SÅI är att funktionen genomförs mellan stationer som är synkroniserade mot varandra dvs. det måste alltså finnas andra kopplingar mellan stationerna än den egna ledningen. 6/15

SÅI ska endast finnas på ledning med egen ledningsbrytare, inte då ledningsbrytaren samtidigt är transformatorbrytare I en korrekt SÅI-sekvens ska ledningen vara spänningslös under en inställd tid. Denna tid är normalt 700 ms. Det förutsätter att ledningsskydden har momentan funktion i båda ledningsändarna vilket kräver fungerande reläskydds kommunikation mellan skydden. SÅI funktion aktiveras från momentana steg på distansskydd och jordfelsskydd alternativt endast från längsdifferentialskydd då sådant finns, dock inte från mottagen FUT eller vid utlösning efter tillslag mot fel. SÅI kan förekomma på ledningar som innehåller påstick där FUT löser dessa. I dessa fall ska man kontrollera att ledningen är spänningslös innan SÅI kan tillåtas. Om risken finns för att kringliggande stationer kan bli asynkrona mot varandra, så måste SÅI kompletteras med utrustning för synkroniseringskontroll. FÅI funktion aktiveras från samtliga ledningsskyddsfunktioner förutom nollspänningsautomatik, U0. 2.1.4 Störningsskrivarfunktion och fellokalisator Störningsskrivarfunktion ska finnas i samtliga skydd där registrering av analoga mätstorheter och digitala signaler från eget objekt ska sparas vid en störning. Fellokalisator ska installeras i respektive ledningsskydd. 2.1.5 Övrigt Om FUT används på ledningen så ska denna ha redundanta kanaler på 400 kv. För 220 kv ledningar kan det i vissa fall accepteras att FUT för både sub 1 och sub 2 använder en gemensam kommunikationskanal. FUT ska inte använda kanaler i LDS kommunikation. För att undvika att långa tomgående ledningar söderut matar in alltför hög reaktiv effekt mot norra Sverige ska de seriekompenserade långa ledningarna i sin norra ända förses med bakeffektsskydd som ger utlösning av lokala brytare efter viss inställd fördröjning om både reaktiv effekt och spänning överstiger inställda värden. Funktionen benämns QS och funktionen ska kunna kopplas ur. 2.1.6 Speciella krav för parallellgående ledningar Med parallellgående ledning avses en transmissionsledning mellan två stationer som helt eller delvis går parallellt med annan ledning. 7/15

Skydd på parallellgående ledningar kan vid störningar påverkas av räckviddsförändringar och vändande felströmmar. Det innebär att man i vissa fall ska installera strömreverseringslogiker för ledningsskydden i vardera ledningsänden. 2.1.7 Speciella krav vid risk för pendlingar Vid pendlingar i nätet kan det finnas risk för att distansskydd får obefogad funktion. I normala fall anses risken vara liten för sådana pendlingar i stamnätet men i vissa fall, exempelvis på utlandsförbindelser kan risken vara högre och då kan det bli aktuellt att aktivera pendlingsspärr som ska finnas i distansskyddet. 2.2 Skyddskoncept för 400 kv stamnät 2.2.1 Skydd för enkelledningar, LS41 Med enkelledning avses en transmissionsledning vanligtvis längre än 25 km mellan två stationer med starka inmatningar. Sub 1 bestyckas med: > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Reläskyddskommunikation, RSK > Brytarfelsskydd, BFS > Snabbåterinkoppling, SÅI. Sub 2 bestyckas med: > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Reläskyddskommunikation, RSK > Brytarfelsskydd, BFS > Snabbåterinkoppling, SÅI. Utöver detta ska någon sub bestyckas med U0 automatik. 2.2.2 Skydd för kort enkelledning, LS42. Med kort ledning avses vanligtvis ledning kortare än 25 km. I skydd för korta ledningar enligt LS42 är steg 1 i ZS normalt blockerat då LDS är ok. SÅI startas endast vid utlösning från LDS samt ZS och JS saknar reläskyddskommunikation. Sub 1 bestyckas med: 8/15

