Utrustning för FPS-Funktion

SvK4005, v3.3, 2012-08-09 ENHET, VERKSAMHETSOMRÅDE NK, Kontrollanläggning VÅR BETECKNING TR02-06-2 DATUM SAMRÅD 2010-03-15 NK, NU TEKNISK RIKTLINJE UTGÅVA D Utrustning för FPS-Funktion (Fasning-Parallellning- och Spänningssättning) 1/17

Uppdateringar Utgåva Ändringsnot Datum B Första utgåva 96-11-15 C Ny dokumentmall och namnändring från KATS till TR02 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 2/17

Innehåll 1 ALLMÄNT... 4 1.1 Bakgrund... 4 1.2 Definitioner... 5 2 FUNKTIONSKRAV... 7 2.1 Allmänt... 7 2.2 Fasning... 8 2.3 Parallellning... 8 2.4 Spänningssättning... 8 3 TEKNISKA KRAV... 9 3.1 Allmänt... 9 3.2 Instrumentering... 9 3.3 Inkopplingskretsar... 10 3.4 Mätspänningar... 11 3.5 Mätmetod och säkerställning... 12 3.6 Parametrar och mätområden... 12 3.7 Isolation och standarder... 13 3.8 Mätspänning... 13 4 UTFORMNING... 13 4.1 Provning och underhåll... 13 4.2 In och utgångar... 13 4.3 Händelsehantering... 14 4.4 Mekanisk Uppbyggnad... 14 3/17

1 ALLMÄNT 1.1 Bakgrund FPS är en förkortning av funktionerna Fasning- Parallellning- och Spänningssättning. FPS-utrustningarnas uppgift är att efter initiering ge automatisk tillkoppling av brytare då detta med hänsyn till fasvinkel-, spännings- och frekvensskillnad, mellan de vid kopplingsställena anslutna näten, kan tillåtas. I princip ska brytartillslag ske då ovan nämnda tillstånd är så små som möjligt. På så sätt erhålls minsta möjliga utjämningström och därmed minimalt påverkan i kraftsystemet. I praktiken har flera gränsvärden tagits fram för vid vilka nivåer hopkoppling under olika nättillstånd får ske. I samband med införandet av lokala automatiker och Fjärrkontroll, kom krav på automatiskt och kontrollerat brytartillslag vid fasninng-, parallellnings- och spänningssättningssituation. FPS-funktionen och dess utrustning utgör idag stationens normala metod att slå till brytare under såväl När- som Fjärrkontroll. FPS-utrustning skall i första hand installeras ett per fack. I en liten station kan en gemensam FPS-utrustning med utvalsreläer accepteras efter förhandling med SvK. Detta skall dock före leverans godkännas av SvK:s teknikansvarige i berört projekt. I de fall det installeras en gemensam utrustning för flera fack innebär det att samtliga facks brytare nyttjar en gemensam FPS-utrustning som då via en vallogik kopplar in aktuellt objekts mätstorheter samtidigt som utrustningens parametrar kopplas om till lämpliga värden. Logiken skall säkerställa att endast ett objekt kan kopplas mot FPSutrustning och att nedkoppling sker före nästa objekt kopplas mot FPS-utrustningen. FPS-utrustning kan integreras i samma hårdvara som fackkontroll men inte i hårdvara för skydd. 4/17

1.2 Definitioner Med "F" i FPS avses Fasning d.v.s. sammankoppling av två nät helt skilda från varandra. I praktiken innebär detta sammankoppling under frekvensskillnad. Figur 1. Figuren visar två kraftsystem (1 resp.2) utan förbindelse. De båda systemen har med stor sannolikhet skilda frekvenser. Med generatorbrytaren A, fasas aggregatet in mot kraftsystem 2. Med ledningsbrytaren B belägen i annan station, fasas de båda kraftsystemen 1 och 2 samman. Med "P" i FPS avses Parallellning d.v.s. 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. 5/17

Med "S" i FPS avses Spänningssättning dvs. 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 spänningssättes system 2 från system 1. Med "svävning", betecknas "T", avses svävningstid d.v.s. längden i sekunder på skillnadsfrekvensens period. Sambandet mellan skillnadsfrekvens Δ f i Hz och svävningen i sekunder ser ut enl. följande: T = 1 /Δf Med "förgivningstid", betecknas "t", avses den tid innan faslikhet som utrustningen måste avge tillslagningsimpuls, TM. Tiden åtgår för att kompensera yttre tidsfördröjningar som effektbrytares tillslagstid och mellanliggande hjälpreläers funktionstid. Med "inställbar" avses här inställning av parametrar och funktionsområden. Inställningen utförs antingen med inbyggda inställningsorgan eller med speciellt anslutna hjälpmedel. 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. 6/17

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 edge 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 kallad brytare inte slagits till. Villkoren för denna funktion är FPSutrustningen startad och något villkor för inkoppling inte uppfyllt och max mättid överskriden. > Det skall vara möjligt att kompensera för olika kopplingsbilder för U1 och U2. Detta kan ske med mellanspänningstransformator eller med hjälp av parametrering i en IED. > Ingångar för parameterval kan var fysiska I/O eller binära I/O via stationsbuss. > Nedbrytning av mätning skall ske efter utgiven TM-puls. > Mätningen skall vara stabiliserad så att endast frekvenser av 50 Hz ±5 Hz påverkar funktionen. 7/17

2.2 Fasning Följande krav gäller: > Funktionsgräns för största tillåtna vinkelskillnad vid inkoppling ska finnas. Betecknas: Δ φ. Krav mindre än +/- 5 grader. > Minsta tillåtna svävningstid d.v.s. högsta tillåtna frekvensskillnad vid inkoppling ska vara inställbar. Betecknas: min T0. > Största tillåtna spänningsskillnad vid inkoppling ska vara inställbar. Betecknas: Δ 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 bekänar fler än en brytare skall det finnas parameterval för de förgivningstider som erfordras plus ytterligare 2 parameterval. När ett FPS-utrustning hanterar ett tvåbrytarfack behövs endast parameterval för två förgivningstider > Ett definierat och uppgivet mätområde för frekvensskillnad ska finnas. Betecknas: Δ fmax- Δ fmin Hz. 2.3 Parallellning 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. Ex. från fasnings objekt för aggregat. 2.4 Spänningssättning Följande krav gäller: > Vid spänningssättningsförhållande överstiger en av spänningarna en viss miniminivå, den nivån betraktas som spänningsförande. Den andra nivån understiger ett visst maximivärde och anses då vara spänningslös. För spänningssättningfunktion ska frekvenskillnadskontroll ej ingå som villkor om spänningsnivåerna i sig uppfyller kriteriet för funktion. 8/17

> Spänningssättning ska kunna ske i båda riktningarna > Spänningssättningsriktningen ska vara valbar > Min. nivån för spänningsförandekriteriet ska vara inställbar. Betecknas: Umin > Max. nivån för spänningslöshetskriteriet ska vara inställbar. Betecknas: Umax > Funktionen ska kunna blockeras från yttre inkopplingslogik. 3 TEKNISKA KRAV 3.1 Allmänt Utrustningens normala drifttillstånd är Automatik. I den händelse något fel uppstått i utrustningen ska det gå att under observation av spänningarnas tillstånd manuellt slå till brytaren från stationens kontrollrum. Funktionen benämns "Reservfasning". Exakt hur denna möjlighet tekniskt utförs blir beroende på vilken teknik som i övrigt används i stationens kontrollanläggning. Reservfasning skall bestå av instrumentering enligt 3.2 samt lokalt direkttillslag i stationens kontrollrum. När reservfasning används skall FPS-utrustningen kopplas bort. För manöver av brytare från driftcentral eller lokalt HMI skall det även finnas en tidsbegränsad funktion för Rak manöver (manöver utan automatisk fasningskontroll). 3.2 Instrumentering Till FPS-utrustningen hör också ett antal mätinstrument för visuell övervakning av funktionen vid automatisk funktion och vid utnyttjande av handfasning (Reservfasning). Instrumenten ska bestå av: > Synkronoskop, för visning av vinkelskillnad. > Dubbelvoltmeter, för visning av båda spänningarnas amplitud (U1 och U2). > Dubbelfrekvensmeter, för visning av båda spänningarnas frekvens. Synkronoskopets rotationsriktning ska vara definierat enligt följande; medurs rotation betyder att spänningen U1:s frekvens är högre än U2:s. Det är en fördel om synkronoskopet är försett med texten För fort och pil angivande medurs rotationsriktning. I likhet med det som gäller för Hand/Auto-funktionen får det exakta utförandet vad avser mätinstrumenten avgöras av stationens övriga kontrollanläggningsutformning. 9/17

Instrumenten kan vara fast monterade om de kan avläsas från samtliga manöverplatser i kontrollrummet eller i annat fall mobila med uttag i respektive fack/reläskåp där reservmanöver kan utföras. Instrumenten skall kunna kopplas in både vid manuellt tillslag av brytare och vid automatiskt tillslag av brytare. 3.3 Inkopplingskretsar FPS-utrustning kan installeras på olika sätt. Ett komplett FPS-utrustning per brytare, per tvåbrytarfack eller ett för hela anläggningen gemensam utrustning betjänande ett ställverks samtliga brytare. Med en utrustning gemensam för flera objekt i skilda fack nyttjas inkopplingskretsar, som efter initiering av FPS-funktionen leder in objektets spänningar till utrustningen, startar upp 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 för spänningsskillnad, svävningstid, förgivningstid till för objektet passande värden. > Välja om aktuellt objekt ska blockera någon av F-, P- eller S-funktionerna. Ex. 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 inkopplingsvillkor: > 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 skall kunna spänningssätta, parallella och fasa både ledning och skena eller transformator och sekundärskenan. 10/17