> Längsdifferentialskydd, LDS > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Snabbåterinkoppling, SÅI > Brytarfelsskydd, BFS. Sub 2 bestyckas med: > Längsdifferentialskydd, LDS > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Snabbåterinkoppling, SÅI > Brytarfelsskydd, BFS. Utöver detta ska någon sub bestyckas med U0 automatik. 2.2.3 Skydd för kablar, LS43 Skydd för ledningar som utgörs av kabel utförs lika som LS42, men utan återinkoppling. Utlöst LDS ska ge tillmanöverblockering. Om det finns flera kablar i varje fas ska man vid fel kunna detektera vilket kabelförband som är felbehäftat. Detta görs med längsdifferentialskydd utan utlösningsfunktion för varje kabelförband. Detta gäller även då ledningen består av både friledning och kabel. I vissa fall kan återinkoppling finnas, men den ska blockeras vid fel på kabeldelen. Återinkoppling ska ske med synchro-check. 2.2.4 Skydd för seriekompenserad ledning, LS44 LDS är primärskyddet som löser momentant för fel på hela ledningen och som startar SÅI. Distansskyddet ska vara anpassat så att det inte felfungerar för de impedansförändringar och den spänningsreversering som seriekondensatorerna kan ge upphov till. Kraven gäller även för angränsande ledningar där seriekondensatorns kapacitans påverkar inställning av distansskydden. Någon zon ska kunna vara bakåtriktad i förhållande till övriga zoner. På grund av kravet att ledningsskydd ska koppla bort fel i motstående station inom 0,5 s så ska någon zon kunna vara riktat bakåt, mot ställverket, och efter utlösning, dvs 0,4 s, sända RSK SS till andra ändan, som då löser på överräckande zon. Reläskyddskommunikationen kan för denna funktion använda kommunikationen i LDS. 9/15

Det ska även vara möjligt att välja överräckande kommunikation med steg 3. Sub 1 bestyckas med: > Längsdifferentialskydd, LDS > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Reläskyddskommunikation, RSK > Snabbåterinkoppling, SÅI > Brytarfelsskydd, BFS. Sub 2 bestyckas med: > Längsdifferentialskydd, LDS > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Reläskyddskommunikation, RSK > Snabbåterinkoppling, SÅI > Brytarfelsskydd, BFS. Utöver detta ska någon sub bestyckas med U0 automatik och bakeffektskydd, QS. 2.2.5 Skydd för flerpunktsledningar Med detta menas linjer med tre eller fler starka inmatningar och som inte har karaktären av påstick. Skyddsutformning för denna typ av ledning kräver särskild förstudie. Eventuellt kan speciella lösningar behöva användas. 2.2.6 Skydd för radiella ledningar Om den radiella ledningen ansluter till ett starkt underliggande maskat nät kan den betraktas som en normal ledning med skyddsutformning enligt LS41 eller LS42. Om den radiella ledningen ansluter till ett ställverk med svag eller ingen annan koppling till stamnätet används skyddsutformning enligt LS41 utan SÅI och RSK men kompletterat med redundant FUT. Vid höga krav på selektivitet används skyddsutformning enligt LS42 utan SÅI. 2.3 Skyddskoncept för 220 kv stamnät Av olika skäl kan även 220 kv-ledningar bestyckas enligt skyddskoncept för 400 kv. Dessa skäl kan vara ledningens betydelse för nätet, ledning i områden med höga felströmmar eller i tättbebyggt område. 10/15

2.3.1 Skydd för enkelledning, LS21 Skydd för LS21 utförs lika som LS41 med skillnaden att skydd i sub1 och sub2 använder samma kanal för RSK. För skydd i sub2 sker RSK via överdragsreläer till sub1. 2.3.2 Skydd för kort enkelledning, LS22 Med kort ledning avses vanligtvis ledning kortare än 25 km Skydd för LS22 utförs lika som LS42 med skillnaden att skydd i sub1 och sub2 använder samma kommunikationsväg för LDS. 2.3.3 Skydd för kablar, LS23 Skydd för LS23 utförs lika som LS43. 2.3.4 Skydd för ledning med påstick, LS21P Med en ledning med påstick menas att till en huvudledning mellan två stationer finns en eller flera ledningar anslutna utan ett riktigt ställverk i anslutningspunkten. En på detta sätt ansluten ledning benämns påsticksledning. Skyddsutformningen för en ledning med påstick ska vara en kombination av ledningsskydd och fjärrutlösningskanaler. Se även bilaga 9. Ledningsskydd i huvudledningens ändpunkter, ska var utformad enligt LS21 och kompletteras med en FUT-sändare och FUT-mottagare. Då all kommunikation till påsticksstationerna sker via en av ledningens huvudändar så kommer omfattningen av FUT-sändare, FUT-mottagare och TPE-utrustning att skilja mellan huvudändarna. När ledningsskydden i huvudändarna ger utlösningssignal ska de förutom att lösa sin lokala brytare dessutom sända fjärrutlösningssignal till varje påsticks ledningsbrytare från FUT-sändare i sub 1. SÅI kan finnas i huvudledningens ändpunkter och ska då kompletteras med spänningslöshetskontroll Om det i påsticksstationerna inte finns någon renodlad ledningsbrytare, utan funktionen finns i en transformatorbrytare så ska BFS för dessa brytare skicka FUT till alla ledningsändar. Mottagen FUT ska förutom utlösning, också blockera SÅI och FÅI. FUT-systemet ska vara möjligt att prova med ledningen i drift på ett säkert sätt. En utlösningsavställare med mätuttag i respektive sub ska finnas i den ledningsände där vidaresignalering sker. Vid provning kan man då ställa av FUT-systemet i respektive sub och därefter bygla den kanal man vill prova. På det sättet behöver man inte bemanna samtliga påsticksstationer vid provning. Skydd för ledningens huvudändar Sub 1 bestyckas med: 11/15

> Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Reläskyddskommunikation, RSK mot ledningens andra huvudände > Brytarfelsskydd, BFS > Snabbåterinkoppling, SÅI med synkrocheckfunktion > Fjärrutlösningssändare till andra änden samt till respektive påstick > Fjärrutlösningsmottagare. Sub 2 bestyckas med: > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Reläskyddskommunikation, RSK mot ledningens andra huvudände via överdrag till sub1 > Brytarfelsskydd, BFS > Snabbåterinkoppling, SÅI med synkrocheckfunktion > Fjärrutlösningsmottagare från respektive påstick (hör inte till ledningsskydd utan placeras i fackskåp). Utöver detta ska någon sub bestyckas med U0 automatik. Skydd för ledningens påsticksändar Sub 1 bestyckas med: > Distansskydd, ZS > 4-stegs jordfelsskydd, JS > Brytarfelsskydd, BFS > Fjärrutlösningsmottagare. Sub 2 bestyckas med: > Fjärrutlösningssändare för BFS-utlösning > Fjärrutlösningsmottagare. Utöver detta ska någon sub bestyckas med U0 automatik. 2.3.5 Skydd för radiella ledningar Om den radiella ledningen ansluter till ett starkt underliggande maskat nät kan den betraktas som en normal ledning med skyddsutformning enligt LS21 eller LS22. 12/15