> Spänningssättning av en ledning eller transformator utförs det med A-brytaren varefter B-brytaren parallellar om B-skena är spänningsförande eller spänningssätter B-skenan om den är spänningslös. Inkopplingslogiken för ovanstående funktioner ska täcka stationens samtliga, driftmässigt korrekta, kopplingsbilder. Inkopplingslogiken ska förhindra kallning av FPS-objekt vid utlöst säkring eller motsvarande för någon av objektets mätspänningar. Inkopplingslogiken ska utföras så att säkringsövervakningen korrekt följer spänningsvalet. Ex. vid inkoppling av ersättningsbrytare ska det ersatta brytarobjektets spänningsövervakning automatiskt väljas in i inkopplingskretsarna. Vid PLC-tillämpning kan funktionen förläggas i egen hårdvara eller integreras i en fackdator. Om FPS-utrustningen hanterar ett tvåbrytarfack skall inkopplingslogiken ligga i fackdator eller i FPS-utrustningen för respektive fack om den innehåller en programmerbar PLC-modul. 3.4 Mätspänningar FPS-utrustningen arbetar normalt med enfasig avkänning i S-fas 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 nyttjas 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 vilket då kräver förstärkare i beläggströmkretsen. En komplikation som ska undvikas. I spänningskretsarna för FPS-utrustningen ska spänning benämnd U1, representera ledning, transformator, eller aggregat och U2 representera samlingsskenespänning. Saknar ställverket lämpligt belägna spänningstransformatorer ska spänningsavkänningen ordnas via driftläggningsval. Om FPS-utrustningen saknar möjlighet att kompensera, via parameterinställning, för nivå- eller vinkelskillnad mellan mätspänningarna skall mellantransformatorer enligt bilaga 2 användas för denna kompensering. FPS-utrustningen skall klara störmiljö klass 4 enligt IEC-TS 61000-6-5 tabell 2 kolumn h. 11/17

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. Mätvärden skall dock vara stabila under viss tid för att villkoren skall 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 Inställnings parameter Grundtid vid inkoppling av spänningar Sp.skillnad "ΔU" % Vinkelskillnad. "Δφ" grader Område för frekv.skillnad Δfmax-Δfmin Blockering vid frekvesskillnad "Δf" Hz Svävningstid "min max T 0 " sek. 5 sek 5 sek 5 sek 0-55 % (I) ------- [40%] 5-90 grader (I) -------- [60 gr.] -------- -------- ------- >0,01 Hz -------- 2 40 sek (I) [4,5-30 sek] 0-20 % (I) [20%] max ± 5 gr. för funktion 0.03-0.5 Hz [0,22 Hz] Förgivningstid t ms. 20-500 ms ------- -------- ( I ) Nivå för sp.- förande Umin ------- ------- > 60-100% ( I ) [85%] Nivå för sp.- löshet Umax ------- ------- < 20-60 % ( I ) [50%] Spänningssättningsriktning U1 U2 (V) U2 U1 (V) Funktionstid efter min.mättid +"t" min.mättid min.mättid grundtiden Max mättid 120 sek 60 sek 60 sek Min mättid 40 ms 40 ms 40 ms TM-impulsens längd Begränsas av Tillindikeringen 200-300 ms 200-300 ms 200-300 ms 12/17

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 TR02-03-2. Om funktionen realiseras i datorteknik ska den även uppfylla krav enligt TR02-03-3. 3.8 Mätspänning Utrustningens mätspänningsingångar ska vara avsedda för nominella spänningar upp till 110V. 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 under pkt. 3.6. Kravet avser även synkronoskopets funktion m.a.p. vinkelmätning och rotation. 4 UTFORMNING 4.1 Provning och underhåll För funktionsprovning av FPS-utrustning ska utrustningen vara försett med anordning för avställning av utgående funktion och kunna försättas i provningsläge. I provningsläge ska testspänningar kunna anslutas och mätning av utgående funktioner kunna ske. 4.2 In och utgångar Ingångar: (dessa är fysiska I/O eller I/O via stationsbussen) > Inkoppling FPS-objekt > Hand/Auto omkoppling (beroende på övrig kontrollanläggning) > Val av Rak Manöver för DC > Säkringsövervakning för mätspänningar > Blockering av F-, P- eller S-funktion (Om utrustningen bekänar flera brytare) 13/17

> Avbryt inkoppling Utgångar: (dessa är fysiska I/O eller I/O via stationsbussen) > Indikering FPS-pågår > Indikering Hand/Auto (beroende på övrig kontrollanläggnings utformning) > Tillmanöver puls > Signal för internt fel i utrustningen Denna signal skall även alltid finnas på reläkontakt för anslutning till reservlamsystem. 4.3 Händelsehantering Följande händelser skall sändas till stationens centrala registrering i operatörslista (OL) och Händelselista(HL). Signal HL OL FPS pågår x x FPS upphör x x FPS Misslyckad x x FPS Hand/Auto x FPS TM-puls x x 4.4 Mekanisk Uppbyggnad Utrustningen ska ha format och utformning för montage i 19 tums ramverk. Yttre kablage ska anslutas med frånskiljbara plintar med uttag för testsladd. 14/17