Om den radiella ledningen ansluter till ett ställverk med svag eller ingen annan koppling till stamnätet används skyddsutformning enligt LS21 utan SÅI och RSK men kompletterat med FUT i sub1. 3 Tekniska krav Tekniska krav redovisas i TR02 för respektive skyddsfunktion. 4 Utformning Skyddssystemet ska vara uppbyggt av två system benämnda Sub 1 och Sub 2 vilka ska vara helt oberoende av varandra och vara av olika fabrikat. Varje längsdifferentialskydd ska tillhöra samma sub i alla ledningsändar. Varje IED ska utföras med utlösningskombinationer med snabb och övertagande funktion. Kontakter i utlösningskombinationen används för utlösning av brytare, BFS start samt eventuell FUT och nätvärn. BFS start ska enbart ske via utlösningskombinationen och från samma utlösningsrelä som ger utlösning av brytaren. 4.1.1 Utlösningsavställare Det ska finnas en avställningsenhet på framsidan av respektive reläskåp i sub 1 och i sub 2, och via denna ska alla digitala signaler som påverkar primärprocessen anslutas. Utlösningsavställaren markerar gränsen mellan reläskåpsfunktioner och fackskåpsfunktioner. Följande funktioner ska kunna ställas av: > Utlösning av brytare > BFS utlösning och start > TM (från SÅI) > FÅI start > FUT sändning och nätvärn. > TM-block (för kablar) 13/15

FUT mottagare ska placeras i fackskåpsdelen av reläskåpet och får inte vara beroende av reläskyddet och inte heller av R-spänning. FUT sändare placeras i reläskåpet om det endast är ledningsskyddet som sänder. Om skydd från andra objekts också sänder, ska FUT-sändaren placeras i fackskåpsdelen i reläskåpet. 4.1.2 Utlösningsfunktioner Ledningsskyddet löser brytare, startar BFS och FÅI och sänder eventuell FUT eller nätvärnsaktivering. 4.1.3 Indikeringar Indikeringar för starter och utlösningar ska finnas på respektive IED. Kvittering av indikeringar ska enkelt kunna ske från fronten på respektive IED. 4.1.4 Larm och signaler Signaler som genereras i ett skydd ska beroende på vilken signal det gäller grupperas till stort eller litet larm som ska indikeras med signalföljande indikering på IED:n. Larmkontakter för motsvarande reservlarm ska finnas på IED:erna. 4.1.5 Provning Alla skydd ska kunna provas på ett säkert sätt via ABB provdon. Via provdonet ska man kunna komma åt alla mätstorheter, utlösningar, tillmanövrar, brytarlägen och reläskyddkommunikation. Händelser från skyddsfunktioner samt start av externa störningsskrivare ska blockeras vid provning. 14/15

5 Bilagor 5.1 Bilaga 1. Felbortkopplingstider 5.2 Bilaga 2. Skydd för 400 kv enkelledningar, LS41 5.3 Bilaga 3. Skydd för 400 kv kort ledning, LS42 5.4 Bilaga 4. Skydd för 400 kv kablar, LS43 5.5 Bilaga 5. Skydd för 400 kv seriekompenserade ledningar, LS44 5.6 Bilaga 6. Skydd för 220 kv enkelledningar, LS21 5.7 Bilaga 7. Skydd för 220 kv kort ledning, LS22 5.8 Bilaga 8. Skydd för 220 kv kablar, LS23 5.9 Bilaga 9. Skydd för 220 kv ledning med påstick, LS21P 15/15

[Skriv text] Felbortkopplingstider text] [Skriv Feltyp Funktionstid (ms) Utlösningsrelätid (ms) Extra relätid vid BFS utl. (ms) Fördröjning steg2 BFS tid Komm. tid (ms) Brytartid Närbelägna ledningsfel <30 <10 Brytartid Fel i bortre änden av ledningen <40 <10 <20 Brytartid Fel på samlingsskenan i angränsande station (Fjärreserv) <40 <10 ZS2-tid eller JS2-tid Brytartid Fel på ledning samt brytarfel <30 <10+10 <10 BFS-tid Brytartid Felbortkoppling vid BFS utlösning i angränsande station i närheten av kärnkraftverk <30 <10+10 <10 BFS-tid <20 Brytartid TEKNISK RIKTLINJE TR02-05-2-1 utg 5 Bilaga 1 Sida 1 av 